Концепции современного естествознания. Классическая механика. Теория электромагнитного поля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей физики

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.

Материалы к семинарским (практическим) занятиям

Череповец

2008

Индивидуальный план занятий студента по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

Тема № 1.

Классическая механика. Дальнодействие. Детерминизм Лапласа.

Теоретические сведения

XVI-XVII века многие исследователи считают временем становления науки в современном ее понимании. Развитие машинного производства, горного дела, совершенствование военной техники, создание точных часов и т. п.  порождали инженерно-технические проблемы, решение которых требовало знания законов природы, прежде всего механических. Внутренняя логика развития коперниканской революции, начавшейся с создания Н. Коперником  гелиоцентрической картины мира, предопределила ее перерастание в революцию в физике и завершилась величайшим событием в истории науки – созданием первой фундаментальной естественнонаучной теории – классической механики. Это стало возможным благодаря внедрению экспериментального метода в естествознании и разработке основ дифференциального и интегрального исчисления в математике. Законы механики были сформулированы И. Ньютоном в 1687 году в труде «Математические начала натуральной философии». Эти законы - результат обобщения многочисленных наблюдений, опытов и теоретических исследований Г. Галилея, Х. Гюйгенса, самого И. Ньютона и др. Используя современную терминологию, законы Ньютона можно сформулировать следующим образом:

1. Существуют такие системы отсчета, относительно которых материальная точка покоится или движется прямолинейно и равномерно, если на нее не действуют тела (или действие этих тел скомпенсировано). Такие системы отсчета называют инерциальными.

2. Ускорение , с которым движется материальная точка, прямо пропорционально силе , действующей на нее, и обратно пропорционально массе m материальной точки, т. е.

.                                                                             (1)

3. Две материальные точки действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, одинаковыми по модулю и противоположными по направлению, т. е.

.                                                                             (2)

Здесь  – сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй, а  – сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой.

В приведенных выше законах Ньютона под материальной точкой подразумевают тело, размерами которого можно пренебречь. Масса материальной точки равна массе тела.

Первый закон Ньютона называют также законом инерции Галилея. Этот закон постулирует существование в природе инерциальных систем отсчета. Всякое движение относительно, т. е.  рассматривается относительно какой-либо системы отсчета. Система отсчета включает в себя:

а) тело отсчета, т. е. тело (или несколько тел) относительно которого ведется рассмотрение движения других тел;

б) систему координат, связанную с телом отсчета (для определения положения движущихся тел в пространстве); в) прибор для измерения времени (часы).

Например, одной из систем отсчета, используемых для описания движения космических тел, является гелиоцентрическая система отсчета. Ее центр практически совпадает с центром  Солнца, а оси координат направлены на три неподвижные звезды. Эти звезды и Солнце являются телами отсчета гелиоцентрической системы.

В механике Ньютона рассматривается движение тел относительно инерциальных систем отсчета (ИСО). Закон инерции Галилея допускает не только возможность покоя (как это было у Аристотеля), но и возможность равномерного и прямолинейного движения тела относительно ИСО, если это тело неподвержено воздействию других тел. В любом случае скорость тела остается постоянной по модулю и направлению, если .

Второй закон Ньютона занимает центральное место в классической механике, поскольку определяет особенности движения тел в случае, когда , т.е. когда на тело действуют другие тела (именно с таким случаем приходится иметь дело чаще всего). Согласно второму закону Ньютона, действие какой-либо силы  на тело обязательно приводит к тому, что скорость движения этого тела изменяется по модулю или направлению (возможно и то и другое). Иначе говоря, тело начинает двигаться с некоторым ускорением

.                                                                              (3)

Здесь  - изменение вектора скорости за бесконечно малый промежуток времени . Чем больше сила , действующая на тело, тем быстрее изменяется скорость тела, т.е. тем больше его ускорение . Наоборот, чем больше масса тела m, тем меньшее ускорение оно получает