28 Апреля 1686 года – одна из величайших дат в истории человечества. В этот день Ньютон представил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию – механику земных и небесных процессов.
В основе классической механики Ньютона лежит система взглядов на пространство и время.
Ньютон, раскрывая сущность времени и пространства, характеризует их как «вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве – в смысле порядка положения».
Классическая механика была изложена Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии». Ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца 19 века.
Основные положения этой картины мира заключаются в следующем.
Пространство считалось:
бесконечным,
плоским или евклидовым (его метрические свойства описывались геометрией Евклида).
пустым,
абсолютным (не зависящим от состояния движения тела отсчета),
однородным (нет выделенных точек),
изотропным (нет выделенных направлений).
Пространство выступало как «вместилище» материальных тел.
Время понималось:
однородным,
равномерно текущим (оно идет сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и синхронно» и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности),
абсолютным (не зависящим от состояния движения тела отсчета).
В механике Ньютона время абсолютно, абсолютна и одновременность во всей Вселенной. Это послужило основой для теории дальнодействия. В качестве дальнодействующей силы выступало тяготение, которое мгновенно и прямолинейно распространяло силы на бесконечные расстояния.
Кроме основных представлений о пространстве и времени она содержала:
Понятия массы, силы, инерции, ускорения.
Основные законы движения материальной точки.
Закон всемирного тяготения.
Принцип относительности и закон сложения скоростей Галилея.
.
В механике Ньютона движение тела происходит по строго определенным траекториям, то есть всегда можно одновременно измерить его координаты и его скорость (или импульс).
Большинство явлений, происходящих в природе, подтверждали справедливость построенной Ньютоном механистической картины мира.
Подлинным триумфом ньютоновской теории и картины мира стало открытие в 1846 году восьмой планеты Солнечной системы – Нептун. Как это произошло? Еще в конце 18 века астрономы заметили, что траектория движения планеты Уран не совпадает с траекторией, предсказанной законом всемирного тяготения. Это несовпадение пытались объяснить по-разному. Столкновением Урана с кометой. Неточностью закона всемирного тяготения (даже были попытки изменить его). Наконец была высказана гипотеза о влиянии более далекой планеты. Два математика и астронома Джон Адамс18 и Урбен Леверье19 независимо друг от друга с помощью закона всемирного тяготения Ньютона рассчитали траекторию гипотетической планеты. 23 сентября 1846 г. берлинский астроном Готфрид Галле20 обнаружил ее.
3.1.1.
Основные понятия классической механики.
Механика – это часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.
Механика, в свою очередь, делится на кинематику, динамику и статику.
Механическое движение – это изменение взаимного расположения тел или частей тела с течением времени.
Масса
– это скалярная физическая величина,
количественно характеризующая инертные
и гравитационные свойства материи.
Инертность – это стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Инертная масса характеризует способность тела сопротивляться изменению своего состояния (покоя или движения), например, во втором законе Ньютона
.
Гравитационная
масса
характеризует способность тела создавать
гравитационное поле, которое характеризуется
векторной величиной
,
называемой напряженностью. Напряженность
гравитационного поля точечной массы
равна:
,
Гравитационная масса характеризует способность тела взаимодействовать с гравитационным полем:
.
принцип эквивалентности гравитационной и инертной масс: каждая масса является одновременно и инертной и гравитационной.
Масса тела зависит от плотности вещества ρ и размеров тела (объема тела V):
.
М
асса
не тождественна количеству вещества,
так как (в отличие от количества вещества)
масса зависит от скорости:
,
где m0 – масса покоя.
Понятие массы не тождественно понятиям веса и силы тяжести. Она не зависит от полей тяготения и ускорений.
Момент инерции – тензорная физическая величина, количественно характеризующая инертность твёрдого тела, проявляющуюся во вращательном движении.
при описании вращательного движения задать массу недостаточно. Инертность тела во вращательном движении зависит не только от массы, но и от ее распределения относительно оси вращения.