Механика и ее структура. Материальная точка и твердое тело

Физика наука, изучающая общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения. Механика часть физики, изучающая законы движения и равновесия тел.

Под механикой часто подразумевают классическую механику, созданную Исааком Ньютоном (1643—1727) для описания движения макроскопических тел. Тем не менее в механику входят еще два важнейших раздела — релятивистская механика и квантовая физика (квантовая механика).

Релятивистская механика рассматривает движение тел при скоростях, сравнимых со скоростью света. Создание релятивистской механики связывают с именами Анри Пуанкаре и Альберта Эйнштейна.

Для описания движения микроскопических тел (например, электронов и атомов) законы классической механики тоже не всегда применимы — они заменяются законами квантовой физики. Формулирование основных положений квантовой физики выполнено Максом Планком, Луи де Бройлем, Эрвином Шредингером. Квантовая физика — важнейшая часть современной физики — изучается отдельно в разд. III данного учебника.

Создание классической физики и механики по праву связывают с именем И. Ньютона, который сформулировал основополагающие законы физики практически в том виде, в каком мы сегодня ими пользуемся. Новая картина мира и математическое описание космических тел изложены этим величайшим ученым в трех книгах под общим названием «Математические начала натуральной философии» и опубликованы с 1679 по 1687 г. Ньютон ввел силу тяготения, определяемую массами взаимодействующих тел, и показал, что планеты движутся под действием этой силы по эллиптическим траекториям. Параллельно с Готфридом Вильгельмом Лейбницем он создал основы дифференциальной геометрии и применил эти основы для анализа бесконечно малых величин. Исаак Ньютон помимо физики и математики внес свой вклад и в другие науки — в частности, в создание научных основ хронологии.

Механика делится на три раздела: кинематику, динамику и статику. Кинематика изучает движение тел, не рассматривая причин этого движения. Динамика изучает законы движения тел и причины этого движения. Статика изучает законы равновесия тела или системы тел. Зная законы движения тел, можно установить и законы равновесия.

Механика описывает движение реальных тел с помощью ряда абстракций, упрощающих решение задач. Среди них понятия материальной точки и абсолютно твердого тела. Материальная точка — тело, размерами которого в данной задаче можно пренебречь. Например, изучая движение планеты но орбите вокруг Солнца, обычно можно принять ее за материальную точку. Но планету нельзя считать точкой, если мы рассматриваем перемещение по ней автомобиля.

Произвольное макроскопическое тело можно разбить на малые взаимодействующие между собой части, каждая из которых рассматривается как материальная точка со своей массой. Тогда изучение движения тел сводится к изучению системы материальных точек. В механике часто сначала изучают движение отдельных точек, а затем переходят к изучению движения тел.

Еще одна модель — абсолютно твердое тело. Абсолютно твердым телом называется тело, взаимное положение любых точек которого не изменяется, в каких бы процессах оно ни участвовало (недеформируемое тело). Иногда слово «абсолютно» опускают и говорят просто о твердом теле.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >