역학- 물질의 가장 단순한 형태의 운동을 연구하는 물리학의 한 분야입니다 - 기계적 움직임, 이는 시간이 지남에 따라 신체 또는 해당 부분의 위치를 변경하는 것으로 구성됩니다. 기계적 현상이 공간과 시간에서 발생한다는 사실은 거리와 시간 간격 등 시공간 관계를 명시적으로 또는 암시적으로 포함하는 모든 역학 법칙에 반영됩니다.
역학은 스스로 설정됩니다. 두 가지 주요 작업:
다양한 움직임에 대한 연구와 각 특정 사례에서의 움직임의 성격을 예측할 수 있는 법칙의 형태로 얻은 결과의 일반화.
이 문제에 대한 해결책은 I. Newton과 A. Einstein에 의해 소위 동적 법칙의 확립으로 이어졌습니다. 발견일반 속성
이동하는 동안 모든 기계 시스템에 내재되어 있습니다. 이 문제를 해결한 결과, 에너지, 운동량, 각운동량 등의 기본량 보존 법칙이 발견되었습니다.
동역학 법칙과 에너지 보존 법칙, 운동량, 각운동량은 역학의 기본 법칙이며 이 장의 내용을 구성합니다.
§1. 기계식 무브먼트: 기본 개념 고전 역학은 세 가지 주요 섹션으로 구성됩니다.정역학, 운동학 및 동역학
. 정역학은 힘의 추가 법칙과 신체의 평형 조건을 조사합니다. 운동학은 원인에 상관없이 모든 종류의 기계적 운동에 대한 수학적 설명을 제공합니다. 역학은 기계적 동작에 대한 신체 간의 상호작용의 영향을 연구합니다. 실제로는 모든 것이: 신체적 문제는 대략적으로 해결됩니다.진짜 복잡한 움직임 단순한 움직임의 집합, 실제 물체로 간주됩니다.이상적인 모델로 대체됨 이 물체 등등 예를 들어, 태양 주위의 지구의 움직임을 고려할 때 지구의 크기는 무시될 수 있습니다. 이 경우 움직임에 대한 설명이 크게 단순화됩니다. 우주에서 지구의 위치는 한 지점으로 결정될 수 있습니다. 역학 모델 중 정의적인 모델은 다음과 같습니다.
재료 포인트와 절대적으로 단단한 몸체.- 이 문제의 조건에서는 모양과 치수를 무시할 수 있는 신체입니다. 모든 신체는 정신적으로 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 큰 수아무리 작은 부분이라도 몸 전체의 크기에 비해 작습니다. 이러한 각 부분은 재료 포인트로 간주될 수 있으며 본체 자체는 재료 포인트 시스템으로 간주될 수 있습니다.
다른 몸체와 상호 작용하는 동안 몸체의 변형이 무시할 수 있는 경우 모델로 설명됩니다. 완전 탄탄한 몸매.
절대적으로 강체(또는 강체) - 이것은 움직이는 동안 두 점 사이의 거리가 변하지 않는 몸체입니다.즉, 움직이는 동안에도 모양과 크기가 변하지 않는 몸체이다. 절대 강체는 서로 견고하게 연결된 재료 점 시스템으로 간주될 수 있습니다.
공간에서 신체의 위치는 다른 신체와 관련해서만 결정될 수 있습니다. 예를 들어, 태양과 관련하여 행성의 위치, 지구와 관련하여 비행기나 배의 위치에 대해 이야기하는 것은 의미가 있지만 특정 신체를 참조하지 않고 공간에서의 위치를 나타내는 것은 불가능합니다. 우리가 관심 있는 물체의 위치를 결정하는 역할을 하는 절대적으로 강체를 기준 몸체라고 합니다. 물체의 움직임을 설명하기 위해 일부 좌표계는 참조 몸체와 연관됩니다(예: 직사각형 직교 좌표계). 객체의 좌표를 사용하면 공간에서의 위치를 결정할 수 있습니다. 공간에서 물체의 위치를 완전히 결정하기 위해 지정해야 하는 독립 좌표의 최소 수를 자유도라고 합니다. 예를 들어, 공간에서 자유롭게 움직이는 물질 점은 3개의 자유도를 갖습니다. 즉, 점은 데카르트 직사각형 좌표계의 축을 따라 3개의 독립적인 움직임을 만들 수 있습니다. 절대 강체에는 6개의 자유도가 있습니다. 공간에서의 위치를 결정하려면 좌표 축을 따른 병진 동작을 설명하는 데 3개의 자유도가 필요하고 동일한 축을 중심으로 한 회전을 설명하는 데 3개의 자유도가 필요합니다. 시간을 측정하기 위해 좌표계에는 시계가 장착되어 있습니다.
기준 본체, 이와 연관된 좌표계 및 서로 동기화된 시계 세트의 조합이 기준 시스템을 형성합니다.
주립대학교관리
학회 원격 학습
전문분야 – 경영
분야별 : KSE
“뉴턴 역학은 자연에 대한 고전적 설명의 기초입니다. 역학의 주요 임무와 적용 가능성의 한계.”
완전한
학생번호 1211
그룹번호 UP4-1-98/2
1. 소개.________________________________________________________________ 3
2. 뉴턴역학.__________________________________________ 5
2.1. 뉴턴의 운동 법칙.______________________________________________________________ 5
2.1.1. 뉴턴의 제1법칙.________________________________________________ 6
2.1.2. 뉴턴의 제2법칙.________________________________________________ 7
2.1.3. 뉴턴의 제3법칙._________________________________________________ 8
2.2. 만유인력의 법칙.____________________________________________ 11
2.3. 역학의 주요 임무._____________________________________________ 13
2.4. 적용 한계._____________________________________________________________ 15
3. 결론.________________________________________________ 18
4. 참고문헌 목록._______________________________________ 20
뉴턴 (1643-1727)
이 세상은 깊은 어둠에 둘러싸여 있었습니다.
빛이 있으라! 그리고 뉴턴이 나타났습니다.
1. 소개.
"물리학"의 개념은 먼 과거에 뿌리를 두고 있으며 그리스어로 번역하면 "자연"을 의미합니다. 이 과학의 주요 임무는 주변 세계의 "법칙"을 확립하는 것입니다. 아리스토텔레스의 제자인 플라톤의 주요 저작 중 하나는 '물리학'이었습니다.
그해의 과학은 자연 철학적 성격을 가졌습니다. 이는 천체의 직접 관찰된 움직임이 실제 움직임이라는 사실에서 비롯되었습니다. 이것으로부터 우주에서 지구의 중심 위치에 대한 결론이 도출되었습니다. 이 시스템은 천체로서 지구의 일부 특징, 즉 지구가 공이고 모든 것이 중심을 향해 끌린다는 사실을 정확하게 반영했습니다. 따라서 이 가르침은 실제로 지구에 관한 것이었습니다. 당시 수준에서는 제시된 기본 요구 사항을 충족했습니다. 과학적 지식. 첫째, 관찰된 움직임을 단일한 관점에서 설명하였다. 천체둘째, 미래의 위치를 계산할 수 있게 되었습니다. 동시에, 고대 그리스인의 이론적 구성은 본질적으로 순전히 추측적이었습니다. 그들은 실험과 완전히 분리되었습니다.
이러한 시스템은 16세기까지 존재했고, 코페르니쿠스의 가르침이 출현할 때까지 존재했으며, 코페르니쿠스의 가르침은 갈릴레오의 실험 물리학에서 더욱 입증되었으며, 천체와 지상 물체의 움직임을 통합한 뉴턴 역학의 창조로 정점에 달했습니다. 운동의 법칙. 나타났다 가장 큰 혁명현대적인 이해에서 과학 발전의 토대를 마련한 자연 과학.
갈릴레오 갈릴레이는 세상은 무한하고 물질은 영원하다고 믿었습니다. 모든 프로세스에서 아무것도 파괴되거나 생성되지 않습니다. 신체 또는 부품의 상대적 배열만 변경됩니다. 물질은 절대적으로 분할할 수 없는 원자로 구성되어 있으며, 그 운동은 유일한 보편적인 기계적 운동입니다. 천체는 지구와 유사하며 동일한 역학 법칙을 따릅니다.
뉴턴에게는 실험과 관찰을 통해 연구 대상의 특성을 명확하게 알아내고 가설을 사용하지 않고 귀납법에 기초한 이론을 구축하는 것이 중요했습니다. 그는 실험 과학으로서의 물리학에는 가설을 위한 여지가 없다는 사실에서 출발했습니다. 귀납법의 불완전성을 인식한 그는 귀납법이 다른 방법보다 가장 바람직하다고 생각했습니다.
고대와 17세기 모두 천체의 움직임을 연구하는 것의 중요성이 인식되었습니다. 하지만 고대 그리스인들의 경우 이 문제철학적인 의미가 더 컸고, 17세기에는 실용적인 측면이 지배적이었습니다. 항법의 발달로 인해 점성술 목적에 필요한 천문표에 비해 항법 목적을 위한 더 정확한 천문표의 개발이 필요해졌습니다. 주요 임무는 천문학자와 항해사에게 꼭 필요한 경도를 결정하는 것이었습니다. 이 중요한 실제 문제를 해결하기 위해 최초의 국립 천문대가 만들어졌습니다(1672년 파리 천문대, 1675년 그리니치 천문대). 본질적으로 이는 절대시간을 결정하는 작업이었으며, 이는 현지 시간과 비교하여 경도로 변환될 수 있는 시간 간격을 제공합니다. 이 시간은 별들 사이의 달의 움직임을 관찰하는 것뿐만 아니라 다음과 같은 방법으로 결정할 수 있습니다. 정확한 시계, 절대 시간으로 설정되고 관찰자가 보유합니다. 첫 번째 경우에는 천체의 위치를 예측하기 위해 매우 정확한 테이블이 필요했고, 두 번째 경우에는 절대적으로 정확하고 신뢰할 수 있는 시계 메커니즘이 필요했습니다. 이러한 방향의 작업은 성공하지 못했습니다. 뉴턴만이 만유인력의 법칙과 역학의 세 가지 기본 법칙, 미분 및 적분 미적분학의 발견 덕분에 역학에 통합 과학 이론의 성격을 부여한 해결책을 찾았습니다.
2. 뉴턴 역학.
상단 과학적 창의성 I. 뉴턴(I. Newton)은 1687년에 처음 출판된 그의 불멸의 저서 “자연 철학의 수학적 원리”입니다. 그 안에 그는 전임자들과 자신의 연구를 통해 얻은 결과를 요약하고 처음으로 모든 고전 물리학의 기초를 형성하는 지상 역학과 천체 역학의 조화로운 단일 시스템을 만들었습니다. 여기서 뉴턴은 초기 개념, 즉 질량, 밀도에 해당하는 물질의 양에 대한 정의를 제공했습니다. 충격량과 동등한 운동량, 그리고 다양한 유형힘. 물질의 양에 대한 개념을 공식화하면서 그는 원자가 단일한 주요 물질로 구성되어 있다는 생각에서 출발했습니다. 밀도는 물체의 단위 부피가 채워지는 정도로 이해되었습니다. 주된 문제. 이 연구는 뉴턴의 만유인력 교리를 설명하며, 이를 바탕으로 행성, 위성 및 혜성의 운동 이론을 개발했습니다. 태양계. 이 법칙을 바탕으로 그는 조수 현상과 목성의 압축을 설명했습니다.
뉴턴의 개념은 시간이 지남에 따라 많은 기술 발전의 기초가 되었습니다. 그 기초를 바탕으로 많은 방법이 형성되었습니다. 과학적 연구다양한 자연과학 분야에서.
2.1. 뉴턴의 운동 법칙.
운동학이 점유하는 성질 외에는 물질적 몸체의 어떤 성질도 갖지 않는 기하학적 몸체의 움직임을 연구한다면 특정 장소공간에서 시간이 지남에 따라 이 위치를 변경하면 역학은 적용된 힘의 영향으로 실제 신체의 움직임을 연구합니다. 뉴턴이 확립한 역학의 세 가지 법칙은 역학의 기초가 되며 주요 부분을 구성합니다. 고전역학.
움직이는 물체가 물질적 점으로 간주되는 가장 간단한 운동 사례에 직접 적용될 수 있습니다. 몸의 크기와 모양을 고려하지 않고 몸의 움직임을 질량이 있는 점의 움직임으로 간주하는 경우. 끓는 물에서 점의 움직임을 설명하기 위해 이 움직임을 특징짓는 양이 결정되는 좌표계를 선택할 수 있습니다. 다른 몸체에 대해 상대적으로 움직이는 모든 몸체는 참조 몸체로 간주될 수 있습니다. 역학에서 우리는 관성 좌표계를 다루며, 이에 대해 자유 물질 점이 일정한 속도로 움직인다는 사실을 특징으로 합니다.
2.1.1. 뉴턴의 제1법칙.
관성의 법칙은 수평 운동의 경우 갈릴레오에 의해 처음 확립되었습니다. 물체가 수평면을 따라 이동할 때 그 운동은 균일하며 평면이 공간에서 끝없이 확장되면 끊임없이 계속됩니다. 뉴턴은 운동의 제1법칙으로 관성의 법칙에 대한 보다 일반적인 공식화를 제시했습니다. 즉, 모든 물체는 작용하는 힘이 이 상태를 바꿀 때까지 정지 상태 또는 균일한 선형 운동 상태를 유지합니다.
인생에서 이 법칙은 움직이는 물체를 당기거나 미는 것을 멈추면 멈추고 일정한 속도로 계속 움직이지 않는 경우를 설명합니다. 엔진이 꺼진 상태에서 자동차가 정지하는 방식입니다. 뉴턴의 법칙에 따르면 제동력은 관성에 의해 굴러가는 자동차에 작용해야 하며, 실제로는 공기 저항과 고속도로 표면의 자동차 타이어 마찰입니다. 그들은 차에 말한다 음의 가속도그가 멈출 때까지.
이 법칙 공식의 단점은 운동을 관성 좌표계와 연관시킬 필요성에 대한 어떠한 표시도 포함하지 않았다는 것입니다. 사실 뉴턴은 관성 좌표계의 개념을 사용하지 않았습니다. 대신에 그는 신체의 속도가 결정되는 특정 절대 좌표계와 연관되는 균질하고 움직이지 않는 절대 공간의 개념을 도입했습니다. . 절대 기준계로서 절대 공간의 공허함이 밝혀지면서 관성의 법칙이 다르게 공식화되기 시작했습니다. 즉, 관성 좌표계에 비해 자유 물체는 정지 상태 또는 균일한 직선 운동 상태를 유지합니다.
2.1.2. 뉴턴의 제2법칙.
제2법칙의 공식화에서 뉴턴은 다음과 같은 개념을 도입했습니다.
가속도는 신체 속도의 변화율을 결정하는 벡터 양(뉴턴은 이를 운동량이라고 부르며 속도 평행사변형 규칙을 공식화할 때 고려함)입니다.
힘은 벡터량으로, 다른 신체나 필드가 신체에 미치는 기계적 충격의 척도로 이해되며, 그 결과 신체가 가속을 얻거나 모양과 크기가 변경됩니다.
체질량은 물질의 주요 특성 중 하나인 물리량으로, 관성 및 중력 특성을 결정합니다.
역학 제2법칙은 물체에 작용하는 힘은 물체의 질량과 이 힘에 의해 전달된 가속도의 곱과 같다고 말합니다. 이것이 현대적인 공식입니다. 뉴턴은 이를 다르게 공식화했습니다. 운동량의 변화는 적용된 작용력에 비례하고 이 힘이 작용하는 직선 방향에서 발생하며 신체의 질량에 반비례하거나 수학적으로 다음과 같이 발생합니다.
이 법칙은 스프링 끝에 카트를 부착하고 스프링을 놓으면 실험적으로 쉽게 확인할 수 있습니다. 티카트 길을 갈 것이다 초 1(그림 1) 그런 다음 두 개의 트롤리를 동일한 스프링에 부착합니다. 체중을 두 배로 늘리고 스프링을 풀어준 다음 동시에 티그들은 멀리 갈 것이다 초 2, 보다 두 배 적음 초 1 .
이 법칙은 관성 기준계에서만 유효합니다. 수학적 관점에서 첫 번째 법칙은 두 번째 법칙의 특별한 경우입니다. 왜냐하면 합력이 0이면 가속도도 0이기 때문입니다. 그러나 뉴턴의 제1법칙은 독립법칙으로 간주됩니다. 관성 시스템의 존재를 주장하는 사람은 바로 그 사람입니다.
2.1.3. 뉴턴의 제3법칙.
뉴턴의 제3법칙은 다음과 같습니다. 작용은 항상 동일하고 반대되는 반응을 가집니다. 그렇지 않으면 물체는 크기가 같고 방향이 반대인 동일한 직선을 따라 또는 수학적으로 힘을 사용하여 서로 작용합니다.
뉴턴은 이 법칙의 효과를 물체의 충돌과 상호 인력의 경우로 확장했습니다. 이 법칙을 가장 간단하게 보여주는 것은 중력의 영향을 받는 수평면에 위치한 물체입니다. Ft및 지상 반력 F o, 동일한 직선에 누워 값이 동일하고 반대 방향으로 향하는 이러한 힘의 평등으로 인해 신체가 휴식을 취할 수 있습니다 (그림 2).
추론은 뉴턴의 세 가지 기본 운동 법칙을 따르며, 그 중 하나는 평행사변형 규칙에 따라 운동량을 추가하는 것입니다. 신체의 가속도는 해당 신체에 대한 다른 신체의 작용을 특징짓는 양과 이 신체의 특성을 결정하는 양에 따라 달라집니다. 주어진 신체의 이동 속도를 변경하는 다른 신체의 신체에 대한 기계적 작용을 힘이라고 합니다. 그녀는 다른 성격(중력, 탄성력 등). 신체 속도의 변화는 힘의 성질이 아니라 그 크기에 달려 있습니다. 속도와 힘은 벡터이므로 평행사변형 법칙에 따라 여러 힘의 작용이 합산됩니다. 획득하는 가속도가 좌우되는 신체의 특성은 질량으로 측정되는 관성입니다. 빛의 속도보다 훨씬 낮은 속도를 다루는 고전 역학에서 질량은 물체가 움직이는지 여부에 관계없이 물체 자체의 특성입니다. 고전 역학에서 신체의 질량은 신체와 다른 신체의 상호 작용에 의존하지 않습니다. 이러한 질량 특성으로 인해 뉴턴은 질량을 물질의 척도로 삼았고 그 크기가 신체의 물질 양을 결정한다고 믿었습니다. 따라서 질량은 물질의 양으로 이해되게 되었습니다.
물질의 양은 신체의 무게에 비례하여 측정될 수 있습니다. 무게는 신체가 자유롭게 떨어지는 것을 방지하는 지지대에 작용하는 힘입니다. 수치적으로 무게는 체중과 중력가속도의 곱과 같습니다. 지구의 압축과 일일 자전으로 인해 체중은 위도에 따라 변하며 극지방보다 적도 지방에서 0.5% 적습니다. 질량과 무게는 엄밀히 비례하므로 물질의 질량이나 양에 대한 실질적인 측정이 가능했습니다. 무게가 신체에 미치는 다양한 영향이라는 이해는 뉴턴이 신체의 내부 특성, 즉 관성을 확립하도록 자극했습니다. 그는 이를 질량에 비례하여 균일한 선형 운동을 유지하는 신체의 고유한 능력으로 간주했습니다. 관성의 척도인 질량은 뉴턴이 그랬던 것처럼 저울을 사용하여 측정할 수 있습니다.
무중력 상태에서는 관성에 의해 질량을 측정할 수 있습니다. 관성 측정은 일반적으로질량 측정. 그러나 관성과 무게는 다른 물리적 개념입니다. 서로의 비례성은 저울을 사용하여 질량을 측정할 때 실용적인 측면에서 매우 편리합니다. 따라서 힘과 질량의 개념과 이를 측정하는 방법의 확립을 통해 뉴턴은 역학 제2법칙을 공식화할 수 있었습니다.
역학의 제1법칙과 제2법칙은 각각 물질점이나 한 물체의 움직임과 관련됩니다. 이 경우 특정 본체에 대한 다른 본체의 동작만 고려됩니다. 그러나 모든 행동은 상호작용입니다. 역학에서 작용은 힘을 특징으로 하기 때문에 한 몸체가 다른 몸체에 특정 힘으로 작용하면 두 번째 몸체는 동일한 힘으로 첫 번째 몸체에 작용하며 이는 역학의 세 번째 법칙에 의해 고정됩니다. 뉴턴의 공식에서 역학 제3법칙은 힘의 직접적인 상호작용이 있거나 한 물체의 작용이 즉시 다른 물체로 전달되는 경우에만 유효합니다. 한정된 기간에 걸친 소송 이전의 경우, 소송 이전 시기를 무시할 수 있는 경우 이 법이 적용됩니다.
2.2. 만유인력의 법칙.
뉴턴 역학의 핵심은 힘의 개념이며 역학의 주요 임무는 주어진 운동으로부터 법칙을 확립하고 반대로 주어진 힘으로부터 물체의 운동 법칙을 결정하는 것이라고 믿어집니다. 케플러의 법칙에서 뉴턴은 태양을 향한 힘의 존재를 추론했는데, 이는 태양으로부터 행성까지의 거리의 제곱에 반비례합니다. Kepler, Huygens, Descartes, Borelli, Hooke가 표현한 아이디어를 일반화 한 Newton은 신체의 인력을 결정하는 보편적 중력의 힘이 본질적으로 존재한다고 주장되는 수학적 법칙의 정확한 형태를 제공했습니다. 중력은 중력 물체의 질량의 곱에 정비례하고 중력 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 또는 수학적으로 다음과 같습니다.
여기서 G는 중력 상수입니다.
이 법칙은 모든 신체의 상호 작용을 설명합니다. 유일한 중요한 점은 신체 사이의 거리가 크기에 비해 충분히 크다는 것입니다. 이를 통해 신체가 물질적 지점으로 허용될 수 있습니다. 뉴턴의 중력 이론에서는 중력이 어떤 매체의 중재 없이 한 중력체에서 다른 중력체로 즉시 전달된다는 것이 인정됩니다. 만유인력의 법칙은 길고 격렬한 논쟁을 불러일으켰습니다. 이 법칙은 중요한 철학적 의미를 갖고 있었기 때문에 이것은 우연이 아닙니다. 요점은 뉴턴 이전에 물리 이론을 창안하는 목표는 물리적 현상의 메커니즘을 모든 세부 사항에서 식별하고 표현하는 것이었다는 것입니다. 이것이 불가능할 경우, 상세한 해석에 적합하지 않은 소위 "숨겨진 특성"에 대한 주장이 제기되었습니다. 베이컨과 데카르트는 "숨겨진 특성"에 대한 언급이 비과학적이라고 선언했습니다. 데카르트는 자연 현상의 본질은 시각적으로 상상해야만 이해할 수 있다고 믿었습니다. 따라서 그는 천상의 소용돌이의 도움으로 중력 현상을 표현했습니다. 조건에서 펼친이러한 아이디어, 즉 뉴턴의 만유인력 법칙은 전례 없는 정확도로 천문 관측의 일치성을 입증했음에도 불구하고 신체의 상호 매력이 "숨겨진 특성"이라는 순회 교리를 매우 연상시킨다는 이유로 의문을 제기했습니다. .” 그리고 뉴턴은 수학적 분석과 실험 데이터를 바탕으로 그 존재 사실을 확립했지만 수학적 분석은 아직 충분히 신뢰할만한 방법으로 연구자들의 의식에 확고히 들어 가지 않았습니다. 그러나 물리적 연구를 절대 진리를 주장하지 않는 사실로 제한하려는 욕구는 뉴턴이 물리학의 형성을 독립적인 과학으로 완성하고 절대 지식에 대한 주장으로 자연 철학과 분리할 수 있게 해주었습니다.
만유인력의 법칙에서 과학은 자연법칙의 모델을 예외 없이 정확하게 정의된 결과와 함께 절대적으로 정확하고 어디에서나 적용 가능한 규칙으로 받아들였습니다. 이 법칙은 칸트의 철학에 포함되었으며, 자연은 도덕성과 대조되는 필연의 왕국, 즉 자유의 왕국으로 표현되었습니다.
뉴턴의 물리적 개념은 일종의 17세기 물리학의 최고의 성취였습니다. 우주에 대한 정적인 접근 방식은 역동적인 접근 방식으로 대체되었습니다. 실험적- 수학적 방법 17세기 물리학의 많은 문제를 해결할 수 있었던 연구는 앞으로 2세기 동안 물리적 문제를 해결하는 데 적합한 것으로 판명되었습니다.
2.3. 역학의 주요 임무.
고전 역학의 발전의 결과는 뉴턴 역학의 법칙에 따라 세계의 모든 질적 다양성이 신체 움직임의 차이로 설명되는 틀 내에서 세계의 통일된 기계적 그림을 창출한 것입니다. 세계의 기계적 그림에 따르면, 세계의 물리적 현상을 역학의 법칙에 기초하여 설명할 수 있다면 그러한 설명은 과학적으로 인정됩니다. 따라서 뉴턴의 역학은 과학혁명이 일어나기 전까지 세계를 지배했던 기계론의 기초가 되었습니다. 19세기의 전환기그리고 XX세기.
이전의 기계 개념과 달리 뉴턴의 역학은 이전과 이후, 공간의 어느 지점에서나 모든 운동 단계의 문제를 해결할 수 있게 해주었습니다. 알려진 사실, 이러한 움직임을 유발하는 것뿐만 아니라 알려진 움직임의 기본 요소를 사용하여 모든 지점에서 이러한 요인의 작용 크기와 방향을 결정하는 역 문제도 있습니다. 덕분에 뉴턴역학은 기계운동의 정량적 해석을 위한 방법으로 활용될 수 있었다. 어느 물리적 현상원인이 되는 요인에 관계없이 연구할 수 있습니다. 예를 들어, 지구 위성의 속도를 계산할 수 있습니다. 단순화를 위해 지구의 반경과 동일한 궤도를 갖는 위성의 속도를 찾아보겠습니다(그림 3). 충분한 정확도를 사용하면 위성의 가속도를 지구 표면의 중력 가속도와 동일시할 수 있습니다.
반면에 위성의 구심 가속도.
어디 . – 이 속도를 첫 번째 탈출 속도라고 합니다. 그러한 속도가 주어지면 어떤 질량의 몸체도 지구의 위성이 될 것입니다.
뉴턴 역학의 법칙은 힘을 운동이 아니라 운동의 변화와 연관시킵니다. 이는 움직임을 유지하기 위해 힘이 필요하다는 전통적인 생각을 버리고, 움직임을 유지하기 위해 기존 메커니즘에 힘이 필요했던 마찰을 제거하는 것을 가능하게 했습니다. 부역. 전통적인 정적인 관점 대신 역동적인 세계관을 확립한 뉴턴은 자신의 동역학을 이론물리학의 기초로 삼았습니다. 뉴턴은 기계적 해석에 있어서 조심스러웠지만 자연 현상, 여전히 역학의 원리로부터 다른 자연 현상을 도출하는 것이 바람직하다고 생각했습니다. 추가 개발물리학은 특정 문제의 해결과 관련하여 역학 장치의 추가 개발 방향으로 수행되기 시작했으며 문제가 해결됨에 따라 세계의 기계적 그림이 더욱 강해졌습니다.
2.4. 적용 한계.
20세기 초 물리학의 발전으로 인해 고전 역학의 적용 범위가 결정되었습니다. 고전 역학의 법칙은 속도가 빛의 속도보다 훨씬 느린 움직임에 유효합니다. 속도가 증가함에 따라 체질량도 증가하는 것으로 나타났습니다. 일반적으로 뉴턴의 고전 역학 법칙은 관성 기준 시스템의 경우 유효합니다. 비관성 기준 시스템의 경우 상황이 다릅니다. 관성 시스템에 대한 비관성 좌표계의 가속 이동으로 인해 뉴턴의 제1법칙(관성의 법칙)은 이 시스템에 적용되지 않습니다. 자유 물체는 시간이 지남에 따라 이동 속도를 변경합니다.
고전 역학의 첫 번째 불일치는 소우주가 발견되었을 때 드러났습니다. 고전 역학에서는 공간에서의 움직임과 속도 결정이 이러한 움직임이 어떻게 실현되는지에 관계없이 연구되었습니다. 마이크로 월드 현상과 관련하여 그러한 상황은 원칙적으로 불가능합니다. 여기서 운동학의 기본이 되는 시공간적 위치 파악은 특정 동적 운동 조건에 의존하는 일부 특수한 경우에만 가능합니다. 거시적 규모에서는 운동학을 사용하는 것이 상당히 허용됩니다. 마이크로 스케일의 경우, 주요 역할역학적 조건에 상관없이 운동을 연구하는 양자운동학(Kinematics)은 그 의미를 상실하고 있다.
미시 세계의 규모에 대해서는 뉴턴의 제2법칙도 뒷받침할 수 없는 것으로 나타났습니다. 이는 대규모 현상에만 유효합니다. 연구 중인 시스템을 특징짓는 양을 측정하려는 시도는 이 시스템을 특징짓는 다른 양의 통제되지 않은 변화를 수반한다는 것이 밝혀졌습니다. 공간과 시간에서 위치를 확립하려는 시도가 이루어지면 이는 해당 공액 양의 통제되지 않은 변화로 이어집니다. , 이는 동적 상태 시스템을 결정합니다. 따라서 두 개의 상호 공액량을 동시에 정확하게 측정하는 것은 불가능합니다. 시스템을 특징짓는 한 수량의 값이 더 정확하게 결정될수록, 관련된 수량의 값은 더욱 불확실해집니다. 이러한 상황은 사물의 본질을 이해하는 관점에 중요한 변화를 수반했습니다.
고전 역학의 불일치는 미래가 어떤 의미에서는현재에 완전히 포함되어 있습니다. 이는 어떤 상황에서도 시스템의 동작을 정확하게 예측할 수 있는 가능성을 결정합니다. 미래의 순간시간. 이 가능성은 상호 공액 양의 동시 결정을 제공합니다. 마이크로 월드 영역에서는 이것이 불가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 중요한 변화예측의 가능성과 자연 현상의 상호 연결을 이해하는 데 있어서 특정 시점의 시스템 상태를 특징짓는 양의 값은 어느 정도의 불확실성으로만 설정될 수 있으므로 값을 정확하게 예측할 수 있는 가능성이 있습니다. 이후 시점의 이러한 수량은 제외됩니다. 즉, 특정 값을 얻을 확률만 예측할 수 있습니다.
고전 역학의 기초를 뒤흔든 또 다른 발견은 장 이론의 창시였습니다. 고전 역학은 모든 자연 현상을 물질 입자 사이에 작용하는 힘으로 환원하려고 시도했습니다. 전기 유체의 개념은 이에 기초했습니다. 이 개념의 틀 내에서 물질과 그 변화만이 실제였습니다. 여기서 가장 중요한 것은 관련된 개념의 도움을 받아 두 전하의 작용에 대한 설명이었습니다. 요금 자체가 아닌 이러한 요금 사이의 필드에 대한 설명은 요금의 작용을 이해하는 데 매우 중요했습니다. 다음은 이러한 조건에서 뉴턴의 세 번째 법칙을 위반하는 간단한 예입니다. 하전 입자가 전류가 흐르는 도체에서 멀어지고 이에 따라 주위에 자기장이 생성되면 하전 입자에 의해 가해지는 힘이 발생합니다. 전류가 흐르는 도체의 전류는 정확히 0입니다.
생성됨 새로운 현실세계의 기계적인 그림에는 자리가 없었습니다. 결과적으로 물리학은 물질과 장이라는 두 가지 현실을 다루기 시작했습니다. 고전 물리학이 물질 개념에 기초를 두고 있다면 새로운 현실이 확인됨에 따라 세계의 물리적 그림이 수정되어야 했습니다. 설명하려는 시도 전자기 현상에테르의 도움으로 견딜 수 없는 것으로 판명되었습니다. 에테르는 실험적으로 검출할 수 없었습니다. 이로 인해 상대성 이론이 탄생하게 되었고, 이로 인해 우리는 고전 물리학의 특징인 공간과 시간의 개념을 재고하게 되었습니다. 따라서 양자 이론과 상대성 이론이라는 두 가지 개념이 새로운 물리적 개념의 기초가 되었습니다.
3. 결론.
자연과학 발전에 대한 뉴턴의 공헌은 물리 법칙을 관찰을 통해 확인할 수 있는 정량적 결과로 변환하고 반대로 그러한 관찰에서 물리 법칙을 도출하는 수학적 방법을 제공했다는 것입니다. 그 자신이 "원리"의 서문에서 썼듯이, "... 우리는 이 작업을 물리학의 수학적 기초로 제안합니다. 물리학의 모든 어려움은 ... 운동 현상에서 자연의 힘을 인식하는 것입니다. 나머지 현상을 설명하기 위해 이러한 힘을 사용합니다 ... 비슷한 방식으로 추론하여 역학의 원리로부터 자연의 나머지 현상을 추론하는 것이 바람직할 것입니다. 왜냐하면 이 모든 현상이 특정 힘에 의해 결정된다고 가정하게 만들기 때문입니다. 물체의 입자들은 아직 알려지지 않은 이유 때문에 서로를 향하여 규칙적인 형상으로 맞물리거나, 서로 반발하고 멀어지는 힘을 가지고 있습니다. 이러한 힘은 아직까지 알려져 있지 않기 때문에 지금까지 철학자들이 자연 현상을 설명하려는 시도는 없었습니다. 그러나 이 추론 방법이든, 여기에 제시된 이유가 어느 정도 밝혀질 수 있는 더 정확한 방법은 아무 소용이 없습니다."
뉴턴의 방법은 자연을 이해하는 주요 도구가 되었습니다. 고전 역학의 법칙과 수학적 분석 방법은 그 효과를 입증했습니다. 측정 기술을 활용한 물리적 실험은 전례 없는 정확성을 보장했습니다. 물리적 지식은 점차 산업 기술과 공학의 기초가 되었고 다른 자연 과학의 발전을 촉진했습니다. 물리학에서는 이전에 고립되었던 빛, 전기, 자기, 열이 전자기 이론으로 결합되었습니다. 중력의 본질은 불분명하지만 그 작용은 계산될 수 있습니다. 라플라스의 기계론적 결정론 개념은 초기 조건이 알려지면 어느 시점에서나 시스템의 동작을 명확하게 결정할 수 있다는 가능성을 바탕으로 확립되었습니다. 과학으로서의 역학의 구조는 견고하고 신뢰할 수 있으며 거의 완벽해 보였습니다. 기존에 맞지 않는다 고전 대포직면한 현상은 고전 역학의 관점에서 볼 때 더 정교한 정신을 가진 사람이라면 미래에 꽤 설명할 수 있을 것 같았습니다. 물리학에 대한 지식이 완전한 완성에 가까워졌다는 인상을 받았습니다. 이러한 강력한 힘은 고전 물리학의 기초에서 입증되었습니다.
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인용하다 저자: 사회사 속의 Bernal J. Science. M., 1956.P.265
역학은 공간과 시간 속에서 신체(또는 그 부분)의 균형과 움직임을 연구하는 학문입니다. 기계적 움직임은 가장 단순하면서도 동시에 (인간에게) 물질 존재의 가장 일반적인 형태입니다. 따라서 역학은 자연 과학에서 매우 중요한 위치를 차지하고 물리학의 주요 하위 섹션입니다. 그것은 역사적으로 발생하여 자연 과학의 다른 하위 분야보다 일찍 과학으로 형성되었습니다.
역학에는 정역학, 운동학, 동역학이 포함됩니다. 정역학에서는 신체의 평형 조건을 연구하고 운동학에서는 기하학적 관점에서 신체의 움직임을 연구합니다. 힘의 작용과 역학을 고려하지 않고 이러한 힘을 고려합니다. 정역학과 운동학은 독립적인 의미를 갖기도 하지만 동역학의 입문으로 간주되는 경우가 많습니다.
지금까지 역학이란 20세기 초에 완성된 고전 역학을 의미했습니다. 현대 물리학의 틀 내에는 양자 역학과 상대론이라는 두 가지 역학이 더 있습니다. 하지만 우리는 고전 역학을 좀 더 자세히 살펴볼 것입니다.
고전 역학은 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도로 신체의 움직임을 고려합니다. 특수 상대성 이론에 따르면 빛의 속도에 가까운 고속으로 움직이는 물체에는 절대 시간과 절대 공간이 존재하지 않습니다. 따라서 신체 상호 작용의 성격은 더욱 복잡해지며, 특히 신체의 질량은 운동 속도에 따라 달라집니다. 이 모든 것은 빛의 속도 상수가 근본적인 역할을 하는 상대론적 역학의 고려 대상이었습니다.
고전 역학은 다음과 같은 기본 법칙을 기반으로 합니다.
갈릴레오의 상대성 원리
이 원리에 따르면 자유 물체가 정지 상태에 있거나 크기와 방향이 일정한 속도로 움직이는 기준 시스템은 무한히 많습니다. 이러한 기준 시스템을 관성이라고 하며 서로에 대해 균일하고 직선적으로 움직입니다. 이 원칙은 절대 참조 시스템, 즉 어떤 방식으로든 다른 참조 시스템과 구별되는 참조 시스템이 없는 것으로 공식화될 수도 있습니다.
고전역학의 기본은 뉴턴의 세 가지 법칙이다.
- 1. 모든 물질적 몸체는 다른 몸체의 영향으로 인해 이 상태가 변경될 때까지 정지 상태 또는 균일한 직선 운동 상태를 유지합니다. 정지 상태 또는 균일한 선형 운동 상태를 유지하려는 신체의 욕구를 관성이라고 합니다. 따라서 제1법칙을 관성의 법칙이라고도 합니다.
- 2. 신체가 획득한 가속도는 신체에 작용하는 힘에 직접적으로 비례하고 신체의 질량에 반비례합니다.
- 3. 상호 작용하는 물체가 서로 작용하는 힘은 크기가 같고 방향이 반대입니다.
뉴턴의 제2법칙은 우리에게 다음과 같이 알려져 있다.
자연과학 고전역학 법칙
F = m H a, 또는 a = F/m,
여기서 힘 F의 작용 하에서 물체가 받는 가속도 a는 물체 m의 질량에 반비례합니다.
첫 번째 법칙은 두 번째 법칙에서 얻을 수 있습니다. 다른 힘이 신체에 영향을 미치지 않으면 가속도도 0이기 때문입니다. 그러나 첫 번째 법칙은 관성 기준계의 존재를 명시하므로 독립 법칙으로 간주됩니다. 수학적 공식에서 뉴턴의 제2법칙은 다음과 같이 가장 자주 작성됩니다.
신체에 작용하는 힘의 결과 벡터는 어디에 있습니까? -- 신체 가속도 벡터; m - 체중.
뉴턴의 제3법칙은 제2법칙에 도입된 힘 개념의 일부 속성을 명확히 합니다. 그는 두 번째 몸체에서 첫 번째 몸체에 작용하는 각 힘이 첫 번째 몸체에서 두 번째 몸체에 작용하는 힘과 크기가 같고 방향이 반대인 힘이 존재한다고 가정합니다. 뉴턴의 세 번째 법칙이 존재하면 물체 시스템의 운동량 보존 법칙이 충족됩니다.
운동량 보존 법칙
이 법칙은 닫힌 시스템에 대한 뉴턴의 법칙의 결과입니다. 즉, 외부 힘에 의해 작용하지 않거나 외부 힘의 작용이 보상되고 결과적인 힘이 0인 시스템입니다. 좀 더 근본적인 관점에서 보면, 뇌터의 정리(Noether's theorem)로 표현되는 운동량 보존 법칙과 공간의 균질성 사이에는 관계가 있습니다.
에너지 보존의 법칙
에너지 보존 법칙은 닫힌 보수 시스템, 즉 보수 세력만 작용하는 시스템에 대한 뉴턴의 법칙의 결과입니다. 한 신체에서 다른 신체로 전달되는 에너지는 항상 다른 신체가 받는 에너지와 동일합니다. 상호 작용하는 신체 간의 에너지 교환 과정을 정량화하기 위해 역학은 움직임을 유발하는 힘의 작용 개념을 도입합니다. 물체를 움직이게 하는 힘은 실제로 작용하고, 움직이는 물체의 에너지는 소모된 일의 양만큼 증가합니다. 알려진 바와 같이, 속도 v로 움직이는 질량 m인 물체는 운동 에너지를 갖습니다.
위치 에너지는 예를 들어 중력과 같은 역장을 통해 상호 작용하는 신체 시스템의 기계적 에너지입니다. 신체를 한 위치에서 다른 위치로 이동할 때 이러한 힘이 수행하는 작업은 이동 궤적에 의존하지 않고 역장에서 신체의 초기 및 최종 위치에만 의존합니다. 중력은 보존력이며, 지구 표면 위 높이 h까지 올라간 질량 m의 물체의 위치 에너지는 다음과 같습니다.
E 땀 = mgh,
여기서 g는 중력 가속도입니다.
총 역학적 에너지는 운동에너지와 위치에너지의 합과 같습니다.
역학(Mechanics)은 가장 단순하고 가장 단순한 것 중 하나를 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 일반 형태자연의 움직임을 기계적인 움직임이라고 합니다.
기계식 무브먼트시간이 지남에 따라 신체 또는 해당 부분의 상대적인 위치가 변경되는 것으로 구성됩니다. 따라서 기계적 운동은 태양 주위의 닫힌 궤도에서 회전하는 행성에 의해 수행됩니다. 지구 표면에서 움직이는 다양한 몸체; 영향을 받아 움직이는 전자 전자기장등. 기계적 움직임은 다른 것에도 존재합니다. 복잡한 형태중요한 부분이지만 완전한 부분은 아닙니다.
역학은 연구 대상의 성질에 따라 물질점 역학, 고체 역학, 연속 매질 역학으로 구분됩니다.
역학의 원리는 I. Newton(1687)이 진공에서의 빛의 속도(3·10 8 m/s)와 비교하여 작은 속도를 갖는 거대체의 운동에 대한 실험적 연구를 바탕으로 처음 공식화했습니다.
매크로바디우리를 둘러싸고 있는 평범한 몸, 즉 엄청난 수의 분자와 원자로 구성된 몸이라고 합니다.
진공 상태에서 빛의 속도보다 훨씬 낮은 속도로 거대체의 움직임을 연구하는 역학을 고전이라고 합니다.
고전역학은 공간과 시간의 속성에 관한 뉴턴의 다음과 같은 생각을 바탕으로 합니다.
어느 물리적 과정공간과 시간 속에서 흐른다. 이는 물리적 현상의 모든 영역에서 각 법칙이 명시적 또는 묵시적으로 시공간 양(거리 및 시간 간격)을 포함한다는 사실에서 분명합니다.
3차원을 지닌 공간은 유클리드 기하학, 즉 평면을 따른다.
거리는 눈금으로 측정되며, 주요 속성은 한 번 길이가 일치하는 두 눈금이 항상 서로 동일하게 유지된다는 것입니다. 즉, 이후의 각 겹침과 일치합니다.
시간 간격은 시간 단위로 측정되며, 후자의 역할은 반복 프로세스를 수행하는 모든 시스템에서 수행될 수 있습니다.
몸체의 크기와 시간 간격에 관한 고전 역학 아이디어의 주요 특징은 절대: 눈금은 관찰자에 대해 상대적으로 어떻게 움직이는지에 관계없이 항상 동일한 길이를 갖습니다. 같은 속도를 갖고 서로 일직선이 된 두 개의 시계는 어떻게 움직이든 상관없이 같은 시간을 나타냅니다.
공간과 시간은 놀라운 속성을 갖고 있다 대칭, 특정 프로세스의 발생을 제한합니다. 이러한 속성은 실험적으로 확립되었으며 언뜻 보면 너무나 명백해 보여서 따로 골라서 다룰 필요가 없어 보입니다. 한편, 공간적, 시간적 대칭이 없었다면 어떤 물리학도 생겨나거나 발전할 수 없었을 것입니다.
그 공간이 밝혀지네요 균일하게그리고 등방성으로, 그리고 시간 - 균일하게.
공간의 균질성은 동일한 조건에서 동일한 물리적 현상이 동일한 방식으로 발생한다는 사실로 구성됩니다. 다양한 부품공간. 따라서 공간의 모든 점은 완전히 구별할 수 없고 권리가 동일하며 그 중 어느 것도 좌표계의 원점으로 간주될 수 있습니다. 공간의 균질성은 운동량 보존의 법칙으로 나타납니다..
공간에도 등방성이 있습니다. 모든 방향에서 동일한 속성이 있습니다. 공간의 등방성은 각운동량 보존의 법칙으로 나타납니다..
시간의 동질성은 모든 시간의 순간도 동일하고 동일하다는 사실에 있습니다. 즉, 구현 및 관찰 시간에 관계없이 동일한 조건에서 동일한 현상의 발생이 동일하다는 사실에 있습니다.
시간의 균일성은 에너지 보존 법칙으로 나타납니다..
이러한 동질성의 특성이 없다면 민스크에서 확립된 물리 법칙은 모스크바에서 불공평할 것이며, 오늘 같은 장소에서 발견된 물리 법칙은 내일 불공평할 수 있습니다.
고전 역학은 물체가 다른 물체의 영향을 받지 않고 직선적이고 균일하게 움직인다는 갈릴레오-뉴턴의 관성 법칙의 타당성을 인정합니다. 이 법칙은 뉴턴의 법칙(갈릴레오의 상대성 원리도 포함)이 충족되는 관성 기준계의 존재를 주장합니다. 갈릴레오의 상대성 원리 모든 관성 기준계는 기계적으로 서로 동일합니다., 역학의 모든 법칙은 이러한 기준계에서 동일합니다. 즉, 다른 관성 기준계에서 모든 사건의 시공간 관계를 표현하는 갈릴레오 변환에서는 변하지 않습니다. 갈릴레오의 변환은 모든 사건의 좌표가 상대적이라는 것을 보여줍니다. 다른 의미다섯 다양한 시스템카운트다운; 이벤트가 발생한 순간은 다른 시스템에서 동일합니다. 후자는 시간이 서로 다른 기준 시스템에서 동일한 방식으로 흐른다는 것을 의미합니다. 이 상황은 너무나 명백해서 특별한 가정으로 언급되지도 않았습니다.
고전 역학에서는 장거리 작용의 원리가 관찰됩니다. 신체의 상호 작용은 즉각적으로, 즉 무한히 빠른 속도로 전파됩니다.
물체가 움직이는 속도와 물체 자체의 크기에 따라 역학은 고전역학, 상대론역학, 양자역학으로 구분됩니다.
이미 지적한 바와 같이, 법률은 고전역학진공에서 빛의 속도에 비해 낮은 속도로 질량이 원자의 질량보다 훨씬 큰 거대 물체의 움직임에만 적용됩니다.
상대론적 역학진공에서 빛의 속도에 가까운 속도로 거대체의 움직임을 고려합니다.
양자역학- 진공에서 빛의 속도보다 훨씬 낮은 속도로 움직이는 미세 입자의 역학.
상대론적 양자역학 - 진공 상태에서 빛의 속도에 가까운 속도로 움직이는 미세 입자의 역학.
입자가 거시적 입자에 속하는지 여부와 고전 공식이 적용 가능한지 여부를 확인하려면 다음을 사용해야 합니다. 하이젠베르크의 불확정성 원리. 에 따르면 양자역학실제 입자는 위치와 운동량 측면에서 어느 정도의 정확성으로만 특성화될 수 있습니다. 이 정확도의 한계는 다음과 같이 결정됩니다.
어디
ΔX - 좌표 불확실성;
ΔP x - 운동량 축에 대한 투영의 불확실성;
h는 1.05·10 -34 J·s에 해당하는 플랑크 상수입니다.
"≥" - 크기, 순서보다 큼...
운동량을 질량과 속도의 곱으로 대체하면 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
공식에 따르면 입자의 질량이 작을수록 좌표와 속도가 덜 확실해집니다. 거시적 물체의 경우 운동을 설명하는 고전적 방법의 실제 적용 가능성은 의심할 여지가 없습니다. 예를 들어 이렇게 말해보자 우리 얘기 중이야일반적으로 공의 위치는 10분의 1 또는 100분의 1밀리미터의 정확도로 실제로 결정될 수 있습니다. 어쨌든 원자 크기보다 작은 공의 위치를 결정할 때의 오류에 대해 이야기하는 것은 의미가 없습니다. 따라서 ΔX=10 -10m라고 가정하겠습니다. 그런 다음 불확실성 관계에서 우리는 찾습니다.
ΔX와 ΔV x 값이 동시에 작다는 것은 거대체의 운동을 설명하는 고전적인 방법의 실제 적용 가능성을 증명합니다.
수소 원자에서 전자의 움직임을 생각해 봅시다. 전자 질량은 9.1·10 -31kg이다. 어떤 경우에도 전자 ΔX 위치의 오류는 원자의 크기, 즉 ΔX를 초과해서는 안됩니다.<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем
이 값은 원자 내 전자의 속도(10 6 m/s와 같은 크기)보다 훨씬 더 큽니다. 이러한 상황에서 고전적인 운동 그림은 모든 의미를 잃습니다.
역학은 다음과 같이 나뉩니다. 운동학, 정역학 및 동역학. 운동학은 이 움직임을 결정하는 이유에 관심을 두지 않고 신체의 움직임을 설명합니다. 정역학은 신체의 평형 조건을 고려합니다. 역학은 움직임의 특정 성격을 결정하는 이유(신체 간 상호 작용)와 관련하여 신체의 움직임을 연구합니다.
신체의 실제 움직임은 너무 복잡해서 연구할 때 고려 중인 움직임에 중요하지 않은 세부 사항을 추상화해야 합니다(그렇지 않으면 문제가 너무 복잡해져서 해결이 사실상 불가능해집니다). 이를 위해 개념(추상화, 이상화)이 사용되며, 그 적용 가능성은 우리가 관심 있는 문제의 특정 성격과 결과를 얻고자 하는 정확성의 정도에 따라 달라집니다. 이들 개념 중에서 중요한 역할을 하는 것은 개념이다. 재료 점, 재료 점 시스템, 절대 강체.
재료 점은 신체 좌표를 결정하는 주어진 정확도 내에서 다른 신체의 선형 치수와 비교하여 선형 치수 만 작은 경우 신체의 병진 운동을 설명하는 물리적 개념입니다. 신체의 질량은 그것에 기인합니다.
본질적으로 물질적 포인트는 존재하지 않습니다. 하나의 동일한 몸체는 조건에 따라 물질적 점으로 간주될 수도 있고 유한 차원의 몸체로 간주될 수도 있습니다. 따라서 태양 주위를 움직이는 지구는 물질적 지점으로 간주 될 수 있습니다. 그러나 축을 중심으로 한 지구의 회전을 연구할 때 더 이상 중요한 지점으로 간주할 수 없습니다. 왜냐하면 이 운동의 본질은 지구의 모양과 크기, 그리고 지구 상의 한 지점이 통과하는 경로에 의해 크게 영향을 받기 때문입니다. 축을 중심으로 회전하는 기간과 동일한 시간 동안의 표면은 지구의 선형 치수와 비슷합니다. 비행기는 질량 중심의 움직임을 연구하면 중요한 지점으로 간주될 수 있습니다. 그러나 환경의 영향을 고려하거나 항공기의 개별 부분에 대한 힘을 결정해야 하는 경우 항공기를 절대적으로 강체로 간주해야 합니다.
절대 강체는 주어진 문제 조건에서 변형을 무시할 수 있는 몸체입니다.
중요 포인트 시스템은 중요 포인트를 나타내는 고려 중인 본체의 모음입니다.
임의의 신체 시스템의 운동에 대한 연구는 상호 작용하는 물질 점 시스템에 대한 연구로 귀결됩니다. 그러므로 고전 역학 연구를 하나의 물질적 지점의 역학으로 시작하여 물질적 지점의 체계에 대한 연구로 넘어가는 것은 자연스러운 일입니다.
이 두 효과의 상호 작용은 뉴턴 역학의 주요 주제입니다.
이 물리학 분야의 다른 중요한 개념으로는 에너지, 운동량, 각운동량 등이 있는데, 이는 상호 작용 중에 물체 간에 전달될 수 있습니다. 기계 시스템의 에너지는 운동 에너지(운동 에너지)와 전위(다른 물체에 대한 신체의 위치에 따라 다름) 에너지로 구성됩니다. 기본 보존 법칙은 이러한 물리량에 적용됩니다.
1. 연혁
고전 역학의 기초는 갈릴레오, 코페르니쿠스, 케플러에 의해 천체의 운동 패턴 연구에서 확립되었으며, 오랫동안 천문학적 사건을 설명하는 맥락에서 역학과 물리학이 고려되었습니다.
태양 중심 체계의 개념은 케플러에 의해 천체 운동의 세 가지 법칙에서 더욱 공식화되었습니다. 특히, 케플러의 두 번째 법칙은 태양계의 모든 행성이 태양을 초점 중 하나로 하는 타원 궤도로 움직인다고 명시하고 있습니다.
고전 역학의 기초에 대한 다음 중요한 공헌은 갈릴레오에 의해 이루어졌습니다. 갈릴레오는 특히 중력의 영향을 받아 신체의 기계적 운동의 기본 법칙을 탐구하여 5가지 보편적인 운동 법칙을 공식화했습니다.
그러나 여전히 고전 역학의 주요 창시자의 영예는 그의 작품 "자연 철학의 수학적 원리"에서 그의 전임자들이 공식화한 기계 운동 물리학의 개념을 종합한 아이작 뉴턴의 것입니다. 뉴턴은 자신의 이름을 딴 세 가지 기본 운동 법칙과 자유 낙하체 현상에 대한 갈릴레오의 연구에 선을 그은 만유인력의 법칙을 공식화했습니다. 따라서 오래된 아리스토텔레스의 그림을 대체하기 위해 세계와 그 기본 법칙에 대한 새로운 그림이 만들어졌습니다.
2. 고전역학의 한계
고전역학은 우리가 일상생활에서 접하는 시스템에 대해 정확한 결과를 제공합니다. 그러나 속도가 빛의 속도에 가까워 상대론적 역학으로 대체되는 시스템이나 양자역학의 법칙이 적용되는 매우 작은 시스템의 경우에는 정확하지 않습니다. 이러한 두 가지 특성을 모두 결합한 시스템의 경우 고전 역학 대신 상대론적 양자장 이론이 사용됩니다. 구성 요소 수가 매우 많거나 자유도가 매우 높은 시스템의 경우 고전 역학도 적합할 수 있지만 통계 역학 방법이 사용됩니다.
고전역학이 널리 사용되는 이유는 첫째, 위에 나열된 이론보다 훨씬 간단하고 사용하기 쉬우며, 둘째, 친숙한 것부터 시작하여 매우 광범위한 종류의 물리적 객체에 대한 근사 및 적용 가능성이 크다는 점입니다. 거대한 천체(행성, 은하)와 아주 미세한 천체(유기 분자)의 꼭대기나 공.
3. 수학 장치
기초 수학 고전역학- Newton과 Leibniz가 이를 위해 특별히 개발한 미분 및 적분 미적분학입니다. 고전적인 공식에서 역학은 뉴턴의 세 가지 법칙을 기반으로 합니다.
4. 이론의 기초에 대한 진술
다음은 고전 역학의 기본 개념을 제시한 것입니다. 단순화를 위해 차원을 무시할 수 있는 객체로 물질점이라는 개념을 사용하겠습니다. 재료 점의 이동은 소수의 매개변수(위치, 질량 및 이에 적용되는 힘)에 의해 결정됩니다.
실제로 고전 역학이 다루는 모든 물체의 크기는 0이 아닙니다. 전자와 같은 물질점은 양자역학의 법칙을 따릅니다. 0이 아닌 치수를 가진 객체는 내부 상태가 변경될 수 있기 때문에 훨씬 더 복잡한 동작을 갖습니다. 예를 들어 공이 이동하는 동안 회전할 수도 있습니다. 그럼에도 불구하고, 물질 포인트에 대해 얻은 결과는 상호 작용하는 많은 물질 포인트의 집합으로 간주한다면 그러한 몸체에 적용될 수 있습니다. 이러한 복잡한 개체의 크기가 특정 물리적 문제의 규모에 비해 중요하지 않은 경우 중요한 점처럼 동작할 수 있습니다.
4.1. 위치, 반경 벡터 및 그 파생물
물체(물질점)의 위치는 원점이라고 불리는 공간상의 고정된 점을 기준으로 결정됩니다. 이 점의 좌표(예: 데카르트 좌표계) 또는 반경 벡터로 지정할 수 있습니다. 아르 자형,원점에서 이 지점까지 그려졌습니다. 실제로 물질 점은 시간이 지남에 따라 이동할 수 있으므로 반경 벡터는 일반적으로 시간의 함수입니다. 고전 역학에서는 상대론적 역학과 달리 모든 기준계에서 시간의 흐름이 동일하다고 믿습니다.
4.1.1. 궤도
궤적은 이동하는 재료 점의 모든 위치의 총체입니다. 일반적으로 궤적은 점의 이동 특성과 선택한 기준 시스템에 따라 모양이 달라지는 곡선입니다.
4.1.2. 움직이는
.입자에 작용하는 모든 힘이 보존적이라면, 다섯는 모든 힘의 위치 에너지를 더하여 얻은 총 위치 에너지입니다.
| . |
저것들. 총에너지 이자형 = 티 + V시간이 지나도 지속됩니다. 이것은 보존의 기본 물리적 법칙 중 하나의 표현입니다. 고전 역학에서는 자연의 많은 유형의 힘이 보수적이기 때문에 실용적으로 유용할 수 있습니다.