Классическая механика Ньютона

Классическая механика Галилея-НьютОНА

Классическая механика Ньютона

Тема 4

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИДЕИ И ПРИНЦИПЫ физики

I. ФИЗИКА ДВИЖЕНИЯ

Классическая механика Галилея-НьютОНА

Рассмотреть классическую механику как определенную физическую концепцию означает последовательно ответить на такие вопросы: что понимается под механическим движением тел? Как задается объект в теории? Что является условием познания? Как формулируется основная механическая задача? Как определяется корректность формулировки задачи? Что означает полное описание механического движения тела (как оно задается)? Какие основные принципы лежат в основе классической механики? Какие основные законы классической механики? Границы применимости классической механики и другие?

Механическое движение – это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.

Классическая механика создавалась как математическое обобщение результатов опытов и наблюдений над механическим движением различных по своей природе тел.

Ранее отмечалось, что в теории познаваемый объект задается или с помощью идеализации или с помощью идеальной модели.

Так как у нас природа механически движущихся тел различная, то задать механически движущейся объект в теории механического движения можно только с помощью идеализации.

Классическая механика использует целую систему идеализаций. Основные две : материальная точка и абсолютно твердое тело. Материальная точка – это абстрактный объект, который обладает массой, но не обладает пространственными размерами.

Реальные объекты можно рассматривать материальными точками, если выполняется одно из следующих условий: а) траектория движения тела во много раз больше размеров самого тела; б) расстояние между телами во много раз больше размеров самих тел.

Абсолютно твердое тело – это тело, которое ни при каких условиях не может деформироваться и при всех условиях расстояние между двумя частицами этого тела остается постоянным (под воздействием тел друг на друга тела могут деформироваться, т.е. изменять свою форму и размеры; поэтому в механике и используется идеализация «абсолютно твердое тело»).

То, что позволяет выделить механическое движение тела и его математически описать, называется условием познания. Условием познания механического движения тела является система отсчета (СО). Она включает в себя: тело отсчета, систему координат и часы.

Линия, по которой движется точка тела, называется траекторией движения. Вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называется перемещением. Траектория движения тела, пройденный путь и перемещение зависят от выбора системы отсчета.

Это означает, что механическое движение относительно.

В классической механике особое значение имеют так называемые инерциальные системы отсчета (ИСО).

ИСО – это такие СО, в которых выполняется первый закон Ньютона: если суммарная сила, действующая на тело, равна нулю, то тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения. Пусть СОΣ – инерциальная.

Тогда СОΣ1 будет инерциальной, если СОΣ1 движется по отношению к СОΣ равномерно, прямолинейно и поступательно (поступательность означает, что все точки СОΣ1 движутся с одинаковой скоростью).

Основная механическая задача формулируется так: найти траекторию движения тела.

Задача считается корректно сформулированной, если при заданном комплексе условий траектория движения тела является единственной и в любой момент времени можно одновременно точно измерить координату тела х и импульс р.

Численные значения Х и Р задают полное описание механического движения тела. Это означает, что если известны численные значения х и р, то по формулам классической механики можно рассчитать численное значение любой характеристики механически движущегося тела.

Классическая механика делится на два раздела: кинематику и динамику. Кинематика изучает только геометрические свойства механического движения тела. Она не учитывает ни массу движущегося тела, ни силы, действующие на него. Динамика изучает механическое движения тела с учетом его массы и действующих на него сил.

Все задачи механики решаются на базе трех законов динамики ( первый закон Ньютона – закон инерции: если суммарная сила, действующая на тело равна нулю, то тело сохраняет состояние покоя или равномерного, прямолинейного движения; 2-й закон Ньютона: ускорение движения тела прямо пропорционально действующим на тела силам и обратно пропорционально его массе;3-й закон Ньютона: действие равно противодействию, т.е.

F12 = — F21) и законов сохранения массы, импульса, момента импульса и энергии.

Фундаментальными являются в классической механике не только три закона динамики Ньютона, но и принципы относительности механического движения Галилея и суперпозиции.

Принцип относительности механического движения гласит: законы динамики при переходе от одной ИСО к другой ИСО не изменяются, т.е. они инвариантны по отношению к преобразованию координат.

На практике это означает, что в затемненном вагоне никакой механический опыт не может дать ответа на вопрос, или вагон находится в покое или он движется равномерно и прямолинейно.

Значит, все равно как считать: или вагон движется, а вокзал покоится, или, наоборот, вокзал движется, а вагон покоится. Это означает, что механическое движение относительно: бессмысленно говорить с какой скоростью движется объект, если не указана система отсчета, в которой рассматривается движение этого объекта.

Принцип суперпозиции справедлив только для систем, описываемых линейными уравнениями.

Применительно к классической механике он гласит: результирующий эффект от нескольких независимых воздействий представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности ( в классической механике воздействием на систему считается действие на него силы, а результатом этого воздействия является приобретаемое телом ускорение).

В заключение краткого анализа классической механики как специфической физической концепции отметим еще:

1) так как скорость, ускорение, сила являются векторными величинами, то к классической механике они складываются как векторные величины;

2)развертывание классической механики в теорию требует определенных представлений о пространстве и времени, о структурной организации материи;

3) классическая механика Галилея-Ньютона претендовала на то, что она описывает механическое движение любых материальных объектов и при любых их скоростях. Развитие физики показало, что это не так.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/9_70100_klassicheskaya-mehanika-galileya-nyutona.html

Классическая механика Ньютона: основные разделы

Классическая механика Ньютона

Вершиной научного творчества И. Ньютона является его бессмертный труд “Математические начала натуральной философии”, впервые опубликованный в 1687 году. В нем он обобщил результаты, полученные его предшественниками и свои собственные исследования и создал впервые единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики.

Здесь Ньютон дал определения исходных понятий – количества материи, эквивалентного массе, плотности; количества движения, эквивалентного импульсу, и различных видов силы. Формулируя понятие количества материи, он исходил из представления о том, что атомы состоят из некой единой первичной материи; плотность понимал как степень заполнения единицы объема тела первичной материей.

В этой работе изложено учение Ньютона о всемирном тяготении, на основе которого он разработал теорию движения планет, спутников и комет, образующих солнечную систему.

Опираясь на этот закон, он объяснил явление приливов и сжатие Юпитера. Концепция Ньютона явилась основой для многих технических достижений в течение длительного времени.

На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных областях естествознания.

Результатом развития классической механики явилось создание единой механической картины мира, в рамках которой все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам ньютоновской механики.

Механика Ньютона, в отличие от предшествующих механических концепций, давало возможность решать задачу о любой стадии движения, как предшествующей, так и последующей, и в любой точке пространства при известных фактах, обусловливающих это движение, а также обратную задачу определения величины и направления действия этих факторов в любой точке при известных основных элементах движения. Благодаря этому механика Ньютона могла использоваться в качестве метода количественного анализа механического движения.

Закон Всемирного тяготения.

Закон всемирного тяготения был открыт И.Ньютоном в 1682 году. По его гипотезе между всеми телами Вселенной действуют силы притяжения , направленные по линии, соединяющей центры масс . У тела в виде однородного шара центр масс совпадает с центром шара.

В последующие годы Ньютон пытался найти физическое объяснение законам движения планет, открытых И.Кеплером в начале XVII века, и дать количественное выражение для гравитационных сил. Так, зная как движутся планеты, Ньютон хотел определить, какие силы на них действуют. Такой путь носит название обратной задачи механики.

Если основной задачей механики является определение координат тела известной массы и его скорости в любой момент времени по известным силам, действующим на тело, то при решении обратной задачи необходимо определить действующие на тело силы, если известно, как оно движется.

Решение этой задачи и привело Ньютона к открытию закона всемирного тяготения: «Все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».

Относительно этого закона нужно сделать несколько важных замечаний.

1, его действие в явной форме распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной.

2 сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. Прямо сейчас на нас действует сила земного притяжения, и мы ее реально ощущаем как свой вес. Если мы что-нибудь уроним, оно под действием всё той же силы равноускоренно устремится к земле.

Действием сил всемирного тяготения в природе объясняются многие явления: движение планет в Солнечной системе, искусственных спутников Земли — все они находят объяснение на основе закона всемирного тяготения и законов динамики.

Ньютон первый высказал мысль о том, что гравитационные силы определяют не только движение планет Солнечной системы; они действуют между любыми телами Вселенной. Одним из проявлений силы всемирного тяготения является сила тяжести — так принято называть силу притяжения тел к Земле вблизи ее поверхности.

Сила тяжести направлена к центру Земли. В отсутствие других сил тело свободно падает на Землю с ускорением свободного падения.

Три начала механики.

Ньютона законы механики, три закона, лежащие в основе т. н. классической механики. Сформулированы И. Ньютоном (1687).

Первый закон: «Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние».

Второй закон: «Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует».

Третий закон: «Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны». Н. з. м. появились как результат обобщения многочисленных наблюдений, опытов и теоретических исследований Г. Галилея, Х. Гюйгенса, самого Ньютона и др.

Согласно современным представлениям и терминологии, в первом и втором законах под телом следует понимать материальную точку, а под движением — движение относительно инерциальной системы отсчёта. Математическое выражение второго закона в классической механике имеет вид или mw = F, где m — масса точки, u — её скорость, a w — ускорение, F — действующая сила.

Н. з. м. перестают быть справедливыми для движения объектов очень малых размеров (элементарные частицы) и при движениях со скоростями, близкими к скорости света

Источник: https://poisk-ru.ru/s22012t5.html

Классическая (ньютоновская) механика

Классическая механика Ньютона

Классическая (ньютоновская) механика изучает движение материальных объектов при скоростях, которые значительно меньше скорости света в вакууме.

Начало формирования классической механики связывают с именем итал. ученого Галилео Галилея (1564-1642). Он впервые перешел от натурфилософского рассмотрения природных явлений к научно-теоретическому.

Трудами Галилея, Кеплера, Декарта был заложен фундамент классической физики, а трудами Ньютона было построено здание этой науки.

Галилей

1. установил основополагающий принцип классической механики – принцип инерции

Движение — собственное и основное, естественное состояние тел, тогда как трение и действие других внешних сил может изменить и даже прекратить движение тела.

2. сформулировал еще один основополагающий принцип классической механики – принцип относительности – Равноправие всех ИСО.

Согласно этому принципу внутри движущейся равномерно системы все механические процессы происходят так, как если бы система покоилась.

3. принцип относительности движения задает правила перехода от одной  ИСО к другой.

 Эти правила получили название галилеевых преобразований и состоят они  в проецирование одной ИСО на другую.

Галилеевы преобразования предъявляют определенное требование к формулировке законов механического движения: эти законы должны быть сформулированы так, чтобы остались инвариантными в любой ИСО.

Пусть некоторое тело А отнесено к декартовой системе, координаты которой обозначены х,y,z , а нам нужно определить параметры тела в параллельной координатной системе со штрихами (xl,yl,zl).

Для простоты будем определять параметры одной точки тела, и совместим координатную ось x1 с осью x. Примем также, что координатная система со штрихами покоится, а без штрихов – движется равномерно и прямолинейно.

Тогда правила галилеевых преобразований имеют вид

x1= x-vt

y1=y

z1=z

t1=t

4. формулировка закона свободного падения (путь свободного падающего тела пропорционален ускорению, равному 9,81 м/с2.

Развивая и углубляя исследования Галилея, Ньютон сформулировал три закона механики.

1. Всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения. Пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Смысл первого закона состоит в том, что если на тело не действуют внешние силы, то существует система отсчета, в которой оно покоится. Но если в одной системе тело покоится, то существует множество других систем отсчета, в которых тело движется с постоянной скоростью. Эти системы называются инерциальными (ИСО).

Любая система отсчета, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно ИСО также является ИСО.

2. Второй закон рассматривает результаты действия на тело других тел. Для этого вводится физическая величина, называемая силой.

Сила – это векторная количественная мера механического действия одного тела на другое.

Масса – мера инертности (инертность – способность тела оказывать сопротивление изменению его состояния).

Чем больше масса, тем меньше ускорение получит тело при прочих равных условиях.

ā= F/m.

Существует и более общая формулировка второго закона Ньютона для другой физической величины – импульса тела. Импульс – это произведение массы тела на его скорость:

P= mv

При отсутствии внешних сил импульс тела остается неизменным, иначе говоря, сохраняется. Такая ситуация достигается, если на тело не действуют другие тела, или их действие скомпенсировано.

3.  Действия двух материальных тел друг на друга численно равны по величине силы и направлены в противоположные стороны.

 F12= — F21

Действие сил осуществляется независимо. Сила, с которой несколько тел действуют на какое-либо другое тело, есть векторная сумма сил, с которыми они бы действовали отдельно.

 Это утверждение представляет собой принцип суперпозиции.

На законах Ньютона основана динамика материальных точек, в частности, закон сохранения импульса системы.

Сумма импульсов частиц, образующих механическую систему, называется импульсом системы. Внутренние силы, т.е. взаимодействия тел системы друг с другом на изменения полного импульса системы не влияют. Из этого вытекает закон сохранения импульса: при отсутствии внешних сил импульс системы материальных точек остается постоянным.

Другой сохраняющейся величиной является энергия – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и не исчезает, она может только переходить из одной формы в другую.

Мерой изменения энергии является работа. В классической механике работа определяется как мера действия силы, которая зависит от величины и направления силы, а также от перемещения точки ее приложения.

Закон сохранения энергии: полная механическая энергия остается неизменной ( или сохраняется), если работа внешних сил в системе равна нулю.

В классической механике считается, что все механические процессы подчиняются принципу строгого детерминизма (детерминизм —  это учение о всеобщей причинной обусловленности и закономерности явлений)  который состоит в признании возможности точного определения будущего состояния механической системы ее предыдущим состоянием.

Ньютон ввел два абстрактных понятия – «абсолютное пространство» и «абсолютное время».

По Ньютону, пространство – это абсолютное неподвижное однородное изотропное бесконечное вместилище всех тел (то есть пустота). А время- это чистая однородная равномерная и прерывная длительность процессов.

В классической физике считалось, что мир можно разложить на множество независимых элементов экспериментальными методами. Этот метод в принципе неограничен, так как весь мир — это совокупность огромного числа неделимых частиц. Основа мира — атомы, т.е.

мельчайшие, неделимые, бесструктурные частицы. Атомы перемещаются в абсолютном пространстве и времени. Время рассматривается как самостоятельная субстанция, свойства которой определяются ею самой. Пространство – это тоже самостоятельная субстанция.

Напомним, что субстанция — это сущность, нечто, лежащее в основе. В истории философии субстанция интерпретировалась по-разному: как субстрат, т.е. основа чего–то; что-то, что способно к самостоятельному существованию; как основание и центр изменения предмета; как логический субъект. Когда говорят, что время — субстанция, то имеют в виду, что оно способно самостоятельно существовать.

Пространство в классической физике абсолютно, что означает, что оно не зависит от материи и времени. Можно убрать из пространства все материальные объекты, а абсолютное пространство остается. Пространство однородно, т.е. все его точки эквивалентны. Пространство — изотропно, т.е.  эквивалентны все его направления. Время тоже однородно, т.е. эквивалентны все его моменты.

Пространство описывается геометрией Евклида, согласно которой кратчайшим расстоянием между двумя точками является прямая.

Пространство и время бесконечны. Понимание их бесконечности было позаимствовано из математического анализа.

Бесконечность пространства означает, что какую бы большую систему мы не взяли, всегда можно указать на такую, которая еще больше. Бесконечность времени означает, что как бы долго ни длился данный процесс, всегда в мире можно указать на такой, который будет длиться дольше.

Из разрозненности и абсолютности пространства и времени вытекают правила галилеевых преобразований.

Из оторванности движущихся тел от пространства и времени вытекает правило сложения скоростей в классической механике: оно состоит в простом сложении или вычитании скоростей двух тел, движущихся относительно друг друга.

ux = u'x + υ,   uy = u'y,   uz = u'z.

Законы классической механики позволили сформулировать первую научную картину мира – механистическую.

Прежде всего, классическая механика выработала научное понятие движения материи. Теперь движение трактуется как вечное и естественное состояние тел, как основное их состояние, что прямо противоположно догалилеевой механике, в которой движение рассматривалось как привнесенное извне. Но вместе с тем в классической физике абсолютизируется механическое движение.

Деле классическая физика выработала своеобразное понимание материи, сведя ее к вещественной, или весовой, массе. При этом масса тел остается неизменной при любых условиях движения и при любых скоростях. Позже в механике утвердилось правило замещения тел идеализированным образом материальных точек.

Развитие механики привело к изменению представлений о физических свойствах объектов.

Классическая физика считала свойства, обнаруживаемые при измерении, присущими объекту и только ему (принцип абсолютности свойств). Напомним, что физические свойства объекта характеризуются качественно и количественно.

Качественная характеристика свойства — это его сущность (например, скорость, масса, энергия и т.д.). Классическая физика исходила из того, что средства познания на изучаемые объекты не влияют. Для различных типов механических задач средством познания является система отсчета.

Без ее введения нельзя корректно ни сформулировать, ни решить механическую задачу. Если свойства объекта ни по качественной, ни по количественной характеристике не зависят от системы отсчета, то они называются абсолютными.

Так, какую бы систему отсчета для решения конкретной механической задачи мы не взяли, в каждой из них будут проявляться качественно и количественно масса объекта, сила, действующая на объект, ускорение, скорость.

Если же свойства объекта зависят от системы отсчета, то их принято считать относительными. Классическая физика знала лишь одну такую величину — скорость объекта по количественной характеристике.

Это означало, что бессмысленно говорить, что объект движется с такой-то скоростью, не указывая систему отсчета: в разных системах отсчета количественное значение механической скорости объекта будет различно.

Все же остальные свойства объекта были абсолютными и по качественной, и по количественной характеристикам.

Уже теория относительности вскрыла количественную относительность таких свойств, как длина, время жизни, масса. Количественная величина этих свойств зависит не только от самого объекта, но и от системы отсчета.

Отсюда следовало, что количественная определенность свойств объекта должна быть отнесена не к самому объекту, а к системе: объект + система отсчета.

Но носителем качественной определенности свойств по-прежнему оставался сам объект.

Источник: https://students-library.com/library/read/50749-klassiceskaa-nutonovskaa-mehanika

Механика Ньютона

Классическая механика Ньютона

Формирование классической механикии основанной на ней механистическойкартины мира происходило по двумнаправлениям:

  • обобщение полученных ранее результатов и прежде всего законов свободно падающих тел, открытых Галилеем, а такжезаконов движения планет, сформулированных Кеплером;
  • создание методов для количественного анализа механического движения в целом.

Великий английский ученый Исаак Ньютон(1643–1727) создал свой вариант дифференциальногои интегрального исчисления непосредственнодля решения основных проблем механики:определения мгновенной скорости какпроизводной от пути по времени движения,и – ускорения как производной от скоростипо времени. Благодаря этому ему удалосьсформулировать основные законы динамикии закон всемирного тяготения. Теперьколичественный подход к описаниюдвижения кажется чем-то само собойразумеющимся, но в XVII в. это было крупнейшимзавоеванием научной мысли.

Механика Ньютоназаконченнаясистемаклассической механики,основанная на понятияхколичестваматерии(массы тела),количествадвижения, силы и трех законах движения:закона инерции,законапропорциональности силы и ускоренияизакона равенства действия ипротиводействия – изложена в знаменитомтруде Ньютона «Математические началанатуральной философии» (1687). В своеймеханике Ньютон отказался от построениявсеобъемлющей картины Вселенной исоздал свой метод физического исследования,опирающийся на опыт, ограничивающийсяфактами и не претендующий на познаниеконечных причин. Основной задачеймеханики Ньютона является нахождениедвижения по силам, или, наоборот,нахождение действующих сил по движениямбез анализа природы взаимодействия.

Классическая механика Ньютона сыгралаи играет до сих пор огромную роль вразвитии естествознания. Она объясняетмножество физических явлений и процессовв земных и в неземных условиях, составляетоснову для многих технических достижений.На ее фундаменте базируются многиеметоды научных исследований в различныхотраслях естествознания.

В основе классической механики лежитконцепция Ньютона, определившая лицоестествознания вплоть до ХХ в. Согласноньютоновской концепции, физическаяреальность характеризуется понятиямипространства, времени, материальнойточки и силы (взаимодействия материальныхточек).

В ньютоновской концепции подфизическими событиями следует пониматьдвижение материальных точек в пространстве,управляемое неизменными законами.Материальную точку мыслят как аналогиюподвижных тел, лишенных таких признаков,как протяженность, форма, ориентация впространстве, и всех «внутренних»свойств, за исключением только инерциии перемещения.

Материальные тела, которыепсихологически привели к образованиюпонятия «материальной точки», самирассматриваются как системы материальныхточек.

В 1667 г. Ньютон сформулировал три законадинамики, составляющие основной разделклассической механики и являющиеся,как и большинство физических законов,обобщением результатов огромногочеловеческого опыта. Законы Ньютонарассматривают обычно как системувзаимосвязанных законов.

Первый закон Ньютона:всякаяматериальная точка (тело) сохраняетсостояние покоя или равномерногопрямолинейного движения до тех пор,пока воздействие со стороны других телне заставит ее изменить это состояние.

Стремление тела сохранить состояниепокоя или равномерного прямолинейногодвижения называется инертностью, илиинерцией. Поэтому первый закон Ньютонаназывают также законом инерции.

Для количественной формулировки второгозакона динамики вводятся понятияускорения а,массы телаmи силыF. Ускорениемхарактеризуется быстрота измененияскорости движения тела.

Масса тела –физическая величина, одна из основныххарактеристик материи, определяющаяее инерционные свойства (инертная масса)и гравитационные свойства (тяжелая илигравитационная масса).

СилаF– это векторная величина, мерамеханического воздействии на тело состороны других тел или полей, в результатекоторого тело приобретает ускорение,или изменяет свою форму и размеры.

Второй закон Ньютона:ускорение,приобретаемое материальной точкой(телом), пропорционально вызывающей егосиле и обратно пропорционально массематериальной точки (тела)

а=F/m.

Второй закон Ньютона справедлив тольков инерциальных системах отсчета. Первыйзакон Ньютона можно получить из второго.

Действительно, в случае равенства нулюравнодействующих сил (при отсутствиивоздействия на тело со стороны другихтел) ускорение также равно нулю.

Однакопервый закон Ньютона рассматриваетсякак самостоятельный закон, а не какследствие второго закона, так как именноон утверждает существование инерциальныхсистем отсчета.

Взаимодействие между материальнымиточками (телами) определяется третьимзаконом динамики– законом равенствадействия и противодействия.

Третий закон Ньютона:всякоедействие материальных точек (тел) другна друга носит характер взаимодействия;силы, с которыми действуют друг на другаматериальные точки, всегда равны помодулю, противоположно направлены идействуют вдоль прямой, соединяющейэти точки:

F12=–F21 ,

где F12– сила, действующая на первуюматериальную точку со стороны второй;F21– сила, действующая на вторуюматериальную точку со стороны первой.

Эти силы приложены к разным материальнымточкам (телам), всегда действуют парамии являются силами одной природы.

Третийзакон Ньютона позволяет осуществитьпереход от динамики отдельной материальнойточки к динамике системы материальныхточек, характеризующихся парнымвзаимодействием.

Одним из достижений механики Ньютонаявляется закон всемирного тяготения,открытый в 1665–1666 гг. и выражающий общеесвойство всех тел притягивать другдруга с силой, пропорциональнойпроизведению масс телm1,m2и обратно пропорциональнойквадрату расстоянияRмежду ними:

F12=m1m2/R2,

где – гравитационная постоянная.

Законы Ньютона позволяют решить многиезадачи механики – от простых до сложных.Спектр таких задач значительно расширилсяпосле разработки Ньютоном и Лейбницемнового для того времени математическогоаппарата – дифференциального иинтегрального исчисления, весьмаэффективного при решении многихдинамических задач и особенно задачнебесной механики.

Источник: https://studfile.net/preview/1741751/page:18/

Классическая механика Ньютона

Классическая механика Ньютона

Определение 1

Классическая механика Ньютона – это особое направление в науке, которое в последующем дало возможность ученым решать задачу о любой стадии движения, в отличие от предшествующих механических концепций.

Рисунок 1. Классическая механика Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Великий английский физик Исаак Ньютон (1643–1727) разработал собственный вариант интегрального и дифференциального исчисления, применяемые непосредственно для решения главных проблем механики: вычисление мгновенной скорости как начальной от пути по времени движения, и – общего ускорения предметов как производной от скорости. Благодаря этому ученый смог сформулировать основные законы всемирного тяготения и динамики.

Замечание 1

Теперь количественный метод при описании движения выступает в качестве центрального принципа, однако в середине XVII века это было крупнейшим открытием научной мысли.

Следовательно, можно сделать вывод, что учения Ньютона являются законченной механической системой, базирующейся на понятия количества материи и движения, включающие в себя три закона движения:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  • закон инерции;
  • закон пропорциональности ускорения и силы;
  • закон равенства действия и противодействия.

Основные определения классической механики детально изложены в знаменитом труде Ньютона под названием «Математические начала натуральной философии», который был выпущен в 1687 году.

В своих экспериментах физик решил отказаться от применения всеобъемлющей картины нашей Вселенной и представил научному миру уникальный метод физического эксперимента, опирающийся исключительно на опыт, который ограничивается фактами и не претендует на познание истинных причин.

Основной задачей механики Ньютона считается нахождение точного движения по силам, или, наоборот, определение действующих сил по движениям без первоначального анализа природы взаимосвязи.

Основные закономерности в динамике

В 1667 Ньютон сформулировал и представил 3 главных закона динамики:

  1. Любая материальная точка может сохранять состояние покоя или равномерного движения до тех пор, пока влияние других тел не заставит её кардинально изменить это состояние. Стремление веществ оставаться в спокойном состоянии называется инертностью или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона – Закон инертности.
  2. Ускорение, которое приобретается телом, будет прямо пропорционально вызывающей его силе и отличаться от его массы тела: $а = \frac{F}{m}$, где $а$ – характеризующее быстроту ускорение, $F$ – сила в виде векторной величины, которая воздействует на элементы.
  3. Каждое взаимодействие сил друг на друга имеет общий характер и связаны друг с другом с материальной точки зрения, поэтому данные элементы всегда равно по модулю, противоположно направлены и действуют только вдоль прямой, соединяющей точки: $F_{12} = F_{21}$, где $F$ – действующие на конкретные точки силы.

Рассмотренные 3 закона движения по Ньютону помогают установить начальное положение и скорость движения физических тел, используя для этого определенную координату в любой заданный момент времени.

Рисунок 2. Инвариантность второго закона Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 2

Открытие указанных концепций и гипотезы всемирного тяготения имеет огромное мировоззренческое значение и практическое воздействие.

Мировоззренческое значение выступает инструментом уникальности этих законов. Посредством данных закономерностей возможно дать объяснение множеству явлений: движение всех тел во Вселенной, их взаимодействие, скорость и так далее. На основе законов Ньютона появилась космология.

Практическое значение: без знаний законов технологии не возникло бы промышленной революции, которая имела место быть в 18 – 19 веках. В классической механике всегда существовала абсолютизация. Подход классической механики можно использовать и в настоящее время, но только в тех случаях, если скорости движения физических тел значительно меньше скорости света.

Закон Всемирного тяготения

Рисунок 3. Третий закон Ньютона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Ньютоновская физика стала вершиной развития идей и взглядов в понимании сути природы, а работы великого ученого заложили прочную базу для классической науки Нового времени.Закон всемирного И. Ньютон открыл в начале 1682 года.

В соответствии с данной гипотезой, между всеми физическими телами Вселенной постоянно действуют силы притяжения, которые направлены по определенным линиям, соединяющие центры масс.

У любого элемента центр масс выглядит в виде однородного шара.

В последующие годы исследователь пытался обнаружить физическое объяснение закономерностям движения планет, открытых в начале XVII столетия И. Кеплером, и дать науке количественное определение для гравитационных сил. Так, зная, по какому принципу движутся планеты, Ньютон хотел установить, какие силы в основном на них действуют. Такой путь в физике называется обратной задачи механики.

Относительно данного закона можно сделать несколько важных замечаний. Его действие в явной форме воздействует на все материальные тела на Земле или в Космосе. Сила притяжения нашей планеты возле поверхности в равной мере влияет на физические тела, которые расположены в любой точке земного шара.

Ньютон первый не побоялся высказать мысль о том, что абсолютно все гравитационные силы действуют между любыми телами Вселенной, определяя тем самым движение планет Солнечной системы. Одним из проявлений таких силы является сила тяжести — так называют в науке силу притяжения элементом и тел к планете.

Принципы классической механики Ньютона

Натурфилософия Ньютона – это комплексный синтез разных методологических установок, основанных на идеях его предшественников и собранных в единую целостную гипотезу.

Механика Ньютона, которая в дальнейшем была развита в работах Лагранжа, Даламбера, Лапласа, Якоби и других исследователей, получает завершенную стройную форму, базирующуюся на определяющих научную картину мира теориях.

Замечание 3

В ряде принципов учения Ньютона находятся: себе тождественность физического тела, детерминированность будущего поведения объекта и обратимость всех процессов в механической концепции.

Данные принципы являются результатам представлений о непрерывном времени и пустом пространстве, в которых реально выделить индивидуальное тело. Эти методы движущегося тела характеризуются непрерывным изменением окружающей среды.

Благодаря таким взглядам, которые позволяют одновременно зарегистрировать существование физического тела и точно установить его скорость в каждой точке интервала, можно сделать вывод о том, что в природе существует одно и то же тело, само себе тождественное.

Именно методология Ньютона стала основой для появления дифференциального и интегрального исчислений в Новое время, которые дают детализированное описание поведения элементарной частицы как в прошлом, настоящем, так и в будущем, то есть определяются свойствами детерминированности и обратимости.

Вследствие стремительного развития физики в начале XX столетия определилась сфера использования классической механики Ньютона: ее законы выполняются для определения движений, скорость которых значительно меньше скорости света.

Ученые установили, что с ростом скорости масса физического тела автоматически возрастает. Вообще законы ньютоновского учения справедливы для случая инерциальных концепций отсчета.

В случае неинерциальных систем отсчета ситуация совершенно иная, так как при ее ускоренном движении первый закон Ньютона не имеет места, – свободные элементы в ней будут постепенно менять свою скорость движения.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/klassicheskaya_mehanika_nyutona/

Booksm
Добавить комментарий