Legile mecanicii newtoniene • James Trefil, Enciclopedia "Două sute de legi ale universului"

Legile lui Newton despre mecanică

Legile lui Newton, în funcție de unghiul de a le privi, sunt fie sfârșitul începutului, fie începutul sfârșitului mecanicii clasice. În orice caz, acesta este un punct de cotitură în istoria științei fizice – o compilație strălucită a tuturor cunoștințelor despre mișcarea corpurilor fizice acumulate de acel moment istoric în cadrul unei teorii fizice, care este acum numită în mod obișnuit mecanica clasică. Se poate spune că legile mișcării lui Newton au revenit la istoria fizicii moderne și a științelor naturale în general.

Cu toate acestea, Isaac Newton nu a luat legile numite după el din aer. Ei, de fapt, au fost punctul culminant al unui proces istoric lung de formulare a principiilor mecanicii clasice. Gânditori și matematicieni – menționăm doar Galileo (cm. Ecuații de mișcare accelerată la egalitate) – De secole, au încercat să obțină formule pentru a descrie legile mișcării corpurilor materiale – și au dat peste tot ceea ce personal numesc convenții neconcordate pentru mine, și anume, ambele idei fundamentale despre principiile pe care se bazează lumea materială a intrat în mod constant în mintea oamenilor care par incontestabili.De exemplu, nici măcar nu sa întâmplat filosofilor antice că corpurile celeste s-ar putea mișca în alte orbite decât cele circulare; în cel mai bun caz, a apărut ideea că planetele și stelele orbitează în jurul pământului în orbite sferice concentrice (adică înglobate în fiecare alte). De ce? Da, deoarece din vremurile gânditorilor antice din Grecia antică, nimeni nu a avut ideea că planetele s-ar putea abate de la perfecțiune, întruchiparea căreia este un cerc geometric strict. A fost necesar să posedăm geniul lui Johann Kepler pentru a examina cu sinceritate această problemă dintr-un unghi diferit, pentru a analiza datele observațiilor reale și trageți afară dintre ele, că, în realitate, planetele se învârt în jurul soarelui de-a lungul traiectoriilor eliptice (cm. Legile lui Kepler).

Legea lui Newton

Având în vedere un astfel de eșec grav, istoric, prima lege a lui Newton a fost formulată necondiționat într-un mod revoluționar. El susține că, dacă orice particulă sau corp fizic pur și simplu nu se atinge, va continua să se miște într-o manieră simplă, la o viteză constantă în sine și în sine. Dacă corpul se deplasează uniform în linie dreaptă,se va deplasa în linie dreaptă la o viteză constantă. Dacă corpul se odihnește, se va odihni așa, până când se vor aplica forțe externe. Pentru a muta pur și simplu corpul fizic de la locul său, trebuie să în mod necesar aplică vigoare terță parte. Luați avionul: nu va rupe niciodată până când motoarele nu sunt pornite. Se pare că observația este evidentă, totuși, ne costă să ne distrăm de mișcarea rectilinie, deoarece aceasta nu mai pare a fi așa. Cu mișcarea inerțială a unui corp de-a lungul unei traiectorii ciclice închise, analiza sa din punctul de vedere al primei legi a lui Newton permite doar determinarea cu acuratețe a caracteristicilor sale.

Imaginați-vă ca un ciocan atletic – miezul de la sfârșitul unui șir pe care l-ați rotit în jurul capului. În acest caz, nucleul se deplasează nu pe o linie dreaptă, ci pe un cerc, ceea ce înseamnă, potrivit primei legi a lui Newton, ceva care o ține; acest "ceva" este forța centripetală pe care o aplicați la miez, transformând-o. De fapt, tu chiar o simți – mânerul ciocanului atletic cântărește în mod semnificativ pe palma ta. Dacă deschideți mâna și eliberați ciocanul, în absența forțelor exterioare, el va porni imediat de-a lungul unei linii drepte.Ar fi mai precis să spunem că ciocanul se va comporta în condiții ideale (de exemplu, în spațiu deschis), deoarece sub influența forței gravitaționale a Pământului va zbura strict în linie dreaptă numai în momentul în care îl lăsați să plece și în viitor calea de zbor va fi se abate mai mult spre suprafața pământului. Dacă încercați să eliberați cu adevărat ciocanul, se pare că ciocanul eliberat dintr-o orbită circulară se va deplasa strict într-o linie dreaptă, care este tangentă (perpendiculară pe raza cercului de-a lungul căreia sa desfășurat) cu o viteză liniară egală cu viteza de rotație de-a lungul "orbitei".

Acum, să înlocuim nucleul ciocanului atletic cu planeta, ciocanul cu Soarele și șirul cu forța de atracție gravitațională: aici aveți modelul Newtonian al sistemului solar.

O astfel de analiză a ceea ce se întâmplă atunci când un organism se învârte în jurul unei altuia într-o orbită circulară la prima vedere pare a fi ceva luat în considerare, dar nu trebuie să uităm că a absorbit o serie de concluzii ale celor mai buni reprezentanți ai gândirii științifice din generația anterioară (amintesc doar Galileo Galilei).Problema este că atunci când se deplasează pe o orbită circulară staționară, corpul ceresc (și orice altul) arată foarte senin și pare să se afle într-o stare de echilibru dinamic și cinematic stabil. Cu toate acestea, dacă te uiți la el, numai modul (valoare absolută) a vitezei liniare a unui astfel de corp, în timp ce direcție schimbând constant sub influența gravitației gravitaționale. Aceasta înseamnă că trupul ceresc se mișcă. la fel de accelerată. Apropo, Newton însuși a numit accelerația o "schimbare în mișcare".

Prima lege a lui Newton joacă, de asemenea, un alt rol important din punctul de vedere al atitudinii noastre științifice naturale față de natura lumii materiale. El ne spune că orice schimbare a naturii mișcării corpului indică prezența forțelor externe care acționează asupra ei. Relativ vorbind, dacă observăm cum pilulele de fier, de exemplu, săriți și lipiți de un magnet sau luați rufele din uscătorul unei mașini de spălat, aflați că lucrurile s-au blocat și s-au blocat unul pe celălalt, ne putem simți calm și încrezători: aceste efecte au devenit o consecință a acțiunii forțelor naturale (în exemplele date, acestea sunt forțele de atracție magnetică și electrostatică, respectiv).

Legea a doua a lui Newton

Dacă prima lege a lui Newton ne ajută să determinăm dacă corpul este sub influența forțelor externe, a doua lege descrie ce se întâmplă cu corpul fizic sub influența lor. Cu cât este mai mare forța externă aplicată corpului, cu atât mai mare este această lege accelerare primește corpul. De data asta. În același timp, cu cât este mai masiv corpul, căruia i se aplică o cantitate egală de forțe externe, cu atât accelerează mai puțin. Acestea sunt două. Intuitiv, aceste două fapte apar de la sine înțeles, iar în formă matematică, ele sunt redactate după cum urmează:

F = ma

unde F – putere m – în greutate, a – accelerație. Aceasta este probabil cea mai utilă și cea mai răspândită pentru scopuri practice din toate ecuațiile fizice. Este suficient să cunoaștem magnitudinea și direcția tuturor forțelor care acționează în sistemul mecanic și masa corpurilor materiale din care este compusă și comportamentul său în timp poate fi calculat cu exactitate exhaustivă.

Este a doua lege a lui Newton care oferă tuturor mecanicii clasici farmecul său special – începe să pară ca toată lumea fizică să fie aranjată ca cea mai sofisticată cronometru și nimic din ea nu va scăpa de viziunea curioasă a observatorului.Dați-mi coordonatele spațiale și vitezele tuturor punctelor materiale ale Universului, ca și cum ne spune Newton, dați-mi direcția și intensitatea tuturor forțelor care acționează în el și voi prezice orice stare viitoare a acestuia. Și o astfel de viziune asupra naturii lucrurilor din Univers a existat până la apariția mecanicii cuantice.

Legea treia a lui Newton

Pentru această lege, cel mai probabil, Newton și-a câștigat onoarea și respectul nu numai din partea oamenilor de știință, ci și al oamenilor de știință și al publicului larg. Îi place să-l citeze (în afaceri și non-afaceri), să traseze cele mai largi paralele cu ceea ce suntem obligați să observăm în viața noastră de zi cu zi și să tragem aproape de urechi pentru a fundamenta cele mai controversate poziții în cursul discuțiilor asupra oricărei probleme, încheindu-se cu relațiile internaționale și politica globală. Newton, cu toate acestea, a pus în legea sa mai târziu numit un sens fizic complet concret și greu conceput-o într-o altă capacitate decât ca un mijloc exact de a descrie natura interacțiunilor de forță. Această lege prevede că, dacă corpul A acționează cu o anumită forță asupra corpului B, atunci corpul B acționează și asupra corpului A cu o mărime și forță egale în direcție.Cu alte cuvinte, stând pe podea, lucrați pe podea cu o forță proporțională cu masa corpului. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, podeaua vă afectează în același timp cu aceeași magnitudine de forță, dar nu îndreptată în jos, ci în sens strict ascendent. Nu este dificil să verificați din punct de vedere experimental această lege: simțiți în mod constant modul în care pământul apasă asupra tălpilor.

Aici este important să înțelegem și să ne amintim că Newton vorbeste despre două forțe cu o natură complet diferită, fiecare forță acționând asupra obiectului "propriu". Când un măr cade dintr-un copac, acest Pământ acționează asupra mărului prin forța atracției sale gravitaționale (ca urmare, mărul se grăbește la suprafața Pământului), dar în același timp mărul atrage Pământul în el însuși cu forța egală. Și faptul că ni se pare că este exact mărul care cade pe Pământ și nu invers, aceasta este deja o consecință a celei de-a doua legi a lui Newton. În comparație cu masa Pământului, masa unui măr este redusă la incompatibilitate, prin urmare accelerarea sa este vizibilă pentru ochii observatorului. Masa Pământului, în comparație cu masa unui măr, este imensă, deci accelerarea sa este aproape imperceptibilă. (În cazul în care un măr se încadrează, centrul Pământului este deplasat în sus, la o distanță mai mică decât raza nucleului atomic.)

În ansamblu, cele trei legi ale lui Newton au dat fizicilor instrumentele necesare pentru a începe observarea complexă a tuturor fenomenelor care apar în Universul nostru. Și, în ciuda tuturor progreselor extraordinare din domeniul științei care s-au întâmplat din timpul lui Newton, pentru a proiecta o mașină nouă sau a trimite o navă spațială către Jupiter, veți folosi toate aceleași trei legi ale lui Newton.

Vezi și:
1609, 1619
Legile lui Kepler
1659
Forța centrifugală
1668
Legea conservării momentului linear
1736
Momentum conservarea legii
1738
Ecuația Bernoulli
1835
Efectul Coriolis
1851
Viteza maximă de cădere
1891
Principiul echivalenței
1923
Principiul conformității
Isaac Newton
Isaac Newton, 1642-1727

Angličanul, pe care mulți îl consideră cel mai mare om de știință din toate timpurile și popoarele. Născut într-o familie de mici proprietari de terenuri în vecinătatea orașului Woolsthorpe (Lincolnshire, Anglia). Nu mi-am găsit tatăl în viață (a murit cu trei luni înainte de nașterea fiului său). După ce sa recăsătorit, mama la lăsat pe Isaac în vârstă de doi ani în grija bunicii sale. Comportamentul deosebit de excentric al unui om de știință adult, mulți cercetători ai biografiei sale atribuie faptului că până la vârsta de nouă ani, când a urmat moartea tatălui său vitreg, băiatul a fost complet lipsit de îngrijire părintească.

Pentru o vreme, tânărul Isaac a studiat înțelepciunea agriculturii într-o școală profesională. Așa cum se întâmplă adesea cu oameni mari după aceea, o mulțime de legende încă se referă la excentricitățile sale la începutul vieții sale. Deci, în special, ei spun că, odată ce a fost trimis să păzească pentru păstrarea vitelor, care au rătăcit în siguranță într-o direcție necunoscută, în timp ce băiatul stătea sub un copac și citise cu entuziasm cartea care îl interesa. Ca sau nu, dorința adolescentului de cunoaștere a fost observată în curând – și trimisă înapoi la liceul din Grantham, după care tânărul a intrat cu succes la Trinity College, Universitatea Cambridge.

Newton a stăpânit rapid curriculumul și a studiat lucrările oamenilor de știință ai timpului, în special adepții filosofului francez René Descartes (René Descartes, 1596-1650), care au avut vederi mecanistice asupra Universului. În primăvara anului 1665, el a obținut o diplomă de licență – și apoi au fost cele mai incredibile evenimente din istoria științei. În același an, ultima epidemie a ciumei bubonice a izbucnit în Anglia, clopotele de înmormântare au sunat din ce în ce mai des, iar Universitatea din Cambridge a fost închisă.Newton sa întors la Woolsthorpe timp de aproape doi ani, reușind să aducă împreună cu el doar câteva cărți și inteligența sa remarcabilă la târg.

Când Universitatea din Cambridge a redeschis doi ani mai târziu, Newton a dezvoltat deja (1) un calcul diferențial – o secțiune separată a matematicii, (2) a subliniat elementele de bază ale teoriei culorii moderne, (3) a derivat legea largității lumii și nimeni nu putea decide. După cum a spus el însuși Newton, "În acele zile, eram în fruntea puterilor mele inventive, iar Matematica și Filosofia de atunci nu m-au capturat niciodată așa cum au făcut-o atunci". (De multe ori cer elevilor mei, spunându-le încă o dată despre realizările lui Newton: "Și ce tu ești a reușit să facă pentru vacanța de vară? ")

La scurt timp după revenirea la Cambridge, Newton a fost ales la consiliul universitar al Colegiului Trinity, statuia sa încă împodobește biserica universității. El a dat curs cursurilor de teoria culorilor, în care a arătat că diferențele de culoare sunt explicate prin caracteristicile principale ale unui val de lumină (sau, așa cum spune acum, lungimea de undă), și că lumina are o particulă. El a proiectat, de asemenea, un telescop oglindă, iar această invenție a atras atenția Societății Regale.Studiile pe termen lung despre lumină și culori au fost publicate în 1704 în lucrarea sa fundamentală "Optica" (Optica).

Reținerea de către Newton a teoriei "greșite" a luminii (la acea vreme predomină conceptele valurilor) a condus la un conflict cu Robert Hookecm. Legea lui Hooke), șeful Societății Regale. Ca răspuns, Newton a făcut o ipoteză care combină conceptele de particule cu valul de lumină. Hooke la acuzat pe Newton de plagiat și a făcut pretenții la prioritate în această descoperire. Conflictul a continuat până la moartea lui Hooke în 1702 și a făcut o impresie atât de opresivă pentru Newton, încât a refuzat să participe la viața intelectuală timp de șase ani. Cu toate acestea, unii psihologi ai timpului explică acest lucru cu o defecțiune nervoasă care s-a înrăutățit după moartea mamei sale.

În 1679, Newton sa întors la lucru și a câștigat faima explorând traiectoriile planetelor și ale sateliților lor. Ca urmare a acestor studii, care au fost însoțite, de asemenea, de disputele cu Hooke despre prioritate, au fost formulate legea privind largitatea lumii și legile mecanicii newtoniene, așa cum le numim acum. Newton a rezumat cercetarea sa în cartea "Principiile matematice ale filozofiei naturale" (Philosophiae naturalis principia matematica), prezentată Societății Regale în 1686 și publicată un an mai târziu. Această lucrare, care a marcat începutul revoluției științifice din acea vreme, a adus-o pe Newton la nivel mondial.

Opiniile sale religioase, aderarea fermă la protestantism, au atras atenția cercurilor largi ale elitei intelectuale englezești, în special filosofului John Locke (John Locke, 1632-1704), lui Newton. Cheltuind tot mai mult timp în Londra, Newton sa implicat în viața politică a capitalei și în 1696 a fost numit îngrijitor al Monetăriei. Deși această poziție era în mod tradițional considerată a fi Sinecura, Newton a abordat cu toată seriozitatea lucrarea sa, considerând moneda monedei engleze drept o măsură eficientă de combatere a falsificatorilor. În acest moment, Newton a fost implicat într-o altă dispută privind prioritatea, de data aceasta cu Gottfreid Leibniz, 1646-1716, despre descoperirea calculului diferențial. La sfârșitul vieții sale, Newton a lansat noi ediții ale operelor sale majore și, de asemenea, a fost președinte al Societății Regale, ocupând în același timp funcția de director al Monetăriei.


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: