2.1. Механика и ее разделы. Физические модели: материальная точка (частица), абсолютно твердое тело (система материальных точек), сплошная среда

Механика – раздел физики, в котором изучается простейшая форма движения - механическое движение, причины вызывающие это движение и происходящие при этом взаимодействия между телами.

Механическое движение - изменение с течением времени взаимного положения тел или их частей (частиц) в пространстве. В природе - движение небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения и т.д. В технике - движение различных летательных аппаратов и транспортных средств, машин и механизмов, деформации элементов различных конструкций и сооружений, движение жидкостей и газов.

В соответствии с характером решаемых задач механику подразделяют на следующие разделы: 1) кинематику; 2) динамику; 3) статику.

Кинематика изучает геометрические свойства движения и взаимодействия тел в не связи с порождающими их причинами.

Динамика изучает движение и взаимодействия тел совместно с причинами, обусловливающими тот или иной характер движения и взаимодействия.

Статика изучает равновесие тел, систем под действием сил.

При изучении различных движений и взаимодействий в классической механике вводят в рассмотрение физические модели или научные абстракции, основными из которых являются:

1. Материальная точка - объект малых размеров (размерами, которого в условиях данной задачи можно пренебречь), обладающий массой. Это понятие применимо, когда тело движется поступательно или когда в изучаемом движении можно пренебречь вращением тела вокруг его центра масс;

2. Абсолютно твердое тело - тело, расстояние между двумя любыми точками которого всегда остается неизменным. Применимо, когда можно пренебречь деформацией тела;

3. Сплошная изменяемая среда. Понятие применимо при изучении движения изменяемой среды (деформируемого твердого тела, жидкости, газа), когда можно пренебречь молекулярной структурой среды.

При изучении сплошных сред вводят такие абстракции, которые отражают при данных условиях наиболее существенные свойства реальных тел: идеально упругое тело, пластичное тело, идеальная жидкость, вязкая жидкость, идеальный газ и др.

В соответствии с вводимыми научными абстракциями (моделями) различают: а) механику материальной точки; б) механику системы материальных точек; в) механику абсолютно твердого тела; г) механику сплошной среды (теорию упругости, теорию пластичности, гидродинамику, аэродинамику, газовую динамику).

2.2. Пространственно-временные отношения. Развитие представлений о свойствах пространства и времени в механике

Пространство и время – категории, обозначающие основные формы существования и взаимодействия объектов.

Пространство выражает порядок существования объектов. Время - порядок смены событий.

Пространство и время - основные понятия всех разделов физики. Они играют важную роль на эмпирическом уровне физического познания. Непосредственное содержание результатов наблюдений и экспериментов состоит в фиксации пространственно - временных совпадений. Они служат также одними из важнейших средств конструирования теоретических моделей, интерпретирующих экспериментальные данные.

Для построения физической картины мира понятия пространство и время, обеспечивая отождествление и различие (индивидуализацию) отдельных фрагментов материальной действительности, имеют решающее значение.

Различают метрические (протяженность и длительность) и топологические (размерность, непрерывность и связанность, порядок и направление времени) свойства пространства и времени.

Современными теориями метрических свойств пространства и времени являются: специальная теория относительности (СТО) и общая теория относительности (ОТО).

Исследование топологических свойств пространства и времени в физике было начато в 60 - 70-х годах двадцатого столетия и пока не вышло из стадии гипотез.

Историческое развитие физических представлений о пространстве и времени проходило по двум направлениям в тесной связи с различными философскими представлениями.

В основе одного из них лежали идеи Демокрита, приписывающие пустоте особый род бытия. Они нашли наиболее полное физическое воплощение в понятиях абсолютного пространства и времени И. Ньютона. Согласно И. Ньютону абсолютное пространство и время представляют собой самостоятельные сущности, которые не зависят друг от друга, и от находящихся в них материальных объектов и протекающих в них процессов.

Другое представление о пространстве и времени заложено в учении Аристотеля, которое было разработано в философских работах Г.В. Лейбница, трактовавшего пространство и время как определенные типы отношений между объектами и их изменениями, не имеющие самостоятельного существования. В физике концепция Г.В. Лейбница была развита А. Эйнштейном в теории относительности.