X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Классическая механика Ньютона сыграла и играет до сих пор огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу для многих технических достижений в течение длительного времени. На её фундаменте формировались многие методы научных исследований в различных отраслях естествознания. Во многом она определяла мышление и мировоззрение. Вплоть до начала XX в. в науке господствовало механистическое мировоззрение, физическая сущность которого заключается в том, что все явления природы можно объяснить движениями частиц и тел. Примером большого успеха механистического представления физических процессов можно считать разработку молекулярно-кинетической теории вещества, позволившей понять тепловые процессы. В книге «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд назвали развитие кинетической теории вещества одним из величайших достижений науки, непосредственно вызванной механистическим воззрением.

В основе классической механики лежит концепция Ньютона, определившая лицо естествознания вплоть до XX в. Сущность концепции Ньютона наиболее кратко и отчетливо выразил А. Эйнштейн:

Согласно ньютоновской системе физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия материальных точек). В ньютоновской концепции под физическими событиями следует понимать движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами. Материальная точка есть единственный способ нашего представления реальности, поскольку реальное способно к изменению.

В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики, составляющие основной раздел классической механики. Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются (как и большинство физических законов) обобщением результатов огромного человеческого опыта, о чём сам Ньютон образно сказал: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». Законы Ньютона рассматривают обычно как систему взаимосвязанных законов.

Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её изменить это состояние.

Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью, или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом инерции.

Для количественной формулировки второго закона динамики вводятся понятия ускорения а, массы тела m и силы F. Ускорением характеризуется быстрота изменения скорости движения тела. Масса тела – физическая величина – одна из основных характеристик материи, определяющая её инерционные (инертная масса) и гравитационные (тяжёлая или гравитационная масса) свойства. Сила – это векторная величина, мера механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.

Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки (тела):

а = F / m

Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчёта. Первый закон Ньютона можно получить из второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю. Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие второго закона, так как именно он утверждает существование инерциальных систем отсчёта.

Взаимодействие между материальными точками (телами) определяется третьим законом Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:

F12 = - F21

где F12 – сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй;

F21 – сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой.

Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек, характеризующихся парным взаимодействием.

Законы Ньютона позволяют решить многие задачи механики – от простых до сложных. Спектр таких задач значительно расширился после разработки Ньютоном и его последователями нового для того времени математического аппарата – дифференциального и интегрального исчисления, весьма эффективного при решении многих динамических задач и особенно задач небесной механики.

Причинное объяснение многих физических явлений, т.е. реальное воплощение зародившегося еще в древности принципа причинности в естествознании, привело в конце XVIII – начале XIX в. к неизбежной абсолютизации классической механики. Возникло философское учение – механистический детерминизм, классическим представителем которого был Пьер Симон Лаплас (1749–1827), французский математик, физик и философ. Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерминизма – уверенность в том, что всё происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть непознанная разумом необходимость.

Согласно современным представлениям, классическая механика имеет свою область применения: её законы выполняются для относительно медленных движений тел, скорость которых много меньше скорости света. В то же время практика показывает: классическая механика – безусловно истинная теория и таковой останется, пока будет существовать наука. Вместе с ней останутся и те общие и абстрактные «классические» образы природы – пространство, время, масса, сила и т.д., которые лежат в её основе. По крайней мере, эти образы сохраняются в современной физике и во всём естествознании, только они стали чётче и объёмнее.

Список использованных источников

1. Журавков Ю.В. Использование ленты времени как способа повышения общекультурного уровня обучающихся при изучении законов Ньютона // Материалы VIII Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2016» [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.scienceforum.ru/2016/1779/21984#.

2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для студентов вузов. – 11-е изд., перераб. и доп.– М.: КНОРУС, 2012. – 670 с.

3. Солопова Я.В., Новикова А.С., Френкель Е.Н. Законы Ньютона и их применение // Материалы IX Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум 2017» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.scienceforum.ru/2017/2295/27303.

4. Френкель, Е.Н. Концепции современного естествознания : физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие / Е.Н. Френкель. – Ростов н/Д : Феникс, 2014. – 246 с.

5. Эйнштейн Альберт, Инфельд Леопольд. Эволюция физики. Развитие идей от первоначальных понятий до теории относительности и квантов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://e-libra.ru/read/355279-eevolyutciya-fiziki.html.

Код для цитирования: Скопировать