Кинематика поступательного движения Введение

Ф. Энгельс в труде "Диалектика природы" классифицировал различные формы движения материи в порядке их постепенного усложнения. В настоящее время в физике рассматривают фор­мы движения материи в такой последовательности: механиче­ская, молекулярно-тепловая, электромагнитная, внутриатом­ная.

Механика — это часть физики, изучающая наиболее про­стую форму движения материи (перемещение тел или частей одного и того же тела относительно друг друга).

Различают три вида механического движения: поступатель­ное, вращательное и колебательное.

Основные законы механики установлены в XVII веке Галиле­ем и Ньютоном на основе наблюдения за движением земных и небесных макротел. Это — классическая механика.

На рубеже XIX и XX веков выяснилось, что классическая механика не всегда точна для больших скоростей (близких к скорости света) и для микрообъектов. Тогда возникли реляти­вистская и квантовая механики.

Квантовая и релятивистская механики не опровергают, а уточняют классическую механику в области микромира и боль­ших скоростей. Соотношения между этими механиками пред­ставлены ниже; приведем их некоторые основные положения.

(М и v — масса и скорость тела, т — масса микрочастицы, с и 3 • 10⁸ м/с — скорость света в вакууме, М₀ — масса покоя тела, W — энергия).

Классическая механика Галилея-Ньютона (М > т, v < с)

1. М = const (не зависит от скорости).

2. В принципе значение скорости v не ограничено.

3. Между М и W нет определенной непосредственной связи.

4. Энергия может принимать любые значения (изменяется не-прерывно).

5. Частицы и волны — совершенно различные физические объ­екты: частица локализована (можно дать ее координаты),волна "размазана" в пространстве (о ее координате говорить бессмысленно).

Релятивистская механика (Эйнштейна) (v ~ с).

1. Масса зависит от скорости

То

m=

2. v < с, что следует из п. 1: если v = с, то т = оо, но тогда пи?/2 = оо, т.е. для разгона тела до скорости света надо совершить бесконечно большую работу, что невозможно.

3. m и W связаны формулой Эйнштейна W = пи?. Квантовая механика (Планка-Эйнштейна) (М ~ тп).

4. Энергия может иметь лишь дискретные значения (изменяет­ся порциями - квантами).

5. Частицы обладают свойствами волны, а волна — свойствами частиц. Согласно де Бройлю, частице массой т, движущей­ся со скоростью v, соответствует волна длиною А = hftmv), где h = 6,625 • Ю^-3* Дж • с — постоянная Планка (дифракция электронов).

В курсе обшей физики мы будем, в основном, изучать клас­сическую механику, обращаясь к положениям квантовой и ре­лятивистской механик лишь там, где это необходимо.

Физические основы механики подразделяются на статику, ки­нематику и динамику. Статика изучает законы равновесия тел, подвергнутых действию сил. В программе вузовского курса она отсутствует. Кинематике рассматривает движение тел, не ка­саясь причин, его вызывающих и изменяющих. Динамика рас­сматривает движение тел под действием сил.