Учебная работа. Реферат: Классическая физика и теория относительности
законы механики, сформулированные Ньютоном, не являются прямым следствием эмпирических фактов. Они возникли как итог обобщения бессчетных наблюдений, опытов и теоретических исследовательских работ Галилея, Гюйгенса, Ньютона и др. в широком мировоззренческом, культурном контексте.
«Всякое тело продолжает удерживаться в собственном состоянии покоя либо равномерного и прямолинейного движения, пока и так как оно не понуждается приложенными силами поменять это состояние» — так Ньютон определил закон, который на данный момент именуется первым законом механики Ньютона, либо законом инерции.
Система отсчета, в какой справедлив законинерции: вещественная точка, когда на нее не действуют никакие силы (либо действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя либо равномерного прямолинейного движения — именуется инерциальной. Всякая система отсчета, передвигающаяся по отношению к ней поступательно, умеренно и прямолинейно, есть также инерциальная.
«Изменение количества движения пропорционально приложенной движуей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует» — это 2-ой законНьютона, который является главным законом динамики, в формулировке Ньютона (1687).
«Действию постоянно есть равное и обратное противодействие, по другому, взаимодействия 2-ух тел друг на друга меж собой равны и ориентированы в обратные стороны» — это 3-ий закон механики Ньютона.
законы Ньютона справедливы лишь для инерциальных систем. Но ни одно реальное тело не может с безупречной точностью делать функцию таковой системы, так как в действительности постоянно находятся силы, нарушающие законинерции и остальные законы механики. По-видимому, это и привело Ньютона к понятию абсолютного места, для которого законинерции и все остальные законы механики имели бы абсолютную силу.
Ньютон писал: «Абсолютное место в силу собственной природы, безотносительно к чему-нибудь наружному, остается постоянно схожим и недвижным. Относительное место представляет собой некое подвижное измерение либо меру абсолютных пространств; его мы определяем при помощи собственных эмоций через обоюдное размещение тел, его вызывающе и истолковывают как недвижное место…»
«Абсолютное настоящее либо математическое время, — писал Ньютон, — {само по себе} и в силу собственной внутренней природы течет идиентично, безотносительно к чему-либо наружному и по другому зовется продолжительностью; относительное, кажущееся либо обыденное время представляет собой некого рода чувственную, либо внешнюю (каким бы оно ни было четким и несравненным), меру продолжительности, определяемую при помощи движения, которое обычно употребляется заместо настоящего времени; это — часы, денек, месяц, год…»
У Ньютона абсолютное время существует и продолжается умеренно {само по себе}, безотносительно к любым событиям. Абсолютное время и абсолютное место представляют собой вроде бы вместилища вещественных тел и действий и не зависят не только лишь от этих тел и действий, да и друг от друга.
Сформулировав главные законы механики, Ньютон заложил фундамент физической теории. Но выстроить на этом фундаменте стройное здание теории предстояло его последователям. Решающую роль для становления традиционной механики имело внедрение дифференциального и интегрального исчислений, аппарата математического анализа.
В течение всего 18 века создается математический аппарат традиционной механики на базе дифференциального и интегрального исчислений. Разработку аналитических способов механики окончил Лагранж, получивший уравнения движения системы в обобщенных координатах, нареченные его именованием.
С данной для нас Деятельностью по созданию математического аппарата механики соединено ее становление как первой базовой научной теории.
Важную роль в разработке научной картины мира сыграл принцип относительности Галилея — принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета в традиционной механике, который утверждает, что никакими механическими опытами, проводящимися в некий инерциальной системе отсчета, недозволено найти, лежит данная система либо движется умеренно и прямолинейно. Это положение было в первый раз установлено Галилеем в 1636.
Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность уравнений механики относительно преобразований координат передвигающихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы отсчета к иной — преобразований Галилея.
С именованием Ньютона соединено открытие и такового фундаментального физического закона, как законглобального тяготения.
1-ые выражения о тяготении как всеобщем свойстве тел относятся к античности. И.Кеплер гласил, что «тяжесть есть обоюдное рвение всех тел». Окончательная формулировка закона глобального тяготения была изготовлена Ньютоном в 1687 в его главном труде «Математические начала натуральной философии».
законтяготения Ньютона говорит, что две любые вещественные частички притягиваются по направлению друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс и назад пропорциональной кварату расстояния меж ними. Коэффициент пропорциональности именуется гравитационной неизменной.
Сначало в физике утвердилось нрав дальнодействия — моментальной передачи действия тел друг на друга через пустое место, которое не воспринимает роли в передаче взаимодействия.
Но теория дальнодействия была признана не соответственной реальности опосля открытия и исследования электромагнитного поля, выполняющего роль посредника при содействии электрически заряженных тел. Появилась новенькая теория взаимодействия — теория близкодействия, которая потом была всераспространена и на любые остальные взаимодействия. Согласно данной для нас концепции, взаимодействие меж телами осуществляется средством тех либо других полей (к примеру, тяготение — средством гравитационного поля), которые безпрерывно распределены в пространстве.
В науке 19 века переносчиком электромагнитных взаимодействий числилась всепроникающая среда — эфир.
На представления о эфире как переносчике электромагнитных взаимодействий в прошедшем веке опиралась вся электродинамика и оптика.
Сначало эфир соображали как механическую среду, схожую упругому телу. Соответственно распространение световых волн уподоблялось распространению звука в упругой среде. догадка механического эфира повстречалась с большенными трудностями. Так, поперечность световых волн добивалась от эфира параметров полностью твердого тела, но в то же время стопроцентно отсутствовало сопротивление эфира движению небесных тел. В течение долгого времени поколения математиков и физиков пробовали внести собственный вклад в решение задачи эфира. В итоге попыток выстроить модель эфира была, к примеру, тщательнейшим образом разработана механика сплошных сред и ее аппарат, но адекватную модель эфира выстроить так и не удалось. Нерешенным оставался вопросец о участии эфира в движении тел. Эфир напористо продолжал оставаться «выродком в среде физических субстанций».
неувязка эфира заполучила базовый нрав, так как эта среда заняла в физике очень принципиальное пространство. Оказывалось, что физика лежит на зыбучих основаниях. Они и были пересмотрены в процессе сотворения теории относительности.
Южноамериканский физик Майкельсон в 1881 году поставил опыт для выяснения роли эфира в движении тел.
Ряд явлений (аберрация света, опыт Физо) приводил к заключению, что эфир неподвижен либо отчасти увлекается телами при их движении. Согласно догадке недвижного эфира, можно следить «эфирный ветер» при движении Земли через эфир, и скорость света по отношению к Земле обязана зависеть от направления светового луча относительно направления ее движения в эфире. Но этого не было найдено — опыт Майкельсона отдал плохой результат.
Опыт Майкельсона не сыграл решающей роли в разработке теории относительности. О этом гласил и сам Эйншейн. Он употреблял результаты опыта Майкельсона для обоснования уже сделанной теории.
Результаты опыта Майкельсона, как и остальных схожих опытов, могли быть объяснены и без конструктивных конфигураций традиционных представлений о пространстве и времени. Совершенно, результаты опытов допускают разные теоретические интерпретации. Глубочайшие мировоззренческие конфигурации в физике были вызваны не отдельными экспериментальными плодами, а неудовлетворительностью положения дел в электродинамике, оптике, физике совершенно.
Всю совокупа результатов в области электродинамики передвигающихся тел сначала века можно было разъяснить на базе преобразований Лоренца,которые были получены в 1904 году как преобразования, по отношению к которым уравнения традиционной микроскопичной электродинамики сохраняют собственный вид.
Лоренц и Пуанкаре интерпретировали эти преобразования как итог сжимания тел неизменным давлением эфира, т.е. динамически в рамках традиционных представлений о пространстве и времени.
Эйнштейн интерпретировал преобразования Лоренца кинетически, т.е. как характеризующие характеристики движения в пространстве и времени, тем заложив базы теории относительности. Он снял делему эфира, упразднив его, конструктивно изменил традиционные представления о пространстве и времени.
Явления, описываемые теорией относительности, именуются релятивистскими (от латинского — относительный) и появляются при скоростях, близких к скорости света в вакууме (эти скорости тоже принято именовать релятивистскими).
В согласовании с теорией относительности, существует предельная скорость передачи всех взаимодейсвий и сигналов из одной точки места в другую — это скорость света в вакууме. Существование предельной скорости значит необходимость глубочайшего конфигурации обыденных пространственно-временных представлений, основанных на ежедневном опыте, так как ведет к таковым явлениям, как замедление времени, релятивистское сокращение размеров тел, относительность одновременности.
Теория тяготения Ньютона подразумевает секундное распространение тяготения, и уже потому не быть может согласована со специальной теорией относительности, утверждающей, что никакое взаимодействие не может распространяться со скоростью, превосходящей скорость света в вакууме.
Обобщение теории тяготения на базе специальной теории относительности было изготовлено Эйнштейном. Новенькая теория была названа им общей теорией относительности.
Важнейшей индивидуальностью поля тяготения, известной в ньютоновской теории и положенной Эйнштейном в базу общей теории относительности, будет то, что тяготение совсем идиентично действует на различные тела, сообщая им схожие убыстрения независимо от массы, хим состава и остальных параметров тел. Так, на поверхности Земли все тела падают под воздействием ее поля тяготения с схожим убыстрением — убыстрением вольного падения. Данный факт был установлен опытным методом Галилеем. Он быть может сформулирован как факт равенства инертной массы (входящей во 2-ой законНьютона) и гравитационной массы (входящей в закон тяготения).
В картине мира современной физики фундаментальную роль играет принцип эквивалентности, согласно которому поле тяготения в маленькой области места и времени (в какой его можно считать однородным и неизменным во времени) по собственному проявлению тождественно ускоренной системе отсчета.
Принцип эквивалентности следует из равенства инертной и гравитационной масс. В согласовании с сиим принципом общая теория относительности трактует тяготение как искривление (отличие геометрии от евклидовой) четырехмерного пространственно-временного континуума. В хоть какой конечной области место оказывается искривленным — неевклидовым. Это значит, что в трехмерном пространстве геометрия, совершенно говоря, будет неевклидовой, а время в различных точках будет течь по-разному.
Ряд выводов ОТО отменно различаются от выводов ньютоновской теории тяготения. Важные посреди их соединены с появлением темных дыр, сингулярностей пространства-времени, существованием гравитационных волн (гравитационного излучения).
]]>