Из истории механики

Введение. Физика — основа современного естествознания. Из истории физики.

Москва, 2003

Лекция 1 «Кинематика материальной точки»

План лекции.

1. Введение. Физика — основа современного естествознания.

1.1. Из истории механики.

2. Предмет механики. Идеализации физики. Методы задания движения материальной точки.

3. Кинематика прямолинейного движения.

3.1. Скорость движения.

3.2. Ускорение.

4. Примеры прямолинейного движения.

4.1. Равномерное движение.

4.2. Равнопеременное движение.

Физика — наука об окружающем нас мире, изучающая наиболее общие свойства материи: существующие формы материи, её строение, взаимодействие и движение — механическое, тепловое, электромагнитное и др.

Физика всегда была тесно связана с другими естественными и техническими науками. Последние десятилетия отмечены проникновением физики в смежные науки и возникновением таких пограничных дисциплин, как био физика, гео физика, физ химия, физическая экология, радио физика и др.

Взаимодействие физики и техники можно охарактеризовать как «взаимообогащающее сотрудничество»: открытия физики раздвигают горизонты техники, позволяют создавать новые технологии, открывать принципиально новые производства (энергетика, связь, космическая, компьютерная техника и т.д.)

С другой стороны, достижения техники способствуют непрерывному совершенствованию методов физических исследований.

«Крёстным отцом»[1] физики считается древнегреческий философ Аристотель (384 – 322 г. до н.э.). В его трактатах «Физика», «О небе», «Механика» и других была предпринята первая успешная попытка научной систематизации всех физических знаний того времени. В этих трудах наряду с верными наблюдениями содержатся и ошибочные, порой наивные теории. Например, Аристотель был сторонником геоцентрической модели мироздания, считал, что сила определяет не ускорение тела, а его скорость, полагал, что движение «лёгких» и «тяжёлых» тел происходит по разным законам… Эти заблуждения просуществовали почти две тысячи лет!

Революция в механике связана с именами Джордано Бруно, Кеплера, Леонардо да Винчи, Галилея и других учёных, но, прежде всего, конечно, с именем великого английского физика Исаака Ньютона (1603 – 1727).

Ньютону удалось распознать все главные закономерности механического движения. Успехи его классической механики были ошеломляющими, а область применения законов Ньютона — его «принципов» — долгое время казалась неограниченной.

Однако, в начале XX столетия фундаментальные работы Альберта Эйнштейна (1879 – 1956) ознаменовали новый этап в истории механики.

В своей теории Эйнштейн создал принципиально новое учение о пространстве и времени. Согласно этой теории, размер движущегося тела и течение времени зависят от скорости движения. Поразительным является вывод теории относительности об эквивалентности массы и энергии тела:

E = mc ².

Это самая известная и одна из самых таинственных формул физики.

Вскоре оказалось, что классическая ньютоновская механика — механика макромира — не может быть использована при рассмотрении процессов, происходящих в микромире — в мире атомов, ядер, элементарных частиц. Микромир живёт по своим особым законам. Эти законы микромира изучаются в квантовой (волновой) механике. В создании этой науки участвовали многие учёные мира. Среди них Нобелевские лауреаты Эрвин Шрёдингер, Вернер Гейзенберг, Макс Борн, Поль Дирак и многие другие.

Важно отметить, что квантовая механика — механика микромира, также как и релятивистская механика Эйнштейна — механика движений с околосветовыми скоростями не отвергают классическую механику Ньютона, но переходят в неё при определённых условиях.