Modern klasik mekanik, fiziğin bir dalıdır. Analitik mekaniğin oluşum tarihi
mekanik maddenin en basit hareket biçimini inceleyen bir fizik dalıdır - mekanik hareket, vücutların veya parçalarının zaman içinde konumunu değiştirmekten oluşur. Mekanik fenomenlerin uzayda ve zamanda meydana geldiği gerçeği, uzay-zaman ilişkilerini - mesafeler ve zaman aralıkları - açıkça veya örtük olarak içeren herhangi bir mekanik yasasında yansıtılır.
Mekanik kendini ayarlar iki ana görev:
çeşitli hareketlerin incelenmesi ve her bir özel durumda hareketin doğasının tahmin edilebildiği yasalar şeklinde elde edilen sonuçların genelleştirilmesi. Bu sorunun çözümü, I. Newton ve A. Einstein tarafından sözde dinamik yasaların oluşturulmasına yol açtı;
bulma ortak özellikler hareketi sürecinde herhangi bir mekanik sistemin doğasında var. Bu problemin çözülmesinin bir sonucu olarak, enerji, momentum ve açısal momentum gibi temel niceliklerin korunumu yasaları keşfedildi.
Dinamik yasalar ve enerjinin korunumu, momentum ve açısal momentum yasaları, mekaniğin temel yasalarıdır ve bu bölümün içeriğini oluşturmaktadır.
§bir. Mekanik hareket: temel kavramlar
Klasik mekanik üç ana bölümden oluşur - statik, kinematik ve dinamik. Statikte, kuvvetlerin eklenmesi yasaları ve cisimlerin denge koşulları dikkate alınır. Kinematikte, sebepleri ne olursa olsun, her türlü mekanik hareketin matematiksel bir açıklaması verilir. Dinamikte, cisimler arasındaki etkileşimin mekanik hareketleri üzerindeki etkisi incelenir.
Pratikte, her şey fiziksel problemler yaklaşık olarak çözülür: gerçek karmaşık hareket bir dizi basit hareket, gerçek bir nesne idealleştirilmiş bir modelle değiştirilir bu nesne vb. Örneğin, Dünya'nın Güneş etrafındaki hareketi göz önüne alındığında, Dünya'nın boyutu ihmal edilebilir. Bu durumda, hareketin açıklaması büyük ölçüde basitleştirilmiştir - Dünya'nın uzaydaki konumu bir nokta ile belirlenebilir. Mekaniğin modelleri arasında belirleyici olanlar şunlardır: maddi nokta ve kesinlikle sağlam.
Malzeme noktası (veya parçacık)şekli ve boyutları bu problemin koşulları altında ihmal edilebilecek bir cisimdir. Herhangi bir vücut zihinsel olarak çok bölünebilir. Büyük sayı tüm vücudun boyutlarına kıyasla keyfi olarak küçük parçalar. Bu parçaların her biri maddi bir nokta ve vücudun kendisi - bir maddi noktalar sistemi olarak düşünülebilir.
Vücudun diğer cisimlerle etkileşimi sırasındaki deformasyonları ihmal edilebilirse, o zaman model tarafından tanımlanır. kesinlikle sert gövde.
Kesinlikle sert gövde (veya sert gövde) hareket sürecinde herhangi iki noktası arasındaki mesafe değişmeyen bir cisimdir. Başka bir deyişle, bu, hareketi sırasında şekli ve boyutları değişmeyen bir cisimdir. Kesinlikle katı bir gövde, katı bir şekilde birbirine bağlı bir malzeme noktaları sistemi olarak düşünülebilir.
Bir cismin uzaydaki konumu ancak diğer bazı cisimlere göre belirlenebilir. Örneğin, bir gezegenin Güneş'e göre konumu hakkında, bir uçak veya bir geminin Dünya'ya göre konumu hakkında konuşmak mantıklıdır, ancak herhangi bir cisim dikkate alınmaksızın uzaydaki konumları gösterilemez. İlgilendiğimiz bir nesnenin konumunu belirlemeye hizmet eden kesinlikle katı bir gövdeye referans gövdesi denir. Bir nesnenin hareketini tanımlamak için, bir referans gövdesi, örneğin dikdörtgen bir Kartezyen koordinat sistemi gibi herhangi bir koordinat sistemi ile ilişkilendirilir. Bir nesnenin koordinatları, uzaydaki konumunu ayarlamanıza izin verir. Cismin uzaydaki konumunu tam olarak belirlemek için ayarlanması gereken en küçük bağımsız koordinat sayısına serbestlik derecesi sayısı denir. Örneğin, uzayda serbestçe hareket eden bir maddesel noktanın üç serbestlik derecesi vardır: bir nokta, Kartezyen dikdörtgen koordinat sisteminin eksenleri boyunca üç bağımsız hareket yapabilir. Kesinlikle katı bir cismin altı serbestlik derecesi vardır: uzaydaki konumunu belirlemek için, koordinat eksenleri boyunca öteleme hareketini tanımlamak için üç serbestlik derecesi ve aynı eksenler etrafındaki dönüşü tanımlamak için üç serbestlik derecesi gereklidir. Koordinat sistemi, zamanı tutmak için bir saat ile donatılmıştır.
Referans gövdesinin seti, onunla ilişkili koordinat sistemi ve birbiriyle senkronize edilmiş saatlerin seti referans çerçevesini oluşturur.
Klasik mekanik- Newton yasalarına ve Galileo'nun görelilik ilkesine dayanan bir tür mekanik (uzaydaki cisimlerin konumlarındaki değişim yasalarını ve buna neden olan nedenleri inceleyen bir fizik dalı). Bu nedenle, genellikle denir Newton mekaniği».
Klasik mekanik alt bölümlere ayrılır:
- statik (cismin dengesini dikkate alan)
- kinematik (ki geometrik özellik nedenlerini düşünmeden hareket)
- dinamikler (ki vücut hareketi).
Klasik mekaniği matematiksel olarak resmi olarak tanımlamanın birkaç eşdeğer yolu vardır:
- Lagrange formalizmi
- Hamilton formalizmi
Klasik mekanik, hızları ışık hızından çok daha az olan ve boyutları atom ve moleküllerin boyutlarından çok daha büyük olan cisimlerle sınırlıysa, çok doğru sonuçlar verir. Klasik mekaniğin keyfi bir hızda hareket eden cisimlere genelleştirilmesi göreli mekaniktir ve boyutları atomik olanlarla karşılaştırılabilir cisimler - kuantum mekaniği. Kuantum alan teorisi, kuantum göreli etkileri dikkate alır.
Bununla birlikte, klasik mekanik değerini korur çünkü:
- diğer teorilere göre anlaşılması ve kullanılması çok daha kolaydır
- geniş bir yelpazede, gerçeği oldukça iyi tanımlar.
Klasik mekanik, toplar ve beyzbol topları gibi nesnelerin, birçok astronomik nesnenin (gezegenler ve galaksiler gibi) ve hatta bazen moleküller gibi birçok mikroskobik nesnenin hareketini tanımlamak için kullanılabilir.
Klasik mekanik kendi içinde tutarlı bir teoridir, yani kendi çerçevesinde birbiriyle çelişen hiçbir ifade yoktur. Bununla birlikte, klasik elektrodinamik ve termodinamik gibi diğer klasik teorilerle kombinasyonu, çözülemez çelişkilere yol açar. Özellikle klasik elektrodinamik, klasik mekanikle tutarsız olan tüm gözlemciler için ışık hızının sabit olduğunu tahmin eder. 20. yüzyılın başında bu, özel bir görelilik teorisi yaratma ihtiyacına yol açtı. Termodinamik ile birlikte düşünüldüğünde, klasik mekanik, entropi miktarını doğru bir şekilde belirlemenin imkansız olduğu Gibbs paradoksuna ve bir kara cismin sonsuz miktarda enerji yayması gereken ultraviyole felaketine yol açar. Bu sorunları çözme girişimleri, kuantum mekaniğinin ortaya çıkmasına ve gelişmesine yol açtı.
Temel konseptler
Klasik mekanik, birkaç temel kavram ve modelle çalışır. Bunlar arasında vurgulanmalıdır:
Temel Kanunlar
Galileo'nun görelilik ilkesi
Klasik mekaniğin dayandığı temel ilke, G. Galileo'nun ampirik gözlemleri temelinde formüle edilen görelilik ilkesidir. Bu ilkeye göre, bir serbest cismin hareketsiz olduğu veya mutlak değer ve yönde sabit bir hızla hareket ettiği sonsuz sayıda referans çerçevesi vardır. Bu referans çerçevelerine atalet denir ve birbirine göre düzgün ve doğrusal hareket eder. Tüm eylemsiz referans çerçevelerinde, uzay ve zamanın özellikleri aynıdır ve mekanik sistemlerdeki tüm süreçler aynı yasalara uyar. Bu ilke, mutlak referans sistemlerinin, yani diğerlerine göre bir şekilde ayırt edilen referans sistemlerinin yokluğu olarak da formüle edilebilir.
Newton yasaları
Newton'un üç yasası klasik mekaniğin temelidir.
Newton'un ikinci yasası bir parçacığın hareketini tanımlamak için yeterli değildir. Ek olarak, vücudun katıldığı fiziksel etkileşimin özü dikkate alınarak elde edilen kuvvetin bir tanımı gereklidir.
enerji tasarrufu yasası
Enerjinin korunumu yasası, Newton'un kapalı muhafazakar sistemler, yani sadece muhafazakar kuvvetlerin hareket ettiği sistemler için yasalarının bir sonucudur. Daha temel bir bakış açısından, Noether teoremi ile ifade edilen, enerjinin korunumu yasası ile zamanın homojenliği arasında bir ilişki vardır.
Newton yasalarının uygulanabilirliğinin ötesinde
Klasik mekanik ayrıca genişletilmiş noktasal olmayan nesnelerin karmaşık hareketlerinin tanımlarını da içerir. Euler yasaları, Newton yasalarının bu alana bir uzantısını sağlar. Açısal momentum kavramı aynı temele dayanmaktadır. matematiksel yöntemler Tek boyutlu hareketi tanımlamak için kullanılır.
Roket hareketinin denklemleri, kütle kaybı gibi etkileri hesaba katmak için bir nesnenin momentumu zamanla değiştiğinde hız kavramını genişletir. Klasik mekaniğin iki önemli alternatif formülasyonu vardır: Lagrange mekaniği ve Hamilton mekaniği. Bunlar ve diğer modern formülasyonlar, kural olarak, "güç" kavramını atlar ve diğerlerini vurgular. fiziksel özellikler mekanik sistemleri tanımlamak için enerji veya eylem gibi.
Momentum ve kinetik enerji için yukarıdaki ifadeler yalnızca önemli bir elektromanyetik katkı olmadığında geçerlidir. Elektromanyetizmada, akım taşıyan bir tel için Newton'un ikinci yasası, katkıyı içermiyorsa ihlal edilir. elektromanyetik alan Poynting vektörü cinsinden ifade edilen sistemin momentumuna bölünür c 2, nerede cışığın boşluktaki hızıdır.
Hikaye
eski zaman
Klasik mekanik, esas olarak inşaat sırasında ortaya çıkan problemlerle bağlantılı olarak antik çağda ortaya çıkmıştır. Mekaniğin geliştirilecek bölümlerinden ilki, temelleri MÖ 3. yüzyılda Arşimet'in eserlerinde atılan statikti. e. Kolun kuralını, paralel kuvvetlerin eklenmesine ilişkin teoremi formüle etti, ağırlık merkezi kavramını tanıttı, hidrostatiklerin (Arşimet kuvveti) temellerini attı.
Orta Çağlar
yeni zaman
17. yüzyıl
18. yüzyıl
19. yüzyıl
19. yüzyılda, analitik mekaniğin gelişimi Ostrogradsky, Hamilton, Jacobi, Hertz ve diğerlerinin çalışmalarında yer alır.Titreşim teorisinde Routh, Zhukovsky ve Lyapunov mekanik sistemlerin kararlılığı teorisini geliştirdi. Coriolis, ivme teoremini kanıtlayarak göreli hareket teorisini geliştirdi. 19. yüzyılın ikinci yarısında kinematik, mekaniğin ayrı bir bölümüne ayrıldı.
19. yüzyılda özellikle önemli olan, sürekli ortam mekaniğindeki gelişmelerdi. Navier ve Cauchy, esneklik teorisinin denklemlerini genel bir biçimde formüle ettiler. Navier ve Stokes'un çalışmalarında, sıvının viskozitesi dikkate alınarak hidrodinamiğin diferansiyel denklemleri elde edildi. Bununla birlikte, ideal bir akışkanın hidrodinamiği alanında bilgi derinleşir: Helmholtz'un girdaplar, Kirchhoff, Zhukovsky ve Reynolds'un türbülans ve Prandtl'ın sınır etkileri üzerine çalışmaları ortaya çıkar. Saint-Venant, metallerin plastik özelliklerini tanımlayan matematiksel bir model geliştirdi.
En yeni zaman
20. yüzyılda araştırmacıların ilgisi klasik mekanik alanında doğrusal olmayan etkilere yöneldi. Lyapunov ve Henri Poincare, doğrusal olmayan salınımlar teorisinin temellerini attı. Meshchersky ve Tsiolkovsky, değişken kütleli cisimlerin dinamiklerini analiz ettiler. Aerodinamik, temelleri Zhukovsky tarafından geliştirilen süreklilik mekaniğinden sıyrılıyor. 20. yüzyılın ortalarında, klasik mekanikte yeni bir yön aktif olarak gelişiyor - kaos teorisi. Karmaşık dinamik sistemlerin kararlılığı konuları da önemini korumaktadır.
Klasik mekaniğin sınırlamaları
Klasik mekanik, karşılaştığımız sistemler için kesin sonuçlar verir. Gündelik Yaşam. Ancak onun tahminleri, ışık hızına yaklaşan, göreli mekaniğin yerini aldığı sistemler için veya kuantum mekaniği yasalarının geçerli olduğu çok küçük sistemler için yanlış olur. Bu özelliklerin her ikisini de birleştiren sistemler için klasik mekanik yerine göreli mekanik kullanılır. kuantum teorisi alanlar. Çok sayıda bileşene veya serbestlik derecesine sahip sistemler için klasik mekanik de yeterli olamaz, ancak istatistiksel mekanik yöntemleri kullanılır.
Klasik mekanik yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü birincisi, yukarıda listelenen teorilerden çok daha basit ve uygulaması daha kolaydır ve ikinci olarak, olağandan başlayarak çok geniş bir fiziksel nesne sınıfı için yaklaşıklık ve uygulama için büyük olasılıklara sahiptir. topaç veya top olarak, büyük astronomik nesnelere (gezegenler, galaksiler) ve çok mikroskobik olanlara (organik moleküller).
Klasik mekanik, klasik elektrodinamik ve termodinamik gibi diğer "klasik" teorilerle genellikle uyumlu olsa da, bu teoriler arasında 19. yüzyılın sonlarında bulunan bazı tutarsızlıklar vardır. Daha çok yöntemlerle çözülebilirler. modern fizik. Özellikle, klasik elektrodinamiğin denklemleri Galile dönüşümleri altında değişmez değildir. Işık hızı onlara bir sabit olarak girer, bu da klasik elektrodinamik ve klasik mekaniğin yalnızca eter ile ilişkili seçilmiş bir referans çerçevesinde uyumlu olabileceği anlamına gelir. Bununla birlikte, deneysel doğrulama, mekanik denklemlerinin değiştirildiği özel bir görelilik teorisinin yaratılmasına yol açan eterin varlığını ortaya çıkarmadı. Klasik mekaniğin ilkeleri, klasik termodinamiğin bazı iddialarıyla da tutarsızdır, bu da entropiyi doğru bir şekilde belirlemenin imkansız olduğu Gibbs paradoksuna ve siyah bir cismin sonsuz miktarda yayması gereken ultraviyole felaketine yol açar. enerjinin. Bu uyumsuzlukların üstesinden gelmek için kuantum mekaniği oluşturuldu.
Notlar
İnternet bağlantıları
- Video ders 1. Fizik: Klasik mekanik (1999 sonbaharı)// Massachusetts Dersleri Teknoloji Enstitüsü: 8.01
Edebiyat
- Arnold V.I. Avets A. Klasik mekaniğin ergodik problemleri - RHD, 1999. - 284 s.
- B.M. Yavorsky, A.A. Detlaf. Lise öğrencileri ve üniversitelere girenler için fizik. - M.: Akademi, 2008. - 720 s. -( Yüksek öğretim). - 34.000 kopya. - ISBN 5-7695-1040-4
- Sivukhin D.V. Genel kurs fizik. - 5. baskı, basmakalıp. - M.: Fizmatlit, 2006. - T.İ. Mekanik. - 560 s. - ISBN 5-9221-0715-1
- A.N. MATVEEV Mekanik ve Görelilik Teorisi. - 3. baskı. - M.: ONYX 21. yüzyıl: Dünya ve Eğitim, 2003. - 432 s. - 5000 kopya. - ISBN 5-329-00742-9
- C. Kittel, W. Knight, M. Ruderman Mekanik. Berkeley Fizik Kursu. - E.: Lan, 2005. - 480 s. - (Üniversiteler için ders kitapları). - 2000 kopya. - ISBN 5-8114-0644-4
Bu nedenle, klasik mekaniğin çalışma konusu yasalar ve nedenlerdir. mekanik hareket, makroskopik (çok sayıda parçacıktan oluşan) fiziksel cisimlerin ve onları oluşturan parçaların etkileşimi ve subluminal (relativistik olmayan) hızlarda meydana gelen bu etkileşim tarafından üretilen uzaydaki konumlarındaki değişiklik olarak anlaşılır.
Klasik mekaniğin fizik bilimleri sistemindeki yeri ve uygulanabilirliğinin sınırları Şekil 1'de gösterilmektedir.
Şekil 1. Klasik mekaniğin uygulanabilirlik kapsamı
Klasik mekanik, statik (cismin dengesini göz önünde bulundurur), kinematik (hareketin nedenlerini dikkate almadan geometrik özelliğini inceleyen) ve dinamik (cismin hareketini ona neden olan nedenleri dikkate alarak değerlendirir) olarak alt bölümlere ayrılır.
Klasik mekaniğin biçimsel matematiksel tanımının birkaç eşdeğer yolu vardır: Newton yasaları, Lagrange biçimciliği, Hamilton biçimciliği, Hamilton-Jacobi biçimciliği.
Hızları ışık hızından çok daha düşük, boyutları atom ve moleküllerinkinden çok daha büyük olan cisimlere ve çekim yayılma hızının sonsuz sayılabileceği mesafelerde veya koşullarda klasik mekanik uygulandığında, son derece doğru sonuçlar. Bu nedenle günümüzde klasik mekanik, anlaşılması ve kullanılması diğer teorilere göre çok daha kolay olduğu için önemini korumakta ve günlük gerçekliği oldukça iyi tanımlamaktadır. Klasik mekanik, çok geniş bir fiziksel nesne sınıfının hareketini tanımlamak için kullanılabilir: hem makrokozmosun sıradan nesneleri (topaç ve beyzbol topu gibi) hem de astronomik boyutlardaki nesneler (gezegenler ve yıldızlar gibi) ve birçok mikroskobik nesneler.
Klasik mekanik, fizik bilimlerinin en eskisidir. Antik çağlardan önce bile, insanlar sadece mekanik yasalarını deneyimlemediler, aynı zamanda pratikte de uyguladılar, en basit mekanizmaları tasarladılar. Zaten Neolitik ve Tunç Çağlarında bir tekerlek ortaya çıktı, biraz sonra bir kaldıraç ve eğimli bir düzlem kullanıldı. Antik çağda, birikmiş pratik bilgiler genelleştirilmeye başlanmış, kuvvet, direnç, yer değiştirme, hız gibi mekaniğin temel kavramlarını tanımlamaya ve bazı yasalarını formüle etmeye yönelik ilk girişimlerde bulunulmuştur. Klasik mekaniğin gelişimi sırasında temeller atıldı. bilimsel yöntem ampirik olarak gözlemlenen fenomenler hakkında bilimsel akıl yürütme için belirli genel kuralları ima eden, bu fenomenleri açıklayan varsayımlar (hipotezler) yapan, incelenen fenomenleri temel özelliklerini korurken basitleştiren modeller inşa eden, fikir veya ilke sistemleri (teoriler) oluşturan bilgi. matematiksel yorumlama.
Bununla birlikte, mekanik yasalarının niteliksel formülasyonu yalnızca MS 17. yüzyılda başladı. e., Galileo Galilei hızların eklenmesinin kinematik yasasını keşfettiğinde ve cisimlerin serbest düşüş yasalarını oluşturduğunda. Galileo'dan birkaç on yıl sonra Isaac Newton, dinamiğin temel yasalarını formüle etti. Newton mekaniğinde cisimlerin hareketi, boşluktaki ışığın hızından çok daha düşük hızlarda düşünülür. 20. yüzyılın başında, esas olarak Albert Einstein'ın çalışması nedeniyle yaratılan göreli mekaniğin aksine, klasik veya Newton mekaniği olarak adlandırılır.
Bir araştırma yöntemi olarak modern klasik mekanik doğal olaylar tanımlarını bir temel kavramlar sistemi ve gerçek fenomen ve süreçlerin ideal modelleri temelinde inşa etme yardımı ile kullanır.
Klasik mekaniğin temel kavramları
Klasik mekaniğin temel prensipleri
Fizik dersinde metodolojik bilgiyi dahil etme sorunu lise V.F. Efimenko, G.M. Golin, A.A. Bukh, V.G. Razumovsky, B.I. Spassky, V.V. , N.S. Purysheva ve diğerleri gibi ünlü yerli bilim adamlarının çalışmalarına adanmıştır. G.M. Golin, aşağıdaki metodolojik bilgi sistemini seçti:
- Bilimsel deney ve deneysel (ampirik) bilgi yöntemleri.
- Fiziksel teori ve teorik bilgi yöntemleri.
- Fiziğin temel metodolojik fikirleri.
- Fiziğin gelişiminde temel düzenlilikler.
Bu sistemin unsurlarından biri, fiziksel teori ve teorik bilginin yöntemleridir. Fiziksel teori, belirli bir fenomen aralığını tam olarak tanımlayan ve dünyanın fiziksel resminin yapısal unsurlarından biri olan ayrılmaz bir fiziksel bilgi sistemidir (bkz. Tablo 1).
Tablo 1. Dünyanın fiziksel resminin yapısı
Okul fiziği dersi dört temel fiziksel teori etrafında yapılandırılmıştır: klasik mekanik, moleküler kinetik teori, elektrodinamik, kuantum teorisi. Okul fiziği dersinin teorik çekirdeği, okul dersi için özel olarak uyarlanmış, belirtilen dört temel teoriyi içerir. “Bu, fizik dersindeki genel yönleri eğitimsel ve metodolojik çizgiler şeklinde seçmemize ve ardından tüm materyali bu çizgiler etrafında oluşturmamıza izin veriyor. Böyle bir genelleme Eğitim materyaliöğrencilerin modern fiziğin yapısı ve teorik öğretim yönteminin uygulanması hakkında yeterli fikirler oluşturmasını sağlar…” . Eğitim materyallerinin genelleştirilmesi, genel politeknik eğitimin bilimsel temeli olan bilgi sisteminin niteliksel olarak asimilasyonunun etkinliğini sağlamayı amaçlamaktadır. Eğitim süreci ve belirli bir bilgi alanının derin ve bütünsel algısı; yaratıcı, bilimsel ve teorik bir düşünme biçiminin oluşumu ve gelişimi üzerine.
Tablo 2. Fiziksel teorinin yapısı
V.F. Efimenko'nun çalışmasına dayanarak, V.V. Multanovsky aşağıdaki yapısal unsurları seçti: fiziksel teori: temel, çekirdek, sonuçlar ve yorumlar (bkz. Tablo 2). Fizikte bir okul dersi çerçevesinde, klasik mekaniğin yapısı (bkz. Tablo 3) ve moleküler-kinetik teori en iyi şekilde değerlendirilebilir. Klasik elektrodinamik gibi temel bir teorinin yapısını tam olarak ortaya çıkarmak mümkün değildir (özellikle bir okul çocuğunun yetersiz matematiksel aparatı nedeniyle). Bununla birlikte, bu durumda, öğrencilerin fiziksel teorinin yapısı hakkındaki bilgilerinin oluşumu, belirli bir teori örneği - Drude-Lorentz teorisi (bkz. Tablo 4) üzerinde gerçekleştirilebilir.
KLASİK MEKANİK |
|||
Temel |
Sonuçlar |
Tercüme |
|
fenomenlerin gözlemlenmesi (cismin hareketi, serbest düşüş, sarkaç salınımı...)
mat. nokta, mutlak katı cisim
|
Newton yasaları, abs. televizyon. vücut, kanun Yerçekimi
ZSE, ZSI, ZSMI
Uzun menzilli eylemler, kuvvetlerin bağımsızlığı, Galilean göreliliği
Mekanın homojenliği ve izotropisi, zamanın homojenliği.
yerçekimi. devamlı |
Neptün ve Plüton gezegenlerinin keşfi |
Teorinin uygulanabilirlik sınırları: makroskopik cisimler |
Tablo 3. Klasik mekaniğin yapısı
KLASİK ELEKTRON DRUDE-LOrentz teorisi |
|||
Temel |
Sonuçlar |
Tercüme |
|
1) Rikke'nin deneyimi (1901); 2) Mandelstam ve Papaleksi'nin Deneyimi (1913); 3) Tolman ve Stewart'ın Deneyimi (1916). |
Teorinin ana hükümleri: 1) Elektronların hareketi klasik mekaniğin yasalarına uyar. 2) Elektronlar birbirleriyle etkileşmezler. 3) Elektronlar sadece kristal kafesin iyonlarıyla etkileşir, bu etkileşim çarpışmaya indirgenir. 4) Çarpışmalar arasındaki aralıklarda elektronlar serbestçe hareket eder. 5) İletim elektronları ideal gaz gibi bir elektron gazı oluşturur, "elektron gazı" ideal gaz yasalarına uyar. |
|
Uygulanabilirlik sınırları ve teorinin eksiklikleri: klasik teori Dulong ve Petit yasasını, metallerin direncinin sıcaklığa bağımlılığını ve süperiletkenliği açıklayamaz. |
Tablo 4. Drude-Lorentz'in klasik elektronik teorisinin yapısı
Tablo 4'te sunulan fizik teorisinin yapısı, genel dersin içeriğini “konu üzerine yapılandırmak için kullanılabilir. Elektrik 10. sınıfta “Çeşitli ortamlarda elektrik akımı” konusunun çalışmasında ilk ders olan metallerde”. Fiziksel teori düzeyinde bilginin genelleştirilmesi ve sistemleştirilmesi, öğrencilerin metodolojik bilgi farkındalığına, biliş sürecinin mantığını anlamalarına katkıda bulunur. Bu durumda biliş sürecinin dinamiklerde öğrencilerin önüne çıkması çok önemlidir. Bu durumda, bilginin metodolojik doğası en eksiksiz şekilde yansıtılabilir. Buna uygun olarak, eğitim materyalinin biliş döngüsünün aşamalarına göre yerleştirilmesi tavsiye edilir: deneysel gerçekler > hipotez (model) > teorik sonuçlar > deney (bkz. Tablo 5). Bu durumda öğrenci defterlerindeki referans özeti tablo 4 şeklinde sunulabilir.
Tablo 5. “Metallerde elektrik akımı” konusunu incelerken eğitim materyallerinin genelleştirilmesi
Drude-Lorentz teorisinin uygulanabilirlik sınırlarının dikkate alınması, öğrencileri fizik çalışmalarında dogmatizmden koruyacaktır. Çalışılan materyalin öğrenciler tarafından çelişkilerden yoksun eksiksiz bir şema olarak görülmemesi çok önemlidir. Okul çocuklarının, mutlak gerçeğin elde edilemeyeceğini ve biliş sürecinin, birbirinin yerine geçen bir dizi göreli gerçek aracılığıyla sürekli bir mutlak gerçek için çabalamak olduğunu anlamaları gerekir. Böylece öğretmen, metodolojik yazışma ilkesinin özünü anlamalarını sağlar. (Daha sonra, Maxwell teorisi ve Drude-Lorentz teorisinin elektriksel iletkenlik fenomenini farklı bakış açılarından tanımladığına ve böylece birbirini tamamladığına işaret ederek, başka bir metodolojik ilkenin içeriğine de değinilebilir - tamamlayıcılık ilkesi.)
AT<Ek 1 > “Metallerde elektrik akımı” konulu bir ders genellemesinin ayrıntılı bir planı-özeti sunulmuştur.<ek 2 > - “Çeşitli ortamlarda elektrik akımı” bölümünü incelemek için genelleştirilmiş bir plan ve fiziksel teoriyi incelemek için genelleştirilmiş bir plan,<ek 3 > - konuyla ilgili bilgisayar sunumu.
Edebiyat
- Golin G.M. Lise sırasında fizik metodolojisi soruları. - M. Aydınlanma, 1987.
- Manshinyan A.A. teorik temelöğrenme teknolojilerinin oluşturulması ve uygulanması. - M.: Prometheus, 1999. - 136 s.
- Efimenko V.F. Okul fizik dersinin metodolojik sorunları. - M.: Pedagoji, 1976. - 224 s.
- Multanovsky V.V. Fiziksel etkileşimler ve dünyanın resmi okul kursu- M.: Eğitim, 1977. - 168 s.
- Okulda fizik öğretimi teorisi ve yöntemleri: Genel konular: Proc. öğrenciler için ödenek. daha yüksek ped. ders kitabı kurumlar / S.E. Kamenetsky, N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya ve diğerleri; Ed. S.E. Kamenetsky, N.S. Purysheva. - M.: Yayın Merkezi "Akademi", 2000. - 368 s.
Sir ISAAC NEWTON (4 Ocak 1643 - 31 Mart 1727) - modern doğa biliminin temellerini atan seçkin bir İngiliz bilim adamı, klasik fiziğin yaratıcısı, Londra Kraliyet Cemiyeti üyesi ve başkanı (1703'ten beri). Woolsthorpe'da doğdu. 1665'te Cambridge Üniversitesi'nden mezun oldu. Mart-Haziran 1666'da Newton Cambridge'i ziyaret etti. Ancak yaz aylarında yeni bir veba dalgası onu tekrar evden ayrılmaya zorladı. Sonunda, 1667'nin başlarında salgın azaldı ve Nisan ayında Newton Cambridge'e döndü. 1 Ekim'de Trinity College Üyesi seçildi ve 1668'de usta oldu. Ona yaşaması için geniş bir özel oda, yılda 2 sterlinlik bir maaş ve haftada birkaç saat standart dersleri özenle çalıştığı bir grup öğrenci verildi. Bununla birlikte, ne o zaman ne de daha sonra Newton bir öğretmen olarak ünlü olmadı, derslerine çok az katılım sağlandı. bir
Konumunu pekiştiren Newton, kısa bir süre önce 1660'ta Londra Kraliyet Cemiyeti'nin kurulduğu Londra'ya gitti - ilk Bilim Akademilerinden biri olan önde gelen bilim adamlarının yetkili bir organizasyonu. Royal Society'nin basılı yayın organı Philosophical Transactions dergisiydi.
1669'da, Avrupa'da sonsuz serilere açılımlar kullanılarak matematiksel çalışmalar ortaya çıkmaya başladı. Bu keşiflerin derinliği Newton'unkiyle karşılaştırılamayacak kadar olsa da, Barrow öğrencisinin önceliğini bu konuda belirlemesi konusunda ısrar etti. 2 ______________________________
1. https://ru.wikipedia.org/
2. Akroyd P. “Isaac Newton. Biyografi". - M.: Sinekkuşu, Azbuka-Atticus, 2011
Newton, keşiflerinin bu bölümünün kısa ama oldukça eksiksiz bir özetini yazdı ve buna "Denklemleri kullanarak analiz" adını verdi. sonsuz bir sayıüyeler." Barrow bu tezi Londra'ya gönderdi. Newton, Barrow'dan eserin yazarının adını açıklamamasını istedi (ama yine de ağzından kaçırdı). "Analiz" uzmanlar arasında yayıldı ve İngiltere ve ötesinde bir ün kazandı.
Aynı yıl, Barrow, kralın mahkeme papazı olma davetini kabul etti ve öğretmenliği bıraktı. 29 Ekim 1669'da 26 yaşındaki Newton, Trinity College'da yılda 100 sterlinlik yüksek bir maaşla halefi, matematik ve optik profesörü olarak seçildi. Barrow, Newton'a kapsamlı bir simya laboratuvarı bıraktı; Bu dönemde Newton simya ile ciddi şekilde ilgilenmeye başladı, birçok kimyasal deney yaptı Newton klasik mekaniğin temel yasalarını formüle etti, evrensel yerçekimi yasasını, ışığın dağılımını keşfetti, ışığın parçacık teorisini geliştirdi, diferansiyel ve integral hesabı geliştirdi. . Seleflerinin mekanik ve kendi alanındaki araştırmalarının sonuçlarını özetleyen Newton, 1687'de yayınlanan "Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri" ("Başlangıçlar") adlı büyük bir çalışma yarattı. "Başlangıçlar", klasik mekaniğin temel kavramlarını, özellikle de kavramları içeriyordu: kütle, momentum, kuvvet, ivme, merkezcil kuvvet ve üç hareket yasası. Aynı çalışmada, Newton'un gök cisimlerinin hareketini açıkladığı ve yerçekimi teorisini yarattığı evrensel yerçekimi yasası verilmiştir. 1 Bu yasanın keşfi, sonunda Kopernik'in öğretilerinin zaferini doğruladı. Kepler'in üç yasasının evrensel yerçekimi yasasından çıktığını gösterdi; Ayın hareketinin özelliklerini, alay olgusunu açıkladı; kutuplarda sıkıştırılması gerektiğini belirterek, Dünya figürü teorisini geliştirdi, ____________________________
1. Akroyd P. “Isaac Newton. Biyografi". - M.: Sinekkuşu, Azbuka-Atticus, 2011
gelgitler teorisi; yaratma sorunu olarak kabul yapay uydu Araziler, vb. Newton, sıvılarda ve gazlarda direnç yasasını ve temel iç sürtünme yasasını geliştirdi, dalga yayılma hızı için bir formül verdi.