กลศาสตร์- เป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษารูปแบบการเคลื่อนที่ของสสารที่ง่ายที่สุด - การเคลื่อนไหวทางกลซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนตำแหน่งของร่างกายหรือส่วนต่าง ๆ เมื่อเวลาผ่านไป ความจริงที่ว่าปรากฏการณ์ทางกลเกิดขึ้นในอวกาศและเวลาสะท้อนให้เห็นในกฎกลศาสตร์ใด ๆ ที่มีความสัมพันธ์อย่างชัดเจนหรือโดยปริยาย - ระยะทางและช่วงเวลา

ช่างกลตั้งค่าเอง สองงานหลัก:

การศึกษาความเคลื่อนไหวต่างๆ และลักษณะทั่วไปของผลลัพธ์ที่ได้ในรูปของกฎหมาย ซึ่งสามารถทำนายลักษณะของการเคลื่อนไหวในแต่ละกรณีได้

การแก้ปัญหานี้นำไปสู่การก่อตั้งกฎแบบไดนามิกโดย I. Newton และ A. Einstein การค้นหาคุณสมบัติทั่วไป

มีอยู่ในระบบกลไกใด ๆ ในระหว่างการเคลื่อนไหว จากการแก้ปัญหานี้ กฎการอนุรักษ์ปริมาณพื้นฐานเช่นพลังงาน โมเมนตัม และโมเมนตัมเชิงมุมจึงถูกค้นพบ

กฎไดนามิกและกฎการอนุรักษ์พลังงาน โมเมนตัม และโมเมนตัมเชิงมุมเป็นกฎพื้นฐานของกลศาสตร์และเป็นเนื้อหาของบทนี้

§1. การเคลื่อนไหวทางกล: แนวคิดพื้นฐาน กลศาสตร์คลาสสิกประกอบด้วยสามส่วนหลัก -สถิตศาสตร์ จลนศาสตร์ และไดนามิกส์

- สถิตยศาสตร์ตรวจสอบกฎของการบวกแรงและสภาวะสมดุลของร่างกาย จลนศาสตร์ให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของการเคลื่อนที่ทางกลทุกประเภท โดยไม่คำนึงถึงสาเหตุที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ดังกล่าว ไดนามิกส์ศึกษาอิทธิพลของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุต่อการเคลื่อนไหวทางกล ในทางปฏิบัติทุกอย่าง: ปัญหาทางกายภาพจะได้รับการแก้ไขโดยประมาณการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนอย่างแท้จริง ถือเป็นชุดของการเคลื่อนไหวที่เรียบง่ายซึ่งเป็นวัตถุจริงแทนที่ด้วยแบบจำลองในอุดมคติ วัตถุนี้ ฯลฯ ตัวอย่างเช่น เมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์ ขนาดของโลกก็สามารถถูกละเลยได้ ในกรณีนี้คำอธิบายของการเคลื่อนไหวนั้นง่ายขึ้นอย่างมาก - สามารถกำหนดตำแหน่งของโลกในอวกาศได้ด้วยจุดเดียว ในบรรดาแบบจำลองของกลศาสตร์ สิ่งที่กำหนดไว้คือ

จุดวัสดุและตัวเครื่องที่แข็งแกร่งอย่างยิ่ง- นี่คือร่างกายที่สามารถละเลยรูปร่างและขนาดได้ภายใต้เงื่อนไขของปัญหานี้ ร่างกายใดสามารถแบ่งจิตใจได้มาก จำนวนมากชิ้นส่วนแม้จะเล็กก็ตามเมื่อเทียบกับขนาดของร่างกาย แต่ละส่วนเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นจุดวัสดุและร่างกายเองก็เป็นระบบจุดวัสดุ

หากการเสียรูปของร่างกายในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุอื่นนั้นไม่มีนัยสำคัญ แสดงว่าแบบจำลองนั้นอธิบายไว้ ร่างกายที่มั่นคงอย่างแน่นอน

ร่างกายแข็งเกร็งอย่างแน่นอน (หรือร่างกายแข็งเกร็ง) คือร่างกายที่ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการเคลื่อนไหวกล่าวอีกนัยหนึ่ง มันคือร่างกายที่รูปร่างและขนาดไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการเคลื่อนไหว ร่างกายที่แข็งแกร่งอย่างยิ่งถือได้ว่าเป็นระบบของจุดวัสดุที่เชื่อมต่อกันอย่างเหนียวแน่น

ตำแหน่งของร่างกายในอวกาศสามารถกำหนดได้โดยสัมพันธ์กับวัตถุอื่นบางส่วนเท่านั้น ตัวอย่างเช่น เป็นเรื่องสมเหตุสมผลที่จะพูดถึงตำแหน่งของดาวเคราะห์ที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ หรือเครื่องบินหรือเรือที่สัมพันธ์กับโลก แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุตำแหน่งของพวกมันในอวกาศโดยไม่มีการอ้างอิงถึงวัตถุใดวัตถุหนึ่งโดยเฉพาะ เนื้อหาที่มีความแข็งอย่างยิ่งซึ่งทำหน้าที่กำหนดตำแหน่งของวัตถุที่เราสนใจเรียกว่าเนื้อหาอ้างอิง เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุ ระบบพิกัดบางระบบจะเชื่อมโยงกับส่วนอ้างอิง เช่น ระบบพิกัดคาร์ทีเซียนสี่เหลี่ยม พิกัดของวัตถุช่วยให้คุณสามารถกำหนดตำแหน่งในอวกาศได้ จำนวนพิกัดอิสระที่น้อยที่สุดที่ต้องระบุเพื่อกำหนดตำแหน่งของร่างกายในอวกาศโดยสมบูรณ์เรียกว่าจำนวนองศาอิสระ ตัวอย่างเช่น จุดวัสดุที่เคลื่อนที่อย่างอิสระในอวกาศมีระดับความเป็นอิสระสามระดับ: จุดสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระสามครั้งตามแนวแกนของระบบพิกัดสี่เหลี่ยมคาร์ทีเซียน วัตถุที่แข็งทื่ออย่างยิ่งมีระดับความเป็นอิสระหกระดับ ในการกำหนดตำแหน่งในอวกาศ จำเป็นต้องมีระดับความอิสระสามระดับเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ตามแนวแกนพิกัด และสามระดับเพื่ออธิบายการหมุนรอบแกนเดียวกัน ในการวัดเวลาระบบพิกัดจะติดตั้งนาฬิกาไว้ด้วย

การรวมกันของเนื้อหาอ้างอิง ระบบพิกัดที่เกี่ยวข้อง และชุดของนาฬิกาที่ซิงโครไนซ์ซึ่งกันและกันทำให้เกิดระบบอ้างอิง

มหาวิทยาลัยของรัฐการจัดการ

สถาบัน การเรียนรู้ทางไกล

พิเศษ – การจัดการ

ตามระเบียบวินัย: KSE

“กลศาสตร์ของนิวตันเป็นพื้นฐานของคำอธิบายธรรมชาติแบบดั้งเดิม ภารกิจหลักของกลไกและข้อจำกัดของการบังคับใช้”

สมบูรณ์

บัตรนักศึกษาเลขที่ 1211

กลุ่มที่ UP4-1-98/2

1. บทนำ.________________________________________________________________ 3

2. กลศาสตร์ของนิวตัน.__________________________________________ 5

2.1. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน_______________________________________________ 5

2.1.1. กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน.________________________________________________ 6

2.1.2. กฎข้อที่สองของนิวตัน________________________________________________ 7

2.1.3. กฎข้อที่สามของนิวตัน_________________________________________________ 8

2.2. กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล___________________________________________ 11

2.3. งานหลักของช่างเครื่อง_____________________________________________ 13

2.4. ข้อจำกัดของการบังคับใช้_______________________________________________ 15

3. บทสรุป.________________________________________________ 18

4. รายการข้อมูลอ้างอิง_______________________________________ 20

นิวตัน (1643-1727)

โลกนี้ถูกปกคลุมไปด้วยความมืดมิดอันลึกล้ำ

ให้มีแสงสว่าง! แล้วนิวตันก็ปรากฏตัวขึ้น

1. บทนำ.

แนวคิดเรื่อง "ฟิสิกส์" มีรากฐานมาจากอดีตอันลึกซึ้ง แปลจากภาษากรีกแปลว่า "ธรรมชาติ" ภารกิจหลักของวิทยาศาสตร์นี้คือการสร้าง "กฎ" ของโลกโดยรอบ ผลงานหลักชิ้นหนึ่งของเพลโตซึ่งเป็นลูกศิษย์ของอริสโตเติลมีชื่อว่า "ฟิสิกส์"

วิทยาศาสตร์ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีลักษณะทางปรัชญาตามธรรมชาติเช่น สืบเนื่องมาจากการที่การเคลื่อนไหวที่สังเกตโดยตรงของเทห์ฟากฟ้าเป็นการเคลื่อนไหวที่แท้จริง จากนี้จึงได้ข้อสรุปเกี่ยวกับตำแหน่งศูนย์กลางของโลกในจักรวาล ระบบนี้สะท้อนคุณลักษณะบางอย่างของโลกในฐานะเทห์ฟากฟ้าได้อย่างถูกต้อง กล่าวคือ โลกเป็นลูกบอล และทุกสิ่งมีแรงโน้มถ่วงเข้าหาศูนย์กลาง ดังนั้นคำสอนนี้จึงเกี่ยวกับโลกจริงๆ ในระดับของเวลานั้น เป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานที่นำเสนอ ความรู้ทางวิทยาศาสตร์- ประการแรก มันอธิบายการเคลื่อนไหวที่สังเกตได้จากมุมมองเดียว เทห์ฟากฟ้าและประการที่สอง ทำให้สามารถคำนวณตำแหน่งในอนาคตของพวกเขาได้ ในเวลาเดียวกันโครงสร้างทางทฤษฎีของชาวกรีกโบราณมีลักษณะเป็นการเก็งกำไรล้วนๆ - พวกมันถูกแยกออกจากการทดลองโดยสิ้นเชิง

ระบบดังกล่าวดำรงอยู่จนถึงศตวรรษที่ 16 จนกระทั่งการถือกำเนิดของคำสอนของโคเปอร์นิคัส ซึ่งได้รับการพิสูจน์เพิ่มเติมในฟิสิกส์เชิงทดลองของกาลิเลโอ ซึ่งปิดท้ายด้วยการสร้างกลศาสตร์ของนิวตัน ซึ่งรวมการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าและวัตถุบนพื้นโลกให้เป็นหนึ่งเดียวกัน กฎการเคลื่อนที่ มันปรากฏขึ้น การปฏิวัติที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติซึ่งเป็นรากฐานของการพัฒนาวิทยาศาสตร์ในความเข้าใจสมัยใหม่

กาลิเลโอ กาลิเลอี เชื่อว่าโลกไม่มีที่สิ้นสุดและสสารเป็นนิรันดร์ ในทุกกระบวนการ ไม่มีสิ่งใดถูกทำลายหรือเกิดขึ้น มีเพียงการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียงวัตถุหรือส่วนต่างๆ เท่านั้นที่เกิดขึ้น สสารประกอบด้วยอะตอมที่แบ่งแยกไม่ได้อย่างแน่นอน การเคลื่อนที่ของมันคือการเคลื่อนไหวทางกลสากลเพียงอย่างเดียว เทห์ฟากฟ้ามีความคล้ายคลึงกับโลกและเป็นไปตามกฎกลศาสตร์เดียวกัน

สำหรับนิวตัน สิ่งสำคัญคือต้องค้นหาคุณสมบัติของวัตถุที่กำลังศึกษาผ่านการทดลองและการสังเกตอย่างไม่คลุมเครือ และสร้างทฤษฎีบนพื้นฐานของการเหนี่ยวนำโดยไม่ต้องใช้สมมติฐาน เขาดำเนินการต่อจากข้อเท็จจริงที่ว่าในวิชาฟิสิกส์ในฐานะวิทยาศาสตร์เชิงทดลองไม่มีที่สำหรับตั้งสมมติฐาน เมื่อตระหนักถึงความไม่สมบูรณ์ของวิธีการอุปนัย เขาจึงถือว่าวิธีนี้เป็นวิธีที่ดีกว่าในหมู่คนอื่นๆ

ทั้งในสมัยโบราณและในศตวรรษที่ 17 ตระหนักถึงความสำคัญของการศึกษาการเคลื่อนไหวของเทห์ฟากฟ้า แต่ถ้าสำหรับชาวกรีกโบราณ ปัญหานี้มีความสำคัญทางปรัชญามากกว่า ดังนั้นในศตวรรษที่ 17 แง่มุมเชิงปฏิบัติจึงมีความโดดเด่น การพัฒนาระบบนำทางจำเป็นต้องพัฒนาตารางทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการนำทาง เมื่อเปรียบเทียบกับตารางทางดาราศาสตร์ ภารกิจหลักคือการกำหนดลองจิจูดซึ่งจำเป็นสำหรับนักดาราศาสตร์และนักเดินเรือ เพื่อแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติที่สำคัญนี้ หอดูดาวของรัฐแห่งแรกจึงถูกสร้างขึ้น (หอดูดาวปารีสในปี 1672, หอดูดาวกรีนิชในปี 1675) โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือภารกิจในการกำหนดเวลาที่แน่นอน ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเวลาท้องถิ่น จะให้ช่วงเวลาที่สามารถแปลงเป็นลองจิจูดได้ เวลานี้สามารถกำหนดได้โดยการสังเกตการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์ท่ามกลางดวงดาวด้วย นาฬิกาที่แม่นยำกำหนดเวลาที่แน่นอนและถือโดยผู้สังเกตการณ์ สำหรับกรณีแรก จำเป็นต้องใช้ตารางที่แม่นยำมากในการทำนายตำแหน่งของเทห์ฟากฟ้า และสำหรับกรณีที่สอง กลไกนาฬิกาที่แม่นยำและเชื่อถือได้อย่างยิ่ง การทำงานในทิศทางเหล่านี้ไม่ประสบความสำเร็จ มีเพียงนิวตันเท่านั้นที่สามารถหาวิธีแก้ปัญหาได้ ซึ่งต้องขอบคุณการค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงสากลและกฎพื้นฐานสามข้อของกลศาสตร์ รวมถึงแคลคูลัสเชิงอนุพันธ์และอินทิกรัล ทำให้กลศาสตร์มีลักษณะของทฤษฎีวิทยาศาสตร์เชิงบูรณาการ

2. กลศาสตร์ของนิวตัน

ด้านบน ความคิดสร้างสรรค์ทางวิทยาศาสตร์ I. นิวตันเป็นผลงานอมตะของเขา “หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ” ตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1687 ในนั้น เขาได้สรุปผลลัพธ์ที่ได้รับจากรุ่นก่อนและงานวิจัยของเขาเอง และสร้างระบบกลศาสตร์ภาคพื้นดินและท้องฟ้าที่เชื่อมโยงกันเป็นระบบเดียวเป็นครั้งแรก ซึ่งก่อให้เกิดพื้นฐานของฟิสิกส์คลาสสิกทั้งหมด ที่นี่นิวตันให้คำจำกัดความของแนวคิดเริ่มต้น - ปริมาณของสสารเทียบเท่ากับมวล, ความหนาแน่น; โมเมนตัมเทียบเท่ากับแรงกระตุ้น และ ประเภทต่างๆความแข็งแกร่ง. ในการกำหนดแนวคิดเกี่ยวกับปริมาณของสสาร เขาเริ่มต้นจากแนวคิดที่ว่าอะตอมประกอบด้วยสสารปฐมภูมิเพียงชนิดเดียว ความหนาแน่นหมายถึงระดับการเติมปริมาตรหน่วยของร่างกาย เรื่องหลัก- งานนี้กำหนดหลักคำสอนของนิวตันเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงสากล บนพื้นฐานของที่เขาพัฒนาทฤษฎีการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ดาวเทียม และดาวหางที่ก่อตัว ระบบสุริยะ- ตามกฎข้อนี้ เขาอธิบายปรากฏการณ์ของกระแสน้ำและการบีบตัวของดาวพฤหัสบดี

แนวคิดของนิวตันเป็นพื้นฐานของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากมายเมื่อเวลาผ่านไป มีหลายวิธีเกิดขึ้นบนรากฐานของมัน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในสาขาต่างๆ ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

2.1. กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน

หากจลนศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุทางเรขาคณิตที่ไม่มีคุณสมบัติของวัตถุใด ๆ ยกเว้นคุณสมบัติการครอบครอง สถานที่เฉพาะในอวกาศและเปลี่ยนตำแหน่งนี้เมื่อเวลาผ่านไป จากนั้นไดนามิกจะศึกษาการเคลื่อนไหวของวัตถุจริงภายใต้อิทธิพลของแรงที่ใช้กับวัตถุเหล่านั้น กฎสามข้อของกลศาสตร์ที่กำหนดโดยนิวตันรองรับไดนามิกและก่อตัวเป็นส่วนหลัก กลศาสตร์คลาสสิก.

สามารถนำไปใช้กับกรณีการเคลื่อนไหวที่ง่ายที่สุดได้โดยตรง เมื่อวัตถุที่เคลื่อนไหวถือเป็นจุดวัตถุ เช่น เมื่อไม่คำนึงถึงขนาดและรูปร่างของร่างกายและเมื่อการเคลื่อนไหวของร่างกายถือเป็นการเคลื่อนไหวของจุดที่มีมวล ในน้ำเดือดเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของจุดคุณสามารถเลือกระบบพิกัดใดก็ได้ซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณที่กำหนดลักษณะการเคลื่อนที่นี้ วัตถุใดๆ ที่เคลื่อนไหวสัมพันธ์กับวัตถุอื่นๆ สามารถถือเป็นวัตถุอ้างอิงได้ ในพลศาสตร์ เราจัดการกับระบบพิกัดเฉื่อย โดยมีคุณลักษณะที่ว่าจุดวัสดุอิสระจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เมื่อเทียบกับระบบเหล่านั้น

2.1.1. กฎข้อแรกของนิวตัน

กฎความเฉื่อยก่อตั้งขึ้นครั้งแรกโดยกาลิเลโอสำหรับกรณีของการเคลื่อนที่ในแนวนอน: เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ไปตามระนาบแนวนอน การเคลื่อนที่ของมันจะสม่ำเสมอและจะดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่องหากเครื่องบินขยายออกไปในอวกาศโดยไม่มีจุดสิ้นสุด นิวตันให้กฎความเฉื่อยเป็นกฎข้อแรกของการเคลื่อนที่โดยทั่วๆ ไป กล่าวคือ ทุกวัตถุยังคงอยู่ในสภาวะหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่เชิงเส้นสม่ำเสมอจนกว่าแรงที่กระทำต่อวัตถุจะเปลี่ยนสถานะนี้

ในชีวิต กฎนี้อธิบายกรณีที่หากคุณหยุดดึงหรือดันวัตถุที่กำลังเคลื่อนไหว ร่างกายจะหยุดและไม่เคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วคงที่ นี่คือวิธีที่รถหยุดโดยดับเครื่องยนต์ ตามกฎของนิวตัน แรงเบรกจะต้องกระทำกับรถที่กลิ้งด้วยความเฉื่อย ซึ่งในทางปฏิบัติคือแรงต้านของอากาศและการเสียดสีของยางรถยนต์บนพื้นผิวทางหลวง พวกเขาบอกรถ ความเร่งติดลบจนกว่าเขาจะหยุด

ข้อเสียของการกำหนดกฎหมายนี้คือ ไม่มีข้อบ่งชี้ใดๆ เกี่ยวกับความจำเป็นในการเชื่อมโยงการเคลื่อนที่กับระบบพิกัดเฉื่อย ความจริงก็คือนิวตันไม่ได้ใช้แนวคิดของระบบพิกัดเฉื่อย - แต่เขาแนะนำแนวคิดของปริภูมิสัมบูรณ์ - เป็นเนื้อเดียวกันและไม่มีการเคลื่อนที่ - ซึ่งเขาเชื่อมโยงระบบพิกัดสัมบูรณ์บางอย่างซึ่งสัมพันธ์กับความเร็วของร่างกายถูกกำหนด . เมื่อความว่างเปล่าของอวกาศสัมบูรณ์ในฐานะระบบอ้างอิงสัมบูรณ์ถูกเปิดเผย กฎความเฉื่อยเริ่มมีการกำหนดแตกต่างออกไป: สัมพันธ์กับระบบพิกัดเฉื่อย วัตถุอิสระจะรักษาสภาวะนิ่งหรือการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ

2.1.2. กฎข้อที่สองของนิวตัน

ในการกำหนดกฎข้อที่สอง นิวตันได้นำเสนอแนวคิด:

ความเร่งเป็นปริมาณเวกเตอร์ (นิวตันเรียกมันว่าโมเมนตัมและนำมาพิจารณาเมื่อกำหนดกฎสี่เหลี่ยมด้านขนานความเร็ว) ซึ่งกำหนดอัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วของร่างกาย

แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งเข้าใจกันว่าเป็นการวัดผลกระทบทางกลต่อร่างกายจากวัตถุหรือสนามอื่นๆ ซึ่งเป็นผลให้ร่างกายได้รับความเร่งหรือเปลี่ยนรูปร่างและขนาด

มวลกายเป็นปริมาณทางกายภาพ ซึ่งเป็นหนึ่งในคุณลักษณะหลักของสสาร ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติเฉื่อยและแรงโน้มถ่วง

กฎข้อที่สองของกลศาสตร์ระบุว่า แรงที่กระทำต่อวัตถุมีค่าเท่ากับผลคูณของมวลของร่างกายและความเร่งที่เกิดจากแรงนี้ นี่คือสูตรที่ทันสมัย นิวตันกำหนดไว้แตกต่างออกไป: การเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเป็นสัดส่วนกับแรงกระทำที่กระทำ และเกิดขึ้นในทิศทางของเส้นตรงที่แรงนี้กระทำ และเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของร่างกาย หรือในทางคณิตศาสตร์:

กฎนี้ง่ายต่อการยืนยันจากการทดลอง หากคุณติดรถเข็นไว้ที่ปลายสปริงแล้วปล่อยสปริงให้ทันเวลา ทีรถเข็น จะไปตามทาง ส 1(รูปที่ 1) จากนั้นติดรถเข็นสองตัวเข้ากับสปริงเดียวกัน นั่นคือ เพิ่มน้ำหนักตัวเป็นสองเท่าแล้วปล่อยสปริงไปพร้อมๆ กัน ทีพวกเขาจะไปไกล ส 2น้อยกว่าสองเท่า ส 1 .

กฎข้อนี้ยังใช้ได้เฉพาะในกรอบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ กฎข้อที่หนึ่งเป็นกรณีพิเศษของกฎข้อที่สอง เพราะหากแรงผลลัพธ์เป็นศูนย์ ความเร่งก็จะเป็นศูนย์เช่นกัน อย่างไรก็ตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันถือเป็นกฎอิสระเพราะว่า เขาคือผู้ที่อ้างว่ามีอยู่ของระบบเฉื่อย

2.1.3. กฎข้อที่สามของนิวตัน

กฎข้อที่สามของนิวตันระบุว่า: การกระทำจะมีปฏิกิริยาเท่ากันและตรงกันข้ามเสมอ มิฉะนั้นวัตถุจะกระทำต่อกันโดยมีแรงพุ่งไปในเส้นตรงเดียวกัน ขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม หรือในทางคณิตศาสตร์:

นิวตันขยายผลของกฎนี้ไปยังกรณีที่วัตถุทั้งสองชนกันและกรณีที่วัตถุทั้งสองชนกัน การสาธิตกฎข้อนี้ที่ง่ายที่สุดคือวัตถุที่ตั้งอยู่บนระนาบแนวนอนซึ่งอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วง เอฟ ทีและแรงปฏิกิริยาภาคพื้นดิน เอฟโอนอนอยู่บนเส้นตรงเดียวกันมีค่าเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้ามความเท่าเทียมกันของแรงเหล่านี้ทำให้ร่างกายได้พักผ่อน (รูปที่ 2)

ข้อพิสูจน์เป็นไปตามกฎการเคลื่อนที่พื้นฐานของนิวตันสามข้อ หนึ่งในนั้นคือการบวกโมเมนตัมตามกฎรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน ความเร่งของร่างกายขึ้นอยู่กับปริมาณที่กำหนดลักษณะการทำงานของวัตถุอื่นในร่างกายที่กำหนด เช่นเดียวกับปริมาณที่กำหนดลักษณะของวัตถุนี้ การกระทำทางกลต่อร่างกายจากวัตถุอื่นซึ่งเปลี่ยนความเร็วการเคลื่อนที่ของร่างกายที่กำหนดเรียกว่าแรง เธออาจจะมี ธรรมชาติที่แตกต่างกัน(แรงโน้มถ่วง แรงยืดหยุ่น ฯลฯ) การเปลี่ยนแปลงความเร็วของร่างกายไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของแรง แต่ขึ้นอยู่กับขนาดด้วย เนื่องจากความเร็วและแรงเป็นเวกเตอร์ การกระทำของแรงหลายๆ แรงจึงรวมกันตามกฎรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน คุณสมบัติของร่างกายที่จะได้รับความเร่งจะขึ้นอยู่กับความเฉื่อยซึ่งวัดโดยมวล ในกลศาสตร์คลาสสิก ซึ่งเกี่ยวข้องกับความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วแสงอย่างมีนัยสำคัญ มวลถือเป็นคุณลักษณะหนึ่งของวัตถุ โดยไม่ขึ้นอยู่กับว่าวัตถุจะเคลื่อนที่หรือไม่ มวลของร่างกายในกลศาสตร์คลาสสิกไม่ได้ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของร่างกายกับวัตถุอื่น คุณสมบัติของมวลนี้ทำให้นิวตันใช้มวลเป็นหน่วยวัดของสสารและเชื่อว่าขนาดของมวลจะเป็นตัวกำหนดปริมาณของสสารในร่างกาย ด้วยเหตุนี้ มวลจึงถูกเข้าใจว่าเป็นปริมาณของสสาร

สามารถวัดปริมาณของสสารได้เป็นสัดส่วนกับน้ำหนักของร่างกาย น้ำหนักคือแรงที่ร่างกายทำหน้าที่ค้ำยันเพื่อป้องกันไม่ให้หล่นลงมาอย่างอิสระ ในเชิงตัวเลข น้ำหนักจะเท่ากับผลคูณของมวลกายและความเร่งของแรงโน้มถ่วง เนื่องจากการบีบตัวของโลกและการหมุนรอบตัวในแต่ละวัน น้ำหนักของร่างกายจึงเปลี่ยนแปลงไปตามละติจูด และอยู่ที่เส้นศูนย์สูตรน้อยกว่าที่ขั้วโลก 0.5% เนื่องจากมวลและน้ำหนักเป็นสัดส่วนกันอย่างเคร่งครัด การวัดมวลหรือปริมาณของสสารจึงเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ ความเข้าใจว่าน้ำหนักมีผลกระทบต่อร่างกายเป็นตัวแปร ทำให้นิวตันสร้างลักษณะภายในของร่างกาย - ความเฉื่อย ซึ่งเขาถือว่าเป็นความสามารถโดยธรรมชาติของร่างกายในการรักษาการเคลื่อนที่เชิงเส้นสม่ำเสมอตามสัดส่วนของมวล มวลซึ่งเป็นหน่วยวัดความเฉื่อยสามารถวัดได้โดยใช้สเกลเช่นเดียวกับนิวตัน

ในสภาวะไร้น้ำหนัก มวลสามารถวัดได้ด้วยความเฉื่อย การวัดความเฉื่อยคือ ในลักษณะทั่วไปการวัดมวล แต่ความเฉื่อยและน้ำหนักเป็นแนวคิดทางกายภาพที่แตกต่างกัน สัดส่วนระหว่างกันนั้นสะดวกมากในทางปฏิบัติ - สำหรับการวัดมวลโดยใช้สเกล ดังนั้นการจัดตั้งแนวคิดเรื่องแรงและมวลตลอดจนวิธีการวัดทำให้นิวตันสามารถกำหนดกฎข้อที่สองของกลศาสตร์ได้

กฎข้อที่หนึ่งและสองของกลศาสตร์สัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของจุดวัตถุหรือวัตถุหนึ่งตามลำดับ ในกรณีนี้จะพิจารณาเฉพาะการกระทำของเนื้อหาอื่นในร่างกายที่กำหนดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ทุกการกระทำคือการโต้ตอบ เนื่องจากในกลศาสตร์ การกระทำมีลักษณะเฉพาะด้วยแรง ดังนั้นหากวัตถุหนึ่งกระทำต่ออีกวัตถุหนึ่งด้วยแรงบางอย่าง จากนั้นวัตถุที่สองก็กระทำต่อวัตถุแรกด้วยแรงเดียวกัน ซึ่งได้รับการแก้ไขโดยกฎข้อที่สามของกลศาสตร์ ในสูตรของนิวตัน กฎข้อที่สามของกลศาสตร์ใช้ได้เฉพาะกับกรณีที่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงของแรงหรือเมื่อการกระทำของวัตถุหนึ่งถูกถ่ายโอนไปยังอีกวัตถุหนึ่งทันที ในกรณีการโอนคดีภายในระยะเวลาอันจำกัด กฎหมายนี้ใช้บังคับเมื่อสามารถละเลยกำหนดเวลาโอนคดีได้

2.2. กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล

เชื่อกันว่าแก่นแท้ของพลศาสตร์ของนิวตันคือแนวคิดเรื่องแรง และงานหลักของพลศาสตร์คือการสร้างกฎจากการเคลื่อนไหวที่กำหนด และในทางกลับกัน เพื่อกำหนดกฎการเคลื่อนที่ของวัตถุจากแรงที่กำหนด จากกฎของเคปเลอร์ นิวตันอนุมานได้ว่ามีแรงที่มุ่งตรงไปยังดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างของดาวเคราะห์จากดวงอาทิตย์ หลังจากสรุปแนวคิดที่แสดงโดยเคปเลอร์, ฮอยเกนส์, เดส์การตส์, โบเรลลี, ฮุค, นิวตันได้ให้รูปแบบที่แน่นอนของกฎทางคณิตศาสตร์แก่พวกเขาตามที่ยืนยันการดำรงอยู่ในธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงสากลซึ่งกำหนดแรงดึงดูดของร่างกาย แรงโน้มถ่วงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วง และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน หรือในทางคณิตศาสตร์:

โดยที่ G คือค่าคงตัวแรงโน้มถ่วง

กฎนี้อธิบายปฏิสัมพันธ์ของวัตถุใดๆ สิ่งสำคัญเพียงอย่างเดียวคือระยะห่างระหว่างวัตถุนั้นใหญ่พอเมื่อเทียบกับขนาดของวัตถุ ซึ่งทำให้วัตถุได้รับการยอมรับว่าเป็นจุดวัสดุ ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตัน เป็นที่ยอมรับกันว่าแรงโน้มถ่วงถูกส่งจากวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งทันที และไม่มีการไกล่เกลี่ยของสื่อใดๆ กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากลทำให้เกิดการถกเถียงกันอย่างดุเดือดและยาวนาน นี่ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ เนื่องจากกฎหมายนี้มีความสำคัญทางปรัชญาที่สำคัญ ประเด็นก็คือก่อนนิวตัน เป้าหมายของการสร้างทฤษฎีฟิสิกส์คือการระบุและนำเสนอกลไกของปรากฏการณ์ทางกายภาพในทุกรายละเอียด ในกรณีที่ไม่สามารถทำได้ มีการหยิบยกข้อโต้แย้งเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่า "คุณสมบัติที่ซ่อนอยู่" ซึ่งไม่ยอมให้การตีความโดยละเอียด Bacon และ Descartes ประกาศว่าการอ้างอิงถึง "คุณสมบัติที่ซ่อนอยู่" นั้นไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์ เดส์การ์ตเชื่อว่าแก่นแท้ของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติสามารถเข้าใจได้ก็ต่อเมื่อมีการจินตนาการด้วยสายตาเท่านั้น ดังนั้นเขาจึงเป็นตัวแทนของปรากฏการณ์แรงโน้มถ่วงด้วยความช่วยเหลือของกระแสน้ำวนที่ไม่มีตัวตน ในสภาวะ แพร่หลายแนวคิดดังกล่าว กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน แม้ว่าจะแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่เกิดขึ้นบนพื้นฐานของมันด้วยความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน แต่ก็ถูกตั้งคำถามโดยอ้างว่าการดึงดูดซึ่งกันและกันของวัตถุนั้นชวนให้นึกถึงหลักคำสอนแบบปริพาเทติกของ "คุณสมบัติที่ซ่อนอยู่" ” และถึงแม้ว่านิวตันจะสร้างความจริงของการดำรงอยู่ของมันบนพื้นฐานของการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์และข้อมูลการทดลอง แต่การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ยังไม่ได้เข้าสู่จิตสำนึกของนักวิจัยอย่างมั่นคงว่าเป็นวิธีการที่เชื่อถือได้เพียงพอ แต่ความปรารถนาที่จะจำกัดการวิจัยทางกายภาพให้เหลือเพียงข้อเท็จจริงที่ไม่ได้อ้างความจริงอันสัมบูรณ์ทำให้นิวตันสามารถสร้างฟิสิกส์ขึ้นมาในฐานะวิทยาศาสตร์อิสระ และแยกมันออกจากปรัชญาธรรมชาติด้วยการอ้างว่าเป็นความรู้สัมบูรณ์

ในกฎแห่งความโน้มถ่วงสากล วิทยาศาสตร์ได้รับตัวอย่างกฎแห่งธรรมชาติว่าเป็นกฎที่แม่นยำและใช้ได้ในทุกที่ โดยไม่มีข้อยกเว้น พร้อมผลลัพธ์ที่ตามมาที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ คานท์ได้รวมกฎนี้ไว้ในปรัชญาของเขา โดยที่ธรรมชาติเป็นตัวแทนของอาณาจักรแห่งความจำเป็นซึ่งตรงกันข้ามกับศีลธรรม นั่นคืออาณาจักรแห่งอิสรภาพ

แนวคิดทางกายภาพของนิวตันถือเป็นความสำเร็จอันยอดเยี่ยมของฟิสิกส์แห่งศตวรรษที่ 17 แนวทางคงที่สู่จักรวาลถูกแทนที่ด้วยแนวทางแบบไดนามิก การทดลอง- วิธีทางคณิตศาสตร์การวิจัยทำให้สามารถแก้ปัญหามากมายทางฟิสิกส์ของศตวรรษที่ 17 ได้กลายมาเหมาะสำหรับการแก้ปัญหาทางกายภาพต่อไปอีกสองศตวรรษ

2.3. ภารกิจหลักของช่างกล

ผลลัพธ์ของการพัฒนากลศาสตร์คลาสสิกคือการสร้างภาพกลไกที่เป็นเอกภาพของโลกภายใต้กรอบที่ความหลากหลายเชิงคุณภาพของโลกทั้งหมดได้รับการอธิบายด้วยความแตกต่างในการเคลื่อนไหวของวัตถุภายใต้กฎของกลศาสตร์ของนิวตัน ตามภาพทางกลของโลก หากสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพของโลกตามกฎของกลศาสตร์ได้ คำอธิบายดังกล่าวก็ได้รับการยอมรับว่าเป็นวิทยาศาสตร์ กลศาสตร์ของนิวตันจึงกลายเป็นพื้นฐานของภาพรวมทางกลของโลก ซึ่งครอบงำจนกระทั่งเกิดการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ ช่วงเปลี่ยนผ่านของศตวรรษที่ 19และศตวรรษที่ XX

กลศาสตร์ของนิวตันตรงกันข้ามกับแนวคิดทางกลก่อนหน้านี้ ทำให้สามารถแก้ปัญหาขั้นตอนการเคลื่อนที่ใดๆ ทั้งก่อนหน้าและต่อๆ ไป และ ณ จุดใดก็ได้ในอวกาศที่ ข้อเท็จจริงที่ทราบทำให้เกิดการเคลื่อนไหวนี้ตลอดจนปัญหาผกผันในการกำหนดขนาดและทิศทางของการกระทำของปัจจัยเหล่านี้ ณ จุดใด ๆ โดยทราบองค์ประกอบพื้นฐานของการเคลื่อนไหว ด้วยเหตุนี้ กลศาสตร์ของนิวตันจึงสามารถใช้เป็นวิธีการวิเคราะห์เชิงปริมาณของการเคลื่อนที่ทางกลได้ ใดๆ ปรากฏการณ์ทางกายภาพสามารถศึกษาได้โดยไม่คำนึงถึงปัจจัยที่ทำให้เกิดสิ่งเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถคำนวณความเร็วของดาวเทียมโลกได้ เพื่อความง่าย เราจะหาความเร็วของดาวเทียมที่มีวงโคจรเท่ากับรัศมีของโลก (รูปที่ 3) ด้วยความแม่นยำที่เพียงพอ เราสามารถเทียบความเร่งของดาวเทียมกับความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกได้:

ในทางกลับกัน ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดาวเทียม

ที่ไหน . – ความเร็วนี้เรียกว่าความเร็วหนีแรก วัตถุที่มีมวลใดก็ตามที่มีความเร็วดังกล่าวจะกลายเป็นดาวเทียมของโลก

กฎของกลศาสตร์ของนิวตันเกี่ยวข้องกับแรงที่จะไม่เคลื่อนที่ แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ สิ่งนี้ทำให้สามารถละทิ้งแนวคิดดั้งเดิมที่ว่าต้องใช้กำลังเพื่อรักษาการเคลื่อนไหว และขจัดแรงเสียดทาน ซึ่งทำให้มีกำลังที่จำเป็นในกลไกที่มีอยู่เพื่อรักษาการเคลื่อนไหว บทบาทรอง- หลังจากที่สร้างมุมมองแบบไดนามิกของโลกแทนที่จะเป็นมุมมองคงที่แบบดั้งเดิม นิวตันได้ทำให้พลวัตของเขาเป็นพื้นฐานของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี แม้ว่านิวตันจะระมัดระวังในการตีความทางกลของเขาก็ตาม ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติยังถือว่าสมควรที่จะเกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่น ๆ จากหลักการทางกลศาสตร์ การพัฒนาต่อไปฟิสิกส์เริ่มดำเนินการในทิศทางของการพัฒนาเครื่องมือกลศาสตร์เพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาเฉพาะเมื่อได้รับการแก้ไขแล้วภาพทางกลของโลกก็แข็งแกร่งขึ้น

2.4. ข้อจำกัดของการบังคับใช้

อันเป็นผลมาจากการพัฒนาของฟิสิกส์เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ขอบเขตของการประยุกต์ใช้กลศาสตร์คลาสสิกได้ถูกกำหนด: กฎของมันใช้ได้กับการเคลื่อนไหวที่มีความเร็วน้อยกว่าความเร็วแสงมาก พบว่าเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น มวลกายก็เพิ่มขึ้น โดยทั่วไป กฎของกลศาสตร์คลาสสิกของนิวตันใช้ได้กับระบบอ้างอิงเฉื่อย ในกรณีของระบบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย สถานการณ์จะแตกต่างออกไป ด้วยการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของระบบพิกัดที่ไม่เฉื่อยเมื่อเทียบกับระบบเฉื่อย กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน (กฎความเฉื่อย) ไม่อยู่ในระบบนี้ - วัตถุอิสระที่อยู่ในนั้นจะเปลี่ยนความเร็วในการเคลื่อนที่เมื่อเวลาผ่านไป

ความคลาดเคลื่อนครั้งแรกในกลศาสตร์คลาสสิกถูกเปิดเผยเมื่อมีการค้นพบพิภพเล็ก ๆ ในกลศาสตร์คลาสสิก มีการศึกษาการเคลื่อนที่ในอวกาศและการกำหนดความเร็ว โดยไม่คำนึงว่าการเคลื่อนไหวเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ในความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์ของโลกใบเล็กสถานการณ์ดังกล่าวตามที่ปรากฏนั้นเป็นไปไม่ได้ในหลักการ ในที่นี้ การแปลเชิงจลนศาสตร์เชิงพื้นที่เชิงพื้นที่เป็นไปได้เฉพาะบางกรณีเท่านั้น ซึ่งขึ้นอยู่กับสภาวะการเคลื่อนไหวเฉพาะเจาะจง ในระดับมหภาค การใช้จลนศาสตร์ค่อนข้างเป็นที่ยอมรับ สำหรับเครื่องชั่งขนาดเล็ก โดยที่ บทบาทหลักเป็นของควอนตัม จลนศาสตร์ซึ่งศึกษาการเคลื่อนไหวโดยไม่คำนึงถึงสภาวะไดนามิก สูญเสียความหมายของมัน

สำหรับขนาดของโลกใบเล็ก กฎข้อที่สองของนิวตันกลับกลายเป็นว่าไม่สามารถป้องกันได้ - ใช้ได้กับปรากฏการณ์ขนาดใหญ่เท่านั้น มีการเปิดเผยว่าความพยายามที่จะวัดปริมาณใดๆ ที่แสดงคุณลักษณะเฉพาะของระบบภายใต้การศึกษานำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถควบคุมได้ในปริมาณอื่นที่แสดงคุณลักษณะของระบบนี้: หากมีการพยายามสร้างตำแหน่งในอวกาศและเวลา สิ่งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถควบคุมได้ในปริมาณคอนจูเกตที่สอดคล้องกัน ซึ่งกำหนดระบบสถานะไดนามิก ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดปริมาณที่คอนจูเกตระหว่างกันสองปริมาณในเวลาเดียวกันได้อย่างแม่นยำ ยิ่งค่าของปริมาณหนึ่งที่แสดงลักษณะของระบบมีความแม่นยำมากขึ้นเท่าใด ค่าของปริมาณที่เกี่ยวข้องก็จะยิ่งมีความไม่แน่นอนมากขึ้นเท่านั้น เหตุการณ์นี้นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในมุมมองเกี่ยวกับการทำความเข้าใจธรรมชาติของสิ่งต่างๆ

ความไม่สอดคล้องกันในกลศาสตร์คลาสสิกนั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าในอนาคต ในแง่หนึ่งมีอยู่อย่างสมบูรณ์ในปัจจุบัน - นี่เป็นตัวกำหนดความเป็นไปได้ในการทำนายพฤติกรรมของระบบอย่างแม่นยำ ช่วงเวลาในอนาคตเวลา. ความเป็นไปได้นี้ทำให้สามารถกำหนดปริมาณคอนจูเกตร่วมกันพร้อมกันได้ ในพื้นที่ของ microworld สิ่งนี้กลายเป็นไปไม่ได้ซึ่งแนะนำ การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในการทำความเข้าใจความเป็นไปได้ของการมองการณ์ไกลและการเชื่อมโยงกันของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ: เนื่องจากมูลค่าของปริมาณที่แสดงถึงสถานะของระบบ ณ จุดใดจุดหนึ่งสามารถกำหนดได้เฉพาะในระดับความไม่แน่นอนเท่านั้น ดังนั้นความเป็นไปได้ในการทำนายค่าอย่างแม่นยำ ของปริมาณเหล่านี้ ณ เวลาต่อๆ ไปจะไม่รวมอยู่ด้วย กล่าวคือ เราสามารถทำนายความน่าจะเป็นที่จะได้ค่าบางอย่างเท่านั้น

การค้นพบอีกอย่างหนึ่งที่สั่นคลอนรากฐานของกลศาสตร์คลาสสิกคือการสร้างทฤษฎีภาคสนาม กลศาสตร์คลาสสิกพยายามลดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดให้เป็นแรงที่กระทำระหว่างอนุภาคของสสาร - แนวคิดของของไหลไฟฟ้ามีพื้นฐานมาจากสิ่งนี้ ภายในกรอบของแนวคิดนี้ มีเพียงสสารและการเปลี่ยนแปลงเท่านั้นที่เป็นของจริง - สิ่งที่สำคัญที่สุดคือคำอธิบายการกระทำของประจุไฟฟ้าสองค่าด้วยความช่วยเหลือของแนวคิดที่เกี่ยวข้อง คำอธิบายของฟิลด์ระหว่างค่าธรรมเนียมเหล่านี้ ไม่ใช่ตัวค่าธรรมเนียม มีความสำคัญมากสำหรับการทำความเข้าใจการดำเนินการของค่าธรรมเนียม นี่เป็นตัวอย่างง่ายๆ ของการละเมิดกฎข้อที่สามของนิวตันภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว: หากอนุภาคมีประจุเคลื่อนตัวออกห่างจากตัวนำซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และด้วยเหตุนี้ สนามแม่เหล็กจึงถูกสร้างขึ้นรอบๆ ตัวนั้น แรงที่เกิดขึ้นจะกระทำโดยอนุภาคมีประจุบน ตัวนำกระแสไฟไหลเป็นศูนย์พอดี

สร้าง ความเป็นจริงใหม่ไม่มีสถานที่ใดในภาพกลของโลก เป็นผลให้ฟิสิกส์เริ่มจัดการกับความเป็นจริงสองประการ - สสารและสนาม หากฟิสิกส์คลาสสิกมีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดเรื่องสสาร ดังนั้นเมื่อมีการระบุความเป็นจริงใหม่ รูปภาพทางกายภาพของโลกจึงต้องได้รับการแก้ไข พยายามที่จะอธิบาย ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือของอีเธอร์กลับกลายเป็นว่าไม่สามารถป้องกันได้ ไม่สามารถตรวจพบอีเทอร์ได้จากการทดลอง สิ่งนี้นำไปสู่การสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งบังคับให้เราพิจารณาแนวคิดเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของอวกาศและเวลาของฟิสิกส์คลาสสิกอีกครั้ง ดังนั้น แนวคิดสองประการ - ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพ - จึงกลายเป็นรากฐานสำหรับแนวคิดทางกายภาพใหม่

3. บทสรุป.

การมีส่วนร่วมของนิวตันในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติคือการที่เขาจัดเตรียมวิธีการทางคณิตศาสตร์สำหรับการแปลงกฎฟิสิกส์ให้เป็นผลลัพธ์เชิงปริมาณซึ่งสามารถยืนยันได้ด้วยการสังเกต และในทางกลับกัน สำหรับการหากฎทางกายภาพจากการสังเกตดังกล่าว ดังที่เขาเขียนไว้ในคำนำของ "หลักการ" "... เราเสนองานนี้ให้เป็นรากฐานทางคณิตศาสตร์ของฟิสิกส์ ความยากทั้งหมดของฟิสิกส์ ... ประกอบด้วยการรับรู้ถึงพลังแห่งธรรมชาติจากปรากฏการณ์ของการเคลื่อนที่แล้ว การใช้แรงเหล่านี้เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่เหลืออยู่ ... เป็นการดีที่จะอนุมานปรากฏการณ์ที่เหลือของธรรมชาติจากหลักการของกลศาสตร์โดยให้เหตุผลในลักษณะเดียวกันทำให้ฉันสันนิษฐานว่าปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้ถูกกำหนดโดยกองกำลังบางอย่าง โดยที่อนุภาคของร่างกายยังคงไม่ทราบสาเหตุไม่ว่าจะมีแนวโน้มซึ่งกันและกันและเชื่อมต่อกันเป็นตัวเลขปกติหรือขับไล่และเคลื่อนตัวออกจากกันเนื่องจากไม่ทราบกองกำลังเหล่านี้จนถึงขณะนี้ความพยายามของนักปรัชญาในการอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ยังคงไร้ผลว่าวิธีการให้เหตุผลนี้หรือวิธีอื่นที่ถูกต้องกว่านั้นจะช่วยให้เกิดความกระจ่างขึ้นได้บ้าง”

วิธีการของนิวตันกลายเป็นเครื่องมือหลักในการทำความเข้าใจธรรมชาติ กฎของกลศาสตร์คลาสสิกและวิธีการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นถึงประสิทธิผล การทดลองทางกายภาพโดยใช้เทคโนโลยีการวัดทำให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ความรู้ทางกายภาพกลายเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีอุตสาหกรรมและวิศวกรรมมากขึ้นเรื่อยๆ และกระตุ้นการพัฒนาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติอื่นๆ ในวิชาฟิสิกส์ แสง ไฟฟ้า แม่เหล็ก และความร้อนที่แยกออกจากกันก่อนหน้านี้ถูกรวมเข้ากับทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า แม้ว่าธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงยังไม่ชัดเจน แต่การกระทำของมันก็สามารถคำนวณได้ แนวคิดเรื่องการกำหนดกลไกของลาปลาซถูกสร้างขึ้น บนพื้นฐานความเป็นไปได้ในการกำหนดพฤติกรรมของระบบ ณ เวลาใดๆ ได้อย่างไม่คลุมเครือ หากทราบเงื่อนไขเริ่มต้น โครงสร้างของกลศาสตร์ในฐานะวิทยาศาสตร์ดูมั่นคงเชื่อถือได้และเกือบจะสมบูรณ์ - เช่น ไม่เข้ากับที่มีอยู่ ศีลคลาสสิกปรากฏการณ์ที่พบดูเหมือนจะสามารถอธิบายได้ในอนาคตโดยจิตใจที่มีความซับซ้อนมากขึ้นจากมุมมองของกลศาสตร์คลาสสิก มีคนรู้สึกว่าความรู้ด้านฟิสิกส์ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์แล้ว - พลังอันทรงพลังดังกล่าวแสดงให้เห็นโดยรากฐานของฟิสิกส์คลาสสิก

4. รายการข้อมูลอ้างอิง

1. คาร์เพนคอฟ เอส.ค. แนวคิดพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ อ.: เอกภาพ, 2541.

2. นิวตันและ ปัญหาเชิงปรัชญาฟิสิกส์แห่งศตวรรษที่ XX ทีมผู้เขียน เอ็ด. นพ. อัคฮุนโดวา, S.V. อิลลาริโอนอฟ. อ.: เนากา, 1991.

3. กูร์สกี้ ไอ.พี. ฟิสิกส์เบื้องต้น อ.: เนากา, 1984.

4. สารานุกรมแห่งสหภาพโซเวียตผู้ยิ่งใหญ่ จำนวน 30 เล่ม เอ็ด Prokhorova A.M. ฉบับที่ 3, M. , สารานุกรมโซเวียต, 1970.

5. ดอร์ฟแมน ยาจี ประวัติศาสตร์โลกฟิสิกส์ด้วย ต้น XIXจนถึงกลางศตวรรษที่ 20 ม., 1979.

เอส. มาร์แชค, op. ใน 4 เล่ม, มอสโก, Goslitizdat, 1959, เล่ม 3, p. 601

อ้าง โดย: Bernal J. วิทยาศาสตร์ในประวัติศาสตร์สังคม. ม., 1956.P.265

กลศาสตร์คือการศึกษาความสมดุลและการเคลื่อนไหวของวัตถุ (หรือชิ้นส่วน) ในอวกาศและเวลา การเคลื่อนไหวทางกลเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดและในเวลาเดียวกัน (สำหรับมนุษย์) เป็นรูปแบบการดำรงอยู่ของสสารที่พบได้บ่อยที่สุด ดังนั้นกลศาสตร์จึงถือเป็นสถานที่สำคัญอย่างยิ่งในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและเป็นส่วนย่อยหลักของฟิสิกส์ ในอดีตมีต้นกำเนิดและก่อตัวขึ้นเป็นวิทยาศาสตร์ก่อนสาขาย่อยอื่นๆ ของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

กลศาสตร์ประกอบด้วยสถิตศาสตร์ จลนศาสตร์ และไดนามิกส์ ในวิชาสถิตยศาสตร์จะมีการศึกษาเงื่อนไขของความสมดุลของร่างกายในจลนศาสตร์ - การเคลื่อนไหวของวัตถุจากมุมมองทางเรขาคณิตเช่น โดยไม่คำนึงถึงการกระทำของกองกำลังและในการเปลี่ยนแปลง - โดยคำนึงถึงกองกำลังเหล่านี้ สถิตยศาสตร์และจลนศาสตร์มักถูกมองว่าเป็นข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับพลศาสตร์ แม้ว่าจะมีนัยสำคัญที่เป็นอิสระก็ตาม

จนถึงขณะนี้ ในทางกลศาสตร์ เราหมายถึงกลศาสตร์คลาสสิก ซึ่งการก่อสร้างแล้วเสร็จในต้นศตวรรษที่ 20 ภายในกรอบของฟิสิกส์ยุคใหม่ มีกลไกอีกสองอย่าง ได้แก่ ควอนตัมและสัมพัทธภาพ แต่เราจะดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกแบบคลาสสิก

กลศาสตร์คลาสสิกพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุด้วยความเร็วที่น้อยกว่าความเร็วแสงมาก ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ สำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงใกล้กับความเร็วแสง เวลาสัมบูรณ์และพื้นที่สัมบูรณ์ไม่มีอยู่จริง ดังนั้นธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุจึงซับซ้อนมากขึ้น โดยเฉพาะมวลของร่างกายจะขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องของการพิจารณาเกี่ยวกับกลศาสตร์สัมพัทธภาพ ซึ่งความเร็วของค่าคงที่แสงมีบทบาทพื้นฐาน

กลศาสตร์คลาสสิกเป็นไปตามกฎพื้นฐานต่อไปนี้

หลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ

ตามหลักการนี้ มีระบบอ้างอิงมากมายนับไม่ถ้วนที่วัตถุอิสระหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ทั้งขนาดและทิศทาง ระบบอ้างอิงเหล่านี้เรียกว่าระบบเฉื่อยและเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กันอย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง หลักการนี้สามารถกำหนดได้ว่าไม่มีระบบอ้างอิงสัมบูรณ์ กล่าวคือ ระบบอ้างอิงที่มีความโดดเด่นในทางใดทางหนึ่งเมื่อเทียบกับระบบอื่น

พื้นฐานของกลศาสตร์คลาสสิกคือกฎสามข้อของนิวตัน

• 1. วัตถุทุกชิ้นจะรักษาสภาวะนิ่งหรือการเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ จนกว่าอิทธิพลของวัตถุอื่นจะบังคับให้วัตถุเปลี่ยนสถานะนี้ ความปรารถนาของร่างกายที่จะรักษาสภาวะการพักผ่อนหรือการเคลื่อนที่เชิงเส้นสม่ำเสมอเรียกว่าความเฉื่อย ดังนั้นกฎข้อแรกจึงเรียกว่ากฎความเฉื่อย
• 2. ความเร่งที่ร่างกายได้รับจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่กระทำต่อร่างกายและเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของร่างกาย
• 3. แรงที่วัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กระทำต่อกันมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม

เรารู้จักกฎข้อที่สองของนิวตันในชื่อ

วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ กฎหมายกลศาสตร์คลาสสิก

F = ม. H ก หรือ ก = F/ม.

โดยที่ความเร่งที่วัตถุได้รับภายใต้การกระทำของแรง F จะแปรผกผันกับมวลของวัตถุ m

กฎข้อแรกสามารถรับได้จากกฎข้อที่สองเนื่องจากในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลต่อร่างกายจากแรงอื่น ๆ ความเร่งก็จะเป็นศูนย์เช่นกัน อย่างไรก็ตาม กฎข้อแรกถือเป็นกฎอิสระ เนื่องจากกฎดังกล่าวระบุถึงการมีอยู่ของกรอบอ้างอิงเฉื่อย ในสูตรทางคณิตศาสตร์ กฎข้อที่สองของนิวตันมักเขียนดังนี้:

เวกเตอร์ผลลัพธ์ของแรงที่กระทำต่อร่างกายอยู่ที่ไหน -- เวกเตอร์การเร่งความเร็วของร่างกาย ม.-น้ำหนักตัว.

กฎข้อที่สามของนิวตันให้ความกระจ่างเกี่ยวกับคุณสมบัติบางประการของแนวคิดเรื่องแรงที่ใช้ในกฎข้อที่สอง เขาสมมุติฐานของการมีอยู่ของแรงแต่ละแรงที่กระทำต่อวัตถุชิ้นแรกนับจากวินาทีที่สอง โดยมีขนาดเท่ากันและตรงกันข้ามในทิศทางกับแรงที่กระทำต่อวัตถุชิ้นที่สองจากชิ้นแรก การมีอยู่ของกฎข้อที่สามของนิวตันทำให้มั่นใจได้ว่ากฎการอนุรักษ์โมเมนตัมสำหรับระบบวัตถุจะปฏิบัติตาม

กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม

กฎนี้เป็นผลมาจากกฎของนิวตันสำหรับระบบปิด กล่าวคือ ระบบที่ไม่มีแรงภายนอกกระทำหรือการกระทำของแรงภายนอกได้รับการชดเชย และแรงผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นศูนย์ จากมุมมองพื้นฐาน มีความสัมพันธ์ระหว่างกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมกับความเป็นเนื้อเดียวกันของอวกาศ ซึ่งแสดงโดยทฤษฎีบทของ Noether

กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน

กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นผลมาจากกฎของนิวตันสำหรับระบบอนุรักษ์นิยมแบบปิด กล่าวคือ ระบบที่กระทำโดยกองกำลังอนุรักษ์นิยมเท่านั้น พลังงานที่ร่างกายหนึ่งมอบให้จะเท่ากับพลังงานที่อีกร่างกายหนึ่งได้รับเสมอ ในการหาปริมาณกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กัน กลศาสตร์ได้แนะนำแนวคิดเกี่ยวกับการทำงานของแรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว แรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของร่างกายจะทำงาน และพลังงานของร่างกายที่เคลื่อนไหวจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณงานที่ใช้ไป ดังที่ทราบกันดีว่าวัตถุที่มีมวล m เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v มีพลังงานจลน์

พลังงานศักย์คือพลังงานกลของระบบวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ผ่านสนามแรง เช่น ผ่านแรงโน้มถ่วง งานที่ทำโดยกองกำลังเหล่านี้เมื่อเคลื่อนย้ายวัตถุจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ แต่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายของวัตถุในสนามพลังเท่านั้น แรงโน้มถ่วงเป็นแรงอนุรักษ์ และพลังงานศักย์ของวัตถุที่มีมวล m ยกขึ้นจนสูง h เหนือพื้นผิวโลกเท่ากับ

E เหงื่อ = mgh

โดยที่ g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง

พลังงานกลทั้งหมดเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์

กลศาสตร์เป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาวิชาที่ง่ายที่สุดและมากที่สุด แบบฟอร์มทั่วไปการเคลื่อนไหวในธรรมชาติ เรียกว่า การเคลื่อนไหวทางกล

การเคลื่อนไหวทางกลประกอบด้วยการเปลี่ยนตำแหน่งของร่างกายหรือส่วนต่าง ๆ สัมพันธ์กันเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นการเคลื่อนที่ทางกลจึงเกิดขึ้นโดยดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรปิด วัตถุต่าง ๆ เคลื่อนไหวบนพื้นผิวโลก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพล สนามแม่เหล็กไฟฟ้าฯลฯ การเคลื่อนไหวทางกลก็มีอยู่ในอื่นๆมากขึ้น รูปแบบที่ซับซ้อนเนื้อหาเป็นส่วนสำคัญแต่ไม่ครบถ้วนสมบูรณ์

กลศาสตร์แบ่งออกเป็นกลศาสตร์ของจุดวัสดุ กลศาสตร์ของวัตถุที่เป็นของแข็ง และกลศาสตร์ของตัวกลางต่อเนื่อง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของวัตถุที่กำลังศึกษา

หลักการของกลศาสตร์ถูกกำหนดขึ้นครั้งแรกโดย I. Newton (1687) บนพื้นฐานการศึกษาทดลองการเคลื่อนที่ของแมโครบอดีที่มีความเร็วต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วแสงในสุญญากาศ (3·10 8 m/s)

มาโครบอดีเรียกว่าวัตถุธรรมดาที่อยู่รอบตัวเรา กล่าวคือ วัตถุที่ประกอบด้วยโมเลกุลและอะตอมจำนวนมาก

กลศาสตร์ซึ่งศึกษาการเคลื่อนที่ของมาโครบอดีด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศมาก เรียกว่าคลาสสิก

กลศาสตร์คลาสสิกมีพื้นฐานมาจากแนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับคุณสมบัติของอวกาศและเวลาต่อไปนี้

ใดๆ กระบวนการทางกายภาพไหลไปในอวกาศและเวลา เห็นได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในทุกด้านของปรากฏการณ์ทางกายภาพ กฎแต่ละข้อไม่ว่าโดยชัดแจ้งหรือโดยปริยายจะมีปริมาณกาล-เวลา - ระยะทางและช่วงเวลา

อวกาศซึ่งมีสามมิติเป็นไปตามเรขาคณิตแบบยุคลิดนั่นคือมันแบน

ระยะทางวัดด้วยสเกล คุณสมบัติหลักคือสองสเกลที่ครั้งหนึ่งเคยมีความยาวเท่ากันจะยังคงเท่ากันเสมอ นั่นคือ พวกมันเกิดขึ้นพร้อมกับการทับซ้อนกันที่ตามมา

ช่วงเวลาวัดเป็นชั่วโมง และบทบาทของช่วงเวลาหลังสามารถทำได้โดยระบบใดๆ ที่ดำเนินการกระบวนการทำซ้ำ

คุณสมบัติหลักของแนวคิดกลศาสตร์คลาสสิกเกี่ยวกับขนาดของร่างกายและช่วงเวลาคือของพวกเขา ความสมบูรณ์: สเกลจะมีความยาวเท่ากันเสมอ ไม่ว่ามันจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับผู้สังเกตอย่างไร นาฬิกาสองเรือนที่มีความเร็วเท่ากันและเมื่อเทียบกันแล้วจะแสดงเวลาเดียวกันไม่ว่านาฬิกาจะเคลื่อนที่อย่างไรก็ตาม

อวกาศและเวลามีคุณสมบัติที่น่าทึ่ง สมมาตรโดยกำหนดข้อ จำกัด ในการเกิดขึ้นของกระบวนการบางอย่างในนั้น คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับการสร้างขึ้นจากการทดลองและดูเหมือนเมื่อมองแวบแรกก็ชัดเจนจนไม่จำเป็นต้องแยกมันออกและจัดการกับมัน ในขณะเดียวกัน หากปราศจากความสมมาตรเชิงพื้นที่และเชิงเวลา วิทยาศาสตร์กายภาพก็ไม่สามารถเกิดขึ้นหรือพัฒนาได้

ปรากฎว่าพื้นที่นั้น เป็นเนื้อเดียวกันและ แบบไอโซโทรปิกและเวลา - เป็นเนื้อเดียวกัน.

ความสม่ำเสมอของอวกาศประกอบด้วยความจริงที่ว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพเดียวกันภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน ส่วนต่างๆช่องว่าง. ทุกจุดในอวกาศจึงแยกไม่ออกโดยสิ้นเชิง มีสิทธิเท่าเทียมกัน และจุดใดจุดหนึ่งถือเป็นจุดกำเนิดของระบบพิกัดได้ ความสม่ำเสมอของอวกาศปรากฏอยู่ในกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม.

อวกาศยังมีไอโซโทรปี: คุณสมบัติเดียวกันในทุกทิศทาง ไอโซโทรปีของอวกาศปรากฏอยู่ในกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม.

ความสม่ำเสมอของเวลาอยู่ที่ความจริงที่ว่าทุกช่วงเวลาเท่ากันและเท่ากันนั่นคือการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ที่เหมือนกันในสภาวะเดียวกันจะเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงเวลาของการดำเนินการและการสังเกต

ความสม่ำเสมอของเวลาปรากฏอยู่ในกฎการอนุรักษ์พลังงาน.

หากไม่มีคุณสมบัติของความเป็นเนื้อเดียวกันเหล่านี้ กฎหมายทางกายภาพที่จัดตั้งขึ้นในมินสค์จะไม่ยุติธรรมในมอสโก และกฎหมายที่ถูกค้นพบในวันนี้ในที่เดียวกันอาจไม่ยุติธรรมในวันพรุ่งนี้

กลศาสตร์คลาสสิกยอมรับความถูกต้องของกฎความเฉื่อยของกาลิเลโอ-นิวตัน ซึ่งวัตถุจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอ ซึ่งไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลของวัตถุอื่น กฎนี้ยืนยันการมีอยู่ของกรอบอ้างอิงเฉื่อยซึ่งเป็นไปตามกฎของนิวตัน (เช่นเดียวกับหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ) หลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอกล่าวไว้ กรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดมีกลไกเทียบเท่ากันกฎของกลศาสตร์ทั้งหมดเหมือนกันในกรอบอ้างอิงเหล่านี้ หรืออีกนัยหนึ่ง คือไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงแบบกาลิเลโอซึ่งแสดงความสัมพันธ์เชิงพื้นที่-เวลาของเหตุการณ์ใดๆ ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกัน การเปลี่ยนแปลงของกาลิเลโอแสดงให้เห็นว่าพิกัดของเหตุการณ์ใดๆ มีความสัมพันธ์กัน กล่าวคือ พวกมันมี ความหมายที่แตกต่างกันวี ระบบที่แตกต่างกันนับถอยหลัง; ช่วงเวลาที่เหตุการณ์เกิดขึ้นจะเหมือนกันในระบบต่างๆ อย่างหลังหมายความว่าเวลาไหลในลักษณะเดียวกันในระบบอ้างอิงที่ต่างกัน เหตุการณ์นี้ดูชัดเจนมากจนไม่ได้ระบุไว้ว่าเป็นข้อสันนิษฐานพิเศษด้วยซ้ำ

ในกลศาสตร์คลาสสิก มีการสังเกตหลักการของการกระทำระยะไกล: ปฏิกิริยาของวัตถุแพร่กระจายในทันทีนั่นคือด้วยความเร็วสูงอย่างไม่สิ้นสุด

ขึ้นอยู่กับความเร็วที่วัตถุเคลื่อนที่และขนาดของร่างกาย กลศาสตร์แบ่งออกเป็นแบบคลาสสิก สัมพัทธภาพ และควอนตัม

ตามที่ได้ระบุไว้แล้วคือกฎหมาย กลศาสตร์คลาสสิกใช้ได้เฉพาะกับการเคลื่อนที่ของมาโครบอดีซึ่งมีมวลมากกว่ามวลของอะตอมอย่างมากด้วยความเร็วต่ำเมื่อเทียบกับความเร็วแสงในสุญญากาศ

กลศาสตร์สัมพัทธภาพพิจารณาการเคลื่อนที่ของมาโครบอดีด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสงในสุญญากาศ

กลศาสตร์ควอนตัม- กลไกของอนุภาคขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศมาก

ควอนตัมเชิงสัมพัทธภาพกลศาสตร์ - กลไกของอนุภาคขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสงในสุญญากาศ

ในการตรวจสอบว่าอนุภาคเป็นของอนุภาคขนาดมหึมาหรือไม่และสามารถใช้สูตรคลาสสิกกับอนุภาคนั้นได้หรือไม่ คุณต้องใช้ หลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก- ตาม กลศาสตร์ควอนตัมอนุภาคจริงสามารถระบุลักษณะเฉพาะได้โดยใช้ตำแหน่งและโมเมนตัมด้วยความแม่นยำเพียงบางส่วนเท่านั้น ขีดจำกัดของความแม่นยำนี้ถูกกำหนดดังนี้

ที่ไหน
ΔX - ความไม่แน่นอนของการประสานงาน
ΔP x - ความไม่แน่นอนของการฉายภาพบนแกนโมเมนตัม
h คือค่าคงที่ของพลังค์เท่ากับ 1.05·10 -34 J·s;
"≥" - มากกว่าขนาด ลำดับ...

เราสามารถเขียนแทนโมเมนตัมด้วยผลคูณของมวลและความเร็วได้

จากสูตรจะเห็นได้ชัดว่ายิ่งมวลของอนุภาคมีขนาดเล็กลง พิกัดและความเร็วก็จะยิ่งมีความแน่นอนน้อยลงเท่านั้น สำหรับวัตถุขนาดมหึมา การนำไปใช้ในทางปฏิบัติของวิธีการอธิบายการเคลื่อนไหวแบบคลาสสิกนั้นไม่ต้องสงสัยเลย สมมุติว่าอย่างนั้น เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของลูกบอลที่มีมวล 1 กรัม โดยปกติแล้วตำแหน่งของลูกบอลสามารถกำหนดได้ด้วยความแม่นยำหนึ่งในสิบหรือหนึ่งในร้อยของมิลลิเมตร ไม่ว่าในกรณีใด แทบจะไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะพูดถึงข้อผิดพลาดในการกำหนดตำแหน่งของลูกบอลที่เล็กกว่าขนาดของอะตอม ให้เราใส่ ∆X=10 -10 m แล้วจากความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนที่เราพบ

ค่าขนาดเล็กพร้อมกันของΔXและΔV x เป็นข้อพิสูจน์ถึงการใช้งานจริงของวิธีการคลาสสิกในการอธิบายการเคลื่อนที่ของแมโครบอดี

ลองพิจารณาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน มวลอิเล็กตรอนคือ 9.1·10 -31 กก. ข้อผิดพลาดในตำแหน่งของอิเล็กตรอน ΔX ไม่ว่าในกรณีใด ๆ ไม่ควรเกินขนาดของอะตอมนั่นคือ ΔX<10 -10 м. Но тогда из соотношения неопределенностей получаем

ค่านี้มากกว่าความเร็วของอิเล็กตรอนในอะตอมซึ่งมีลำดับความสำคัญเท่ากับ 10 6 m/s ในสถานการณ์เช่นนี้ ภาพการเคลื่อนไหวแบบคลาสสิกจะสูญเสียความหมายทั้งหมดไป

กลศาสตร์จะแบ่งออกเป็น จลนศาสตร์ สถิตยศาสตร์ และไดนามิกส์- จลนศาสตร์อธิบายการเคลื่อนไหวของร่างกายโดยไม่สนใจเหตุผลที่กำหนดการเคลื่อนไหวนี้ สถิตยศาสตร์พิจารณาเงื่อนไขของความสมดุลของร่างกาย พลศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนไหวของวัตถุที่เกี่ยวข้องกับเหตุผลเหล่านั้น (ปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกาย) ที่กำหนดลักษณะของการเคลื่อนไหวนี้หรือนั้น

การเคลื่อนไหวที่แท้จริงของร่างกายนั้นซับซ้อนมากจนเมื่อศึกษาพวกมันจำเป็นต้องสรุปรายละเอียดที่ไม่สำคัญสำหรับการเคลื่อนไหวที่กำลังพิจารณา (ไม่เช่นนั้นปัญหาจะซับซ้อนมากจนแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะแก้ไข) เพื่อจุดประสงค์นี้ มีการใช้แนวคิด (นามธรรม อุดมคติ) การบังคับใช้นั้นขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของปัญหาที่เราสนใจ รวมถึงระดับความแม่นยำที่เราต้องการได้รับผลลัพธ์ ในบรรดาแนวคิดเหล่านี้ แนวคิดเหล่านี้มีบทบาทสำคัญ จุดวัตถุ ระบบจุดวัตถุ วัตถุแข็งเกร็งอย่างยิ่ง

จุดวัสดุเป็นแนวคิดทางกายภาพด้วยความช่วยเหลือซึ่งอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุหากขนาดเชิงเส้นของมันมีขนาดเล็กเมื่อเปรียบเทียบกับขนาดเชิงเส้นของวัตถุอื่น ๆ ภายในความแม่นยำที่กำหนดในการกำหนดพิกัดของร่างกายและ มวลของร่างกายถูกกำหนดไว้

ในธรรมชาติไม่มีจุดวัตถุอยู่ วัตถุเดียวกันนั้นขึ้นอยู่กับเงื่อนไข ถือได้ว่าเป็นจุดวัสดุหรือเป็นวัตถุที่มีขนาดจำกัด ดังนั้นโลกที่เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์จึงถือเป็นจุดวัตถุได้ แต่เมื่อศึกษาการหมุนของโลกรอบแกนของมันแล้ว ก็ไม่อาจถือเป็นจุดวัตถุได้อีกต่อไป เนื่องจากธรรมชาติของการเคลื่อนที่นี้ได้รับอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญจากรูปร่างและขนาดของโลก และเส้นทางที่ลัดเลาะไปตามจุดใดๆ ของโลก พื้นผิวในเวลาเท่ากับคาบการหมุนรอบแกนของมันนั้นเทียบได้กับมิติเชิงเส้นของโลก เครื่องบินถือได้ว่าเป็นจุดวัตถุหากเราศึกษาการเคลื่อนที่ของจุดศูนย์กลางมวล แต่หากจำเป็นต้องคำนึงถึงอิทธิพลของสภาพแวดล้อมหรือกำหนดแรงในแต่ละส่วนของเครื่องบิน เราต้องถือว่าเครื่องบินนั้นมีร่างกายที่แข็งแรงอย่างยิ่ง

ร่างกายที่เข้มงวดอย่างยิ่งคือร่างกายที่สามารถละเลยการเสียรูปได้ภายใต้เงื่อนไขของปัญหาที่กำหนด

ระบบคะแนนวัตถุคือชุดของวัตถุที่อยู่ระหว่างการพิจารณาซึ่งเป็นตัวแทนของคะแนนวัตถุ

การศึกษาการเคลื่อนที่ของระบบตามอำเภอใจของร่างกายนั้นมาจากการศึกษาระบบจุดที่มีปฏิสัมพันธ์กัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องธรรมชาติที่จะเริ่มการศึกษากลศาสตร์คลาสสิกด้วยกลศาสตร์ของจุดวัสดุจุดเดียว จากนั้นจึงมุ่งหน้าสู่การศึกษาระบบจุดวัสดุต่อไป

ปฏิสัมพันธ์ของเอฟเฟกต์ทั้งสองนี้เป็นธีมหลักของกลศาสตร์ของนิวตัน

แนวคิดที่สำคัญอื่นๆ ในสาขาวิชาฟิสิกส์นี้คือพลังงาน โมเมนตัม โมเมนตัมเชิงมุม ซึ่งสามารถถ่ายโอนระหว่างวัตถุในระหว่างการโต้ตอบ พลังงานของระบบเครื่องกลประกอบด้วยพลังงานจลน์ (พลังงานของการเคลื่อนที่) และพลังงานศักย์ (ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของร่างกายเทียบกับวัตถุอื่น) กฎหมายการอนุรักษ์ขั้นพื้นฐานใช้กับปริมาณทางกายภาพเหล่านี้

1. ประวัติศาสตร์

กาลิเลโอวางรากฐานของกลศาสตร์คลาสสิกเช่นเดียวกับโคเปอร์นิคัสและเคปเลอร์ในการศึกษารูปแบบการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าและเป็นเวลานานที่กลศาสตร์และฟิสิกส์ได้รับการพิจารณาในบริบทของการอธิบายเหตุการณ์ทางดาราศาสตร์

แนวคิดเกี่ยวกับระบบเฮลิโอเซนตริกได้รับการทำให้เป็นทางการมากขึ้นโดยเคปเลอร์ในกฎการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าสามข้อของเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งกฎข้อที่สองของเคปเลอร์ระบุว่าดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะเคลื่อนที่ในวงโคจรรูปวงรี โดยมีดวงอาทิตย์เป็นจุดสนใจดวงหนึ่ง

การสนับสนุนที่สำคัญต่อไปในการวางรากฐานของกลศาสตร์คลาสสิกนั้นเกิดขึ้นโดยกาลิเลโอผู้ซึ่งสำรวจกฎพื้นฐานของการเคลื่อนที่ทางกลของร่างกาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ได้กำหนดกฎการเคลื่อนที่สากลห้าข้อขึ้น

แต่ถึงกระนั้นเกียรติยศของผู้ก่อตั้งหลักของกลศาสตร์คลาสสิกก็เป็นของไอแซกนิวตันซึ่งในงานของเขา "หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ" ได้ทำการสังเคราะห์แนวคิดเหล่านั้นในฟิสิกส์ของการเคลื่อนที่เชิงกลที่ถูกกำหนดโดยรุ่นก่อนของเขา นิวตันได้กำหนดกฎการเคลื่อนที่พื้นฐานสามข้อซึ่งตั้งชื่อตามเขา เช่นเดียวกับกฎแรงโน้มถ่วงสากลซึ่งขีดเส้นใต้การศึกษาปรากฏการณ์วัตถุตกอย่างอิสระของกาลิเลโอ ดังนั้นภาพใหม่ของโลกและกฎพื้นฐานของมันจึงถูกสร้างขึ้นเพื่อแทนที่ภาพอริสโตเติลที่ล้าสมัย

2. ข้อจำกัดของกลศาสตร์คลาสสิก

กลศาสตร์แบบคลาสสิกให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำสำหรับระบบที่เราพบในชีวิตประจำวัน แต่จะไม่ถูกต้องสำหรับระบบที่มีความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง ซึ่งถูกแทนที่ด้วยกลศาสตร์สัมพัทธภาพ หรือสำหรับระบบขนาดเล็กมากที่ใช้กฎของกลศาสตร์ควอนตัม สำหรับระบบที่รวมคุณสมบัติทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน จะใช้ทฤษฎีสนามควอนตัมเชิงสัมพันธ์แทนกลศาสตร์แบบคลาสสิก สำหรับระบบที่มีส่วนประกอบจำนวนมากหรือระดับความเป็นอิสระ กลศาสตร์แบบคลาสสิกก็อาจเพียงพอเช่นกัน แต่ใช้วิธีการของกลศาสตร์ทางสถิติ

กลศาสตร์คลาสสิกมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะประการแรก มันง่ายกว่าและใช้งานง่ายกว่าทฤษฎีที่กล่าวข้างต้นมาก และประการที่สอง มันมีศักยภาพที่ดีในการประมาณและประยุกต์ใช้กับวัตถุทางกายภาพประเภทที่กว้างมาก โดยเริ่มจากสิ่งที่คุ้นเคย เช่น ยอดหรือลูกบอลในวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ (ดาวเคราะห์ กาแล็กซี) และวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก (โมเลกุลอินทรีย์)

3. เครื่องมือทางคณิตศาสตร์

คณิตศาสตร์พื้นฐาน กลศาสตร์คลาสสิก- แคลคูลัสเชิงอนุพันธ์และอินทิกรัล พัฒนาขึ้นเพื่อสิ่งนี้โดยเฉพาะโดยนิวตันและไลบ์นิซ ในสูตรคลาสสิก กลศาสตร์จะขึ้นอยู่กับกฎสามข้อของนิวตัน

4. คำแถลงพื้นฐานของทฤษฎี

ต่อไปนี้เป็นการนำเสนอแนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์คลาสสิก เพื่อความง่าย เราจะใช้แนวคิดเรื่องจุดวัสดุเป็นวัตถุที่สามารถละเลยมิติได้ การเคลื่อนที่ของจุดวัสดุถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์จำนวนเล็กน้อย ได้แก่ ตำแหน่ง มวล และแรงที่ใช้กับจุดนั้น

ในความเป็นจริง ขนาดของวัตถุทุกชิ้นที่กลศาสตร์คลาสสิกเกี่ยวข้องนั้นไม่เป็นศูนย์ จุดวัตถุ เช่น อิเล็กตรอน เป็นไปตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม วัตถุที่มีขนาดไม่เป็นศูนย์จะมีพฤติกรรมที่ซับซ้อนกว่ามาก เนื่องจากสถานะภายในของวัตถุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ตัวอย่างเช่น ลูกบอลสามารถหมุนได้ในขณะเคลื่อนที่ อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ที่ได้รับสำหรับจุดวัสดุสามารถนำไปใช้กับวัตถุดังกล่าวได้ หากเราพิจารณาว่าเป็นจุดรวมของจุดวัสดุที่มีปฏิสัมพันธ์จำนวนมาก วัตถุที่ซับซ้อนดังกล่าวสามารถประพฤติตนเหมือนจุดวัตถุได้หากขนาดของมันไม่มีนัยสำคัญตามระดับของปัญหาทางกายภาพเฉพาะ

4.1. ตำแหน่ง เวกเตอร์รัศมี และอนุพันธ์ของมัน

ตำแหน่งของวัตถุ (จุดวัสดุ) ถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับจุดคงที่ในอวกาศซึ่งเรียกว่าจุดกำเนิด สามารถระบุได้ด้วยพิกัดของจุดนี้ (เช่น ในระบบพิกัดคาร์ทีเซียน) หรือโดยเวกเตอร์รัศมี ร,ดึงมาจากจุดกำเนิดมาจนถึงจุดนี้ ในความเป็นจริง จุดวัสดุสามารถเคลื่อนที่เมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นเวกเตอร์รัศมีโดยทั่วไปจึงเป็นฟังก์ชันของเวลา ในกลศาสตร์คลาสสิก ตรงกันข้ามกับกลศาสตร์สัมพัทธภาพ เชื่อกันว่าการไหลเวียนของเวลาจะเหมือนกันในระบบอ้างอิงทั้งหมด

4.1.1. วิถี

วิถีโคจรคือผลรวมของตำแหน่งทั้งหมดของจุดวัสดุที่กำลังเคลื่อนที่ - ในกรณีทั่วไป จะเป็นเส้นโค้ง ซึ่งลักษณะที่ปรากฏจะขึ้นอยู่กับลักษณะของการเคลื่อนที่ของจุดและระบบอ้างอิงที่เลือก

4.1.2. การย้าย

.

ถ้าแรงทั้งหมดที่กระทำต่ออนุภาคเป็นแบบอนุรักษ์นิยม และ วีคือพลังงานศักย์ทั้งหมดที่ได้จากการบวกพลังงานศักย์ของแรงทั้งหมดแล้ว

	.

เหล่านั้น. พลังงานทั้งหมด อี = ที + วียังคงมีอยู่เมื่อเวลาผ่านไป นี่เป็นการแสดงให้เห็นกฎทางกายภาพขั้นพื้นฐานประการหนึ่งของการอนุรักษ์ ในกลศาสตร์คลาสสิก อาจมีประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ เนื่องจากแรงหลายประเภทในธรรมชาติเป็นแบบอนุรักษ์นิยม