Корпускулярная и континуальная концепции описания природы

1.

Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
Основные понятия корпускулярной концепции: масса, импульс, сила,
кинетическая,
потенциальная
энергия,
работа,
мощность.
Принцип
суперпозиции. Законы Ньютона. Связь силы с потенциальной энергией.
Понятие градиента. Законы сохранения. Основные понятия континуальной
концепции: поле, волна, амплитуда, фаза. Гармоническое колебание и его
основные параметры: период и частота. Циклическая частота. Механические
и электромагнитные волны.

2.

Основные понятия корпускулярной концепции: масса, импульс, сила,
кинетическая, потенциальная энергия, работа, мощность.
Масса (m) - это мера инертности тела и гравитационных свойств. Два
независимых свойства материи характеризуются одной величиной, которая
может служить мерой количества вещества. В системе единиц измерения СИ
масса измеряется в килограммах (кг). В химии единицей измерения количества
вещества служит 1 моль.
Инертность - это способность тела сопротивляться внешним воздействиям, т.е.
стремление сохранить свое состояние движения, оставить неизменной скорость.
Это свойство отражается вторым законом Ньютона:
r
r
r r
d mv
r
r
Fi , ma Fi , P mv
dt
r
r
r
vскорость
a, ускорение
P, количество
движения им( пульс)
Гравитационные свойства материи отражаются законом всемирного тяготения:
r
r
m1m2 r
F G 2
r r
m1 , mмассы
тел G ,
2
6,67384·10-11 м3
с 2
кг 1
гравитационная постоянная, r расстояние между телами

3.

Гравитационная сила является центральной, она зависит от масс тел и является
основной организующей силой в масштабах Вселенной (планеты, звезды,
галактики). Квантом гравитационного поля является гипотетическая частица –
гравитон.
Сиила — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности
воздействия на данное тело других тел, а также полей. Размерность силы
[ F ]=1 Н=1 кг*м/с2
Механическая работа — это физическая величина, являющаяся скалярной
количественной мерой действия силы или сил на тело или систему, зависящая от
численной величины, направления силы (сил) и от перемещения точки (точек),
тела или системы
r r
A
F
ds
В СИ единицей измерения работы является джоуль: 1 Дж = 1 Нм. Внесистемными
единицами работы являются: электронвольт 1 эВ = 1,6⋅10-19 Дж, киловатт-час
1кВт⋅час=3,6⋅106Дж.
( Международная система единиц, СИ (фр. Le Système International d’Unités, SI) —
система единиц физических величин, современный вариант метрической системы)

4.

Международная система единиц (СИ) — система единиц, основанная на
Международной системе величин, вместе с наименованиями и обозначениями, а
также набором приставок и их наименованиями и обозначениями вместе с
правилами их применения, принятая Генеральной конференцией по мерам и
весам (CGPM).
СИ была принята XI Генеральной конференцией по мерам и весам в 1960
году, некоторые последующие конференции внесли в СИ ряд изменений.
СИ определяет семь основных единиц физических величин и производные
единицы (сокр. — единицы СИ или единицы), а также набор приставок. СИ также
устанавливает стандартные сокращённые обозначения единиц и правила записи
производных единиц.
Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и
кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую
размерность, то есть ни одна из основных единиц не может быть получена из
других.
Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических
действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ
присвоены собственные наименования, например, единице радиан.
Приставки можно использовать перед наименованиями единиц. Они означают, что
единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень
числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр =
1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

5.

Кинетиическая энеиргия — скалярная функция, являющаяся мерой движения
материальной
точки
и
зависящая
только
от
массы
и
модуля
скорости
материальных точек, образующих рассматриваемую физическую систем, энергия
механической системы, зависящая от скоростей движения её точек в выбранной
системе отсчёта
mv 2
Wk
2
Связь между работой и кинетической энергией
mv22 mv12
A1,2
2
2
Работа всех сил, действующих на частицу при её перемещении, идёт на
приращение кинетической энергии частицы
Потенциальная энергия — скалярная физическая величина, представляющая
собой часть полной механической энергии системы, находящейся в поле
консервативных сил. Зависит от положения материальных точек, составляющих
систему, и характеризует работу, совершаемую полем при их перемещении

6.

Консерватиивные сиилы (потенциальные силы) — это силы, работа которых не
зависит от вида траектории, точки приложения этих сил и закона их движения, и
определяется только начальным и конечным положением этой точки.
Моищность — физическая величина, равная в общем случае скорости изменения,
преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком
смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый
промежуток времени, к этому промежутку времени
N
dA
,
dt
N 1Вт
Работа сил и потенциальная энергия
Сила тяжести
2
A1,2
mg dh mgh2 mgh1 , W mgh
1
С одной стороны работа силы равна приращению кинетической энергии
dA dWk
с другой стороны, эта работа равна убыли потенциальной энергии
dA dU

7.

Таким образом, работу можно определить как меру изменения энергии. Отсюда,
сила связана с потенциальной энергией выражением:
dU
F grad U
dr
Градиент - это вектор, имеющий направление наибольшего изменения скалярной
функции, то есть сила направлена по нормали к поверхностям равного потенциала
(эквипотенциальным поверхностям). Знак “−” показывает, что сила всегда
направлена в сторону уменьшения потенциальной энергии.
Fr
Законы

8.

Принцип суперпозиции
Приинцип суперпозииции — один из самых общих законов во многих разделах
физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:
•Результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма
воздействия этих сил.
•Любое сложное движение можно разделить на два и более простых.
Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он
утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной
точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов.
Тот факт, что уравнения классической электродинамики линейны,
является скорее исключением, чем правилом. Многие фундаментальные теории
современной физики являются нелинейными.
Примером нелинейной теории является общая теория относительности. В
ней также не выполняется принцип суперпозиции. Например, Солнце притягивает
не только Землю и Луну, но также и само взаимодействие между Землёй и Луной.
Впрочем, в слабых гравитационных полях эффекты нелинейности слабы, и для
повседневных задач приближённый принцип суперпозиции выполняется с высокой
точностью.

9.

Законы Ньютона
Закоины Ньюитоина — три закона, лежащие в основе классической механики и
позволяющие записать уравнения движения для любой механической системы,
если известны силовые взаимодействия для составляющих её тел. Впервые в
полной мере сформулированы Исааком Ньютоном в книге «Математические
начала натуральной философии» (1687 год)
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем
отсчета. Поэтому он также известен как Закон инерции. Инерция — это свойство
тела сохранять свою скорость движения неизменной (и по величине, и по
направлению), когда на тело не действуют никакие силы. Чтобы изменить скорость
движения тела, на него необходимо подействовать с некоторой силой.
Естественно, результат действия одинаковых по величине сил на различные тела
будет различным. Таким образом, говорят, что тела обладают разной инертностью.
Инертность — это свойство тел сопротивляться изменению их скорости. Величина
инертности характеризуется массой тела.

10.

Современная формулировка
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными,
относительно которых материальные точки, когда на них не действуют
никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в
состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Историческая формулировка
Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или
равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не
понуждается приложенными силами изменить это состояние.
С современной точки зрения, такая формулировка неудовлетворительна.
Во-первых, термин «тело» следует заменить термином «материальная точка», так
как тело конечных размеров в отсутствие внешних сил может совершать и
вращательное движение. Во-вторых, и это главное, Ньютон в своём труде
опирался на существование абсолютной неподвижной системы отсчёта, то есть
абсолютного пространства и времени, а это представление современная физика
отвергает. С другой стороны, в произвольной (скажем, вращающейся) системе
отсчёта закон инерции неверен, поэтому ньютоновская формулировка была
заменена постулатом существования инерциальных систем отсчета.

11.

Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения,
описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и
получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона
вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной
инерциальной системе отсчёта (ИСО).
Масса материальной точки при этом полагается величиной постоянной во времени
и независящей от каких-либо особенностей её движения и взаимодействия с
другими телами
Современная формулировка
В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает
материальная точка с постоянной массой, прямо пропорционально
равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально
её массе.
r
r F
a
m
Историческая формулировка
Изменение количества движения пропорционально приложенной
движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта
сила действует.

12.

Третий закон Ньютона
Этот закон описывает, как взаимодействуют две материальные точки.
Возьмём для примера замкнутую систему, состоящую из двух материальных точек.
Первая точка может действовать на вторую с некоторой силой , а вторая — на
первую с силой . Как соотносятся силы? Третий закон Ньютона утверждает: сила
действия
равна по модулю и противоположна по направлению силе
противодействия
Современная формулировка
Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими
одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки,
равными по модулю и противоположными по направлению:
r
r
F2 1 F1 2
Историческая формулировка
Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе,
взаимодействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные
стороны.

13.

Законы сохранения
СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ, наиболее общие физические законы, согласно которым
численные значения некоторых физических величин, характеризующих
физическую систему, при определенных условиях не изменяются с течением
времени при различных процессах в этой системе. Важнейшие сохранения законы
- законы сохранения энергии, импульса, момента количества движения,
электрического заряда. Существование сохранения законов, как правило, связано
с наличием в этой системе той или иной симметрии; например, однородность
времени приводит к закону сохранения энергии, а однородность пространства
приводит к закону сохранения импульса.
Закон сохранения импульса
Закоин сохранеиния иимпульса (Закоин сохранеиния количества движения) - векторная
сумма импульсов всех тел системы есть величина постоянная, если векторная
сумма внешних сил, действующих на систему, равна нулю.

14.

Закон сохранения энергии
Закоин сохранеиния энеиргии — фундаментальный закон природы, установленный
эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы
может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией
параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением
времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным
величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда,
закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения
энергии.

15.

§ Основные понятия континуальной концепции: поле, волна, амплитуда,
фаза.
В континуальной концепции воздействие тел друг на друга
осуществляется с помощью поля. Поле это форма существования материи. В
континуальной концепции поле представляет собой некий волновой процесс, с
помощью которого переносится энергия и информация.
Колебанием называется процесс, повторяющийся во времени. Волна - процесс,
повторяющийся во времени и в пространстве. Простейшей является плоская
волна, т.е. когда изменяющаяся величина колеблется в одной плоскости.
Волны различают продольные и поперечные. В продольной волне колебание
изменяющейся величины происходит в направлении распространения волны.
Например, в твердом теле звуковая волна является продольной, смещение частиц
тела и колебание их около положения равновесия происходит в направлении
переноса энергии. Поперечной называется волна, где колебание изменяющейся
величины происходит перпендикулярно направлению распространения волны.
Например, в электромагнитной волне напряженность электрического и магнитного
полей колеблется перпендикулярно направлению переноса энергии, в
поверхностных волнах на границе жидкости и газа движение частиц также
перпендикулярно направлению волны.
Лучом называется направление потока энергии в волне (в изотропной среде - луч
перпендикулярен фронту волны).