Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени. Законы движения

ЛЕКЦИЯ 5 СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

План лекции:

1. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени. Законы движения

2. Законы сохранения

3. Начала термодинамики. Представления об энтропии

Вопросы пространства и времени всегда интересовали человеческое общество. Одна из концепций этих понятий идет от древних атоми­стов — Демокрита, Эпикура и др. Они ввели в научный оборот поня­тие пустого пространства и рассматривали его как однородное и бес­конечное.

В процессе создания общей картины мироздания Исаак Ньютон (1642-1726), конечно, также не мог обойти вопрос понятия простран­ства и времени.

В 1687 г. он опубликовал труд «Математические начала натураль­ной философии», который стал вершиной достижений естествознания XVII в.

По Ньютону, мир состоит из материи, пространства и времени. Эти три категории независимы друг от друга. Материя размещается в бес­конечном пространстве. Движение материи происходит в пространст­ве и времени. Ньютон разделял пространство на абсолютное и относи­тельное. Абсолютное пространство неподвижно, бесконечно. Относи­тельное — это часть абсолютного. Так же он классифицировал и время. Под абсолютным, истинным (математическим) временем он понимал время, которое течет всегда и везде равномерно, а относительное вре­мя, по Ньютону, есть мера продолжительности, которая существует в реальной жизни: секунда, минута, час, сутки, месяц, год. У Ньютона абсолютное время существует и длится равномерно само по себе, без­относительно к каким-либо событиям. Абсолютное пространство и аб­солютное время представляют собой вместилище всех материальных тел и пространств и не зависят ни от этих тел, ни от этих процессов, ни друг от друга.

Массу Ньютон определяет как количество материи и вводит поня­тие «пассивной силы» (силы инерции) и «активной силы», создающей движение тел.

Изучив и выявив закономерности движения, Ньютон таким обра­зом сформулировал его законы:

1-й закон. Всякому телу продолжать свое состояние покоя или равно­мерного прямолинейного движения, поскольку оно не принуждается приложенными силами изменять это состояние.

2-й закон. Изменению движения быть пропорциональным приложен­ной движущей силе и происходить по направлению той прямой, по ко­торой эта сила действует.

3-й закон. Действию всегда встречать равное противодействие, или воздействию двух тел друг на друга быть между собой равными и на­правленными в противоположные стороны.

В наше время знаменитые законы формулируются в более удобной форме:

►1. Всякое материальное тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние. Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью. Поэтому первый закон называют также законом инерции.

►2. Ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела.

►3. Силы, с которыми действуют друг на друга взаимодействующие тела, равны по величине и противоположны по направлению.

Второй закон Ньютона нам известен в виде

F= т а, или а = F/m,

где ускорение а, получаемое телом под действием силы F, обратно про­порционально массе тела т. Величина т называется инертной массой тела, она характеризует способность тела оказывать сопротивление действующей («активной») силе, то есть сохранять состояние покоя. Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета.

Первый закон можно получить из второго, так как в случае отсут­ствия воздействия на тело со стороны других сил ускорение также рав­но нулю. Однако первый закон рассматривается как самостоятельный закон, поскольку он утверждает существование инерциальных систем отсчета.

► Инерциальные системы отсчета — это такие системы, в которых справедлив закон инерции: материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы, взаимно уравнове­шенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямо­линейного движения.

Теоретически может существовать сколь угодно равноправных инерциальных систем отсчета, и во всех таких системах законы физи­ки одинаковы. Это утверждает принцип относительности Галилея (1636 г.).

Научное доказательство существования всемирного тяготения и ма­тематическое выражение описывающего его закона стало возможным только па основе открытых И. Ньютоном законов механики. Закон всемирного тяготения был сформулирован Ньютоном в труде «Мате­матические начала натуральной философии» (1687 г.).

Закон всемирного тяготения Ньютон формулирует в следующих тезисах: «тяготение существует для всех тел вообще и пропорциональ­но массе каждого из них», «тяготение к отдельным равным частицам тел обратно пропорционально квадратам расстояний мест к частицам». Этот закон известен в виде:

F =

где m₁, m₂ — массы двух частиц, r — расстояние между ними, G — гра­витационная постоянная (в системе СИ G = 6,672 • 10^-11 м²/кг²). Физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что она характеризует силу притяжения двух масс весом в 1 кг па расстоянии в 1 м.

Открыв закон всемирного тяготения, Ньютон смог дать ответ на вопрос, почему Луна обращается вокруг Земли и почему планеты дви­жутся вокруг Солнца. В каждом отдельном случае он мог рассчитать силу тяготения. Но как передается взаимодействие между массами, притягивающимися друг к другу, какова природа этой силы, Ньютон объяснить не мог.

В трудах Ньютона тяготение — это сила, которая действует на боль­ших расстояниях икак бы без какого-то материального посредника.

Это привело к понятию «дальнодействие». Природу «дальнодействия» Ньютон объяснить не мог. Он думал о каком-то материальном «агенте», с помощью которого осуществляется гравитационное взаи­модействие, но в решении этой проблемы он потерпел неудачу. Осно­вываясь на законе всемирного тяготения Ньютона, небесная механика допускает принципиальную возможность мгновенной передачи сигна­лов, что противоречит современной физике (общей теории относи­тельности). Поэтому буквальное понимание закона тяготения Ньюто­на с современной точки зрения недопустимо.

Ньютоновская механистическая парадигма в естествознании гос­подствовала более 200 лет, хотя и подвергалась критике по ряду пози­ций, в том числе и в понимании пространства и времени (Лейбниц, Гегель, Беркли и др.). В конце XIX и в начале XX в. возникли прин­ципиально новые научные представления об окружающей природе. Появились новые парадигмы: сначала релятивистская, а затем кванто­вая (см. ранее). В физическую картину мира полноправно вошла кон­цепция поля как материальной среды, связывающей частицы вещест­ва, все физические объекты материальногомира. В современной фи­зике известны четыре вида взаимодействия материальных объектов: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое (см. выше). Они ответственны за все процессы взаимодействия.

Дата добавления: 2014-01-06