Трудные темы курса классической механики: различия между версиями
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Правка |
Правка |
||
Строка 421:
== Исходные понятия классической механики==
{{main |Трудные темы курса классической механики/Исходные понятия}}
<!--
Если дать себе труд пролистать несколько учебников физики, то нельзя не обратить внимание на то, что излагаемый в них материал располагается соответствие с историей развития наших представлений об окружающем нас мире. Так, первым объектом, движение которого стало темой научного описания, стали пространственно ограниченные и при том обладающие массой комплексы материи, получившие обобщающее название ''материальных тел.''
Строка 557 ⟶ 558 :
<math> \delta S = \sqrt { c^2(\delta t)^2 + (\delta X)^2 + (\delta Y)^2 + (\delta Z)^2)} </math>
Это интервал является инвариантом в том смысле, что его величина не зависит от системы координат.Более того, оказывается возможным производить «обмен» расстояния на время, но только в определённых пределах, не нарушающих причинно-следственной связи между событиями.
-->
==Кинематика==
Объектом изучения классической механики являются закономерности механического движения, то есть изменения взаимного расстояния между телами. Наука о механическом движении , как таковом, поддаётся разделению на два взаимно связанных раздела. Предметом ''кинематики'' является ''описание'' движения , в то время как объяснением его ''причин'' занимается ''динамика''. Отрицанием движения является ''покой''. И изучением этого состояния занимается ''статика''.
Строка 599 ⟶ 602 :
В дальнейшем экспериментально было доказано (эксперимент Майкельсона-Морли), что скорость света в инерциальной системе отсчёта не зависит от скорости её движения.
-->
<!--
====Принцип суперпозиции====
Строка 620 ⟶ 624 :
Если воздерживаться от впадения в субъективный идеализм, то следует понимать,что не принцип суперпозиции справедлив благодаря тому, что в определённых условиях наблюдаемое явление можно описать однородным линейным уравнением. Напротив, само представление о таких уравнениях возникло на базе знакомства с наблюдаемым в различных явлениях природы явлением суперпозиции. Впрочем, это можно сказать и обо всей математике вообще, которая при всей своей абстрактности имеет своеё основой закономерности наблюдаемой действительности.
-->
<!--
====Принцип причинности====
[[ File: Light cone colour.svg|thumb|200 px| Зелёный –события будущего, на которые может повлиять событие в вершине конуса, синий-события прошлого, которые могли повлиять на событие в вершин.]]
Строка 667 ⟶ 672 :
Наиболее употребительными являются ''декартовы прямоугольные'' системы координат и ''сферические'' системы координат.
Строка 1050 ⟶ 1055 :
Так вообще отпадает необходимость в обязательном учёте инерциальности системы, что очень кстати, поскольку, как будет показано ниже, инерциальная система есть фикция, невозможная в существующем материальном мире. Хотя полезная для уяснения его свойств.
==Динамика==
===Силы===▼
====Задачи динамики====▼
По сути, любая проблема здесь сводится к одной из двух задач: прямой и обратной. Чтобы не вносить лишний раз смятения по части терминологии , рассмотрим их в том же порядке, в которой они изложены в <ref name="Тарг"></ref>(Стр. 226), а именно:▼
'''Первая задача динамики''' состоит в том, чтобы, зная закон движения материальной точки (в том числе обязательно и её траекторию), определить действующую на неё силу▼
'''Вторая или основная задача динамики''' состоит в том, чтобы, зная действующие на материальную точку силы определить закон её движения.▼
Логически рассуждая следовало бы расставить эти задачи в обратном порядке.Дело в том, что закон движения точки в заданной системе координат, независимо от закона её движения, устанавливается однозначно , хотя и не всегда сразу с удовлетворительной точностью , но путём последовательных приближений с привлечением уточняющих сведений о принимающих участие силах.И потому перспективы благоприятного решения основной задачи динамики выглядят обнадёживающими.▼
Что касается первой задачи, то её решение заведомо неоднозначно, поскольку один и тот же закон движения может быть, как это было показано при рассмотрении вопроса о круговом маятнике, получен с совершенно различными комбинациями действующих сил.▼
Зависимость траектории движения от системы координат, в которой эта траектория представлена, была подробно установлена выше.▼
Использование сведений из закона движения, в котором учитывается не только траектория, но и также содержатся,возможно, в неявной форме, сведения о зависимости движения от времени, не снимает проблемы неоднозначности, поскольку не обеспечивает единственного правильного выбора из возможных альтернатив.▼
Здесь срабатывает широко распространяемый в учебной и не только в учебной литературе по физике подход к рассмотрению движения в так называемой "неподвижной" или "лабораторной" системе отсчёта, отождествляемой с самим ведущим рассмотрение вопроса. И это само по себе вполне допустимо, поскольку делает рассмотрение более наглядным.Опасность состоит в том, что в большом числе случаев такая система считается инерциальной. Но всё получаемые при таком подходе решения могли бы стать правильными, если бы загодя были получены надёжные сведения о том, что в данном конкретном случае неинерциальностью "лабораторной" системы можно пренебречь.Вот тогда ко всеобщему удовлетворения можно было бы без затруднений выражать взаимодействие тел силами, а при использовании законов Ньютона стало бы возможным решать как прямую, так и обратную задачи механики.▼
Можно смело сказать о том, что в большинстве учебников по физике полностью игнорируется серьёзное требование об указании свойств избранной системы отсчёта и обосновании её выбора. Причиной этого является то обстоятельство, что автор учебника, и именно потому, что он автор, заранее знает все обстоятельства, связанные с рассматриваемым им вопросам. И проблемы обоснования допустимости излагаемых им положений для него просто не существует.▼
Так в большинстве случаев авторы не утруждают себя тем, чтобы разъяснить, к какой системе отсчёта следует отнести излагаемые им положения. Излюбленной авторами системой отсчёта является инерциальная система, неотъемлемыми признаками которой являются ▼
прямолинейность и равномерность её движения.▼
Как хозяин положения автор имеет право заявить, что используемая им система является инерциальной потому, что он её сам так назвал.И это есть общий подход к изложению материала авторами с догматической ориентацией.▼
Проблема же состоит в том,что в реальной жизни любой, использующий знания из физики,не имеет в большом числе случаев никакой возможности влиять на наблюдаемые события.Что радикально меняет ситуацию, в которой ему приходится пользоваться полученной и получаемой им информацией. Вопрос о выборе системы отсчёта никто за него не решит и потому за ошибки он должен расплачиваться сам.▼
Так, рассматривая некое движение, он располагает возможностью с помощью линейки и хронометра установить с определённой точностью факт равномерности или неравномерности движения в пространстве времени.▼
Много сложнее решить вопрос о его прямолинейности, то есть отсутствии кривизны траектории. Поскольку , как показано выше, возможны такие траектории движения системы координат, в которой кривая траектория материальной точки будет отражаться, как прямая. И наоборот. Не говоря уже о том, что и при сравнении вида одной и той же траектории в двух инерциальных системах, её вид в каждой из них может неузнаваемо измениться.▼
Так возникает реальная проблема решения двух смежных вопросов: о критерии прямолинейности движения и об определении степени инерциальности избранной системы отсчёта. Из сказанного выше ясно, что решение этих принципиально важных задач следует искатьза пределами кинематики▼
Единственным видом изменений, происходящих в окружаемом мире, являющихся предметом механики является перемещение физических тел в пространстве, при котором свойства вещества тел не изменяются. Характер этого движения описывается ''кинематикой'', а причины -''динамикой'' . Покой тел при этом рассматривается как предельный случай движения.
[[Файл:George_Borman_promo_poster.jpg|thumb|250 px]] Силы в Физике' или их баланс суть причина всего, что происходит, или гарантированно не происходит в [[материальный мир|материальном мире]]. В [[Естествознание|Естествознании]], как общей науке, объединяющей все отрасли знания о Природе, это положение ясно и недвусмысленно подтверждается использованием понятия «силы природы».
▲ ===Силы===
В любой отрасли естествознания, когда возникает необходимость количественного описания рассматриваемых в ней процессов (а известно, что «в любой науке столько науки, сколько содержится в ней математики»), понятие о силе используется либо напрямую, либо с использованием производных (через понятие о ''работе'' -''энергии'' от неё величин ('''сила ветра''', ''температура'', ''энергия химической связи'', ''калорийность топлива'', ''кровяное давление'',''осмос'' , и т.п.) И, пожалуй, нет ни одного физического явления, которое могло бы быть количественно описано без привлечения понятия о проявлении той или иной силы в каждом конкретном случае .
Строка 1215 ⟶ 1263 :
▲====Задачи динамики====
▲По сути, любая проблема здесь сводится к одной из двух задач: прямой и обратной. Чтобы не вносить лишний раз смятения по части терминологии , рассмотрим их в том же порядке, в которой они изложены в <ref name="Тарг"></ref>(Стр. 226), а именно:
▲'''Первая задача динамики''' состоит в том, чтобы, зная закон движения материальной точки (в том числе обязательно и её траекторию), определить действующую на неё силу
▲'''Вторая или основная задача динамики''' состоит в том, чтобы, зная действующие на материальную точку силы определить закон её движения.
▲Логически рассуждая следовало бы расставить эти задачи в обратном порядке.Дело в том, что закон движения точки в заданной системе координат, независимо от закона её движения, устанавливается однозначно , хотя и не всегда сразу с удовлетворительной точностью , но путём последовательных приближений с привлечением уточняющих сведений о принимающих участие силах.И потому перспективы благоприятного решения основной задачи динамики выглядят обнадёживающими.
▲Что касается первой задачи, то её решение заведомо неоднозначно, поскольку один и тот же закон движения может быть, как это было показано при рассмотрении вопроса о круговом маятнике, получен с совершенно различными комбинациями действующих сил.
▲Зависимость траектории движения от системы координат, в которой эта траектория представлена, была подробно установлена выше.
▲Использование сведений из закона движения, в котором учитывается не только траектория, но и также содержатся,возможно, в неявной форме, сведения о зависимости движения от времени, не снимает проблемы неоднозначности, поскольку не обеспечивает единственного правильного выбора из возможных альтернатив.
▲Здесь срабатывает широко распространяемый в учебной и не только в учебной литературе по физике подход к рассмотрению движения в так называемой "неподвижной" или "лабораторной" системе отсчёта, отождествляемой с самим ведущим рассмотрение вопроса. И это само по себе вполне допустимо, поскольку делает рассмотрение более наглядным.Опасность состоит в том, что в большом числе случаев такая система считается инерциальной. Но всё получаемые при таком подходе решения могли бы стать правильными, если бы загодя были получены надёжные сведения о том, что в данном конкретном случае неинерциальностью "лабораторной" системы можно пренебречь.Вот тогда ко всеобщему удовлетворения можно было бы без затруднений выражать взаимодействие тел силами, а при использовании законов Ньютона стало бы возможным решать как прямую, так и обратную задачи механики.
▲Можно смело сказать о том, что в большинстве учебников по физике полностью игнорируется серьёзное требование об указании свойств избранной системы отсчёта и обосновании её выбора. Причиной этого является то обстоятельство, что автор учебника, и именно потому, что он автор, заранее знает все обстоятельства, связанные с рассматриваемым им вопросам. И проблемы обоснования допустимости излагаемых им положений для него просто не существует.
▲Так в большинстве случаев авторы не утруждают себя тем, чтобы разъяснить, к какой системе отсчёта следует отнести излагаемые им положения. Излюбленной авторами системой отсчёта является инерциальная система, неотъемлемыми признаками которой являются
▲прямолинейность и равномерность её движения.
▲Как хозяин положения автор имеет право заявить, что используемая им система является инерциальной потому, что он её сам так назвал.И это есть общий подход к изложению материала авторами с догматической ориентацией.
▲Проблема же состоит в том,что в реальной жизни любой, использующий знания из физики,не имеет в большом числе случаев никакой возможности влиять на наблюдаемые события.Что радикально меняет ситуацию, в которой ему приходится пользоваться полученной и получаемой им информацией. Вопрос о выборе системы отсчёта никто за него не решит и потому за ошибки он должен расплачиваться сам.
▲Так, рассматривая некое движение, он располагает возможностью с помощью линейки и хронометра установить с определённой точностью факт равномерности или неравномерности движения в пространстве времени.
▲Много сложнее решить вопрос о его прямолинейности, то есть отсутствии кривизны траектории. Поскольку , как показано выше, возможны такие траектории движения системы координат, в которой кривая траектория материальной точки будет отражаться, как прямая. И наоборот. Не говоря уже о том, что и при сравнении вида одной и той же траектории в двух инерциальных системах, её вид в каждой из них может неузнаваемо измениться.
▲Так возникает реальная проблема решения двух смежных вопросов: о критерии прямолинейности движения и об определении степени инерциальности избранной системы отсчёта. Из сказанного выше ясно, что решение этих принципиально важных задач следует искатьза пределами кинематики
<!--
Строка 1980 ⟶ 2001 :
-->
В макроскопических масштабах современной физике известны два вида полей: [[поле гравитации]] и [[поле электромагнитное]]. Но, поскольку магнитные силы сводятся к движению в системе отсчёта наблюдателя зарядов (т.е. к [[ток]]ам), создающих в общем случае [[переменное электрическое поле]], в качестве пробных объектов для измерения этих полей используется либо масса <math>m</math>, либо масса , несущая заряд <math>q</math>
| |||