Об изучении основных принципов физики
Столкновение идей и смена физических представлений. Модели и теории солнечной системы. Абсолютное пространство и принцип относительности. Механика Аристотеля и Ньютона. Теория электричества, квантовая механика и ее конфликт с классической физикой.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | учебное пособие |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.11.2018 |
| Размер файла | 275,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В системе Коперника Солнце и звезды неподвижны, причем Солнце находится в центре Вселенной. Земля считается такой же планетой, как все остальные, и вращается вокруг Солнца по окружности. Система Коперника была значительно более обоснованной по сравнению с ранними предположениями о движении Земли. Коперник дал детальное объяснение наблюдаемому с Земли движению планет, которое получается в результате собственного их движения вокруг Солнца и движения Земли. Он впервые показал, что Меркурий и Венера расположены ближе к Солнцу, чем Земля, а Марс, Юпитер и Сатурн находятся от него дальше, чем Земля, и определил относительные радиусы планетных орбит. Особенно существенно то, что Копернику удалось объяснить ряд фактов, которым в системе Птолемея не давалось никакого толкования. К ним относится, в частности, изменение яркости Марса в течение года, которое вызывается изменением расстояния Марса от Земли (в пределах от суммы радиусов орбит Земли и Марса до разности этих радиусов). В системе Коперника получает естественное объяснение еще один интересный факт: земной наблюдатель отмечает, что любая из внешних планет -- Марс, Юпитер или Сатурн -- при своем движении описывает петлю всегда в тот момент, когда она находится точно против Солнца.
Таким образом, именно при решении проблемы объяснения мы должны отдать предпочтение системе Коперника по сравнению с системой Птолемея. Не только в простоте, но и в истолковании ранее непонятных фактов, в более глубоком проникновении в сущность наблюдаемой картины проявляется преимущество системы Коперника. Если система Птолемея явилась первым этапом на пути к познанию системы мира, то система Коперника явилась следующим шагом на этом пути.
Историческое значение работы Коперника заключалось в том революционизирующем влиянии, которое она оказала на науку и общество. Эта работа опровергала то, что казалось очевидным, противоречила мировоззрению того времени, подрывала учение церкви и веру в незыблемость существующего порядка. Учение Коперника открыло путь новым революционным учениям, в которых отрицалась даже роль Солнца как центра Вселенной. В учении Джордано Бруно, жившего через сто лет после Коперника, Солнце, оставаясь центром планетной системы, являлось всего лишь одной из бесчисленных звезд, а Вселенная мыслилась бесконечно протяженной.
Представление о круговых орбитах планет сильно ограничивало соответствие теории Коперника наблюдаемой картине. Это понимал уже сам Коперник. Однако, стремясь к точному соответствию с данными наблюдений, Коперник пошел испытанным, по неверным путем, смещая центр круговой орбиты в сторону от Солнца и даже вводя эпициклы. Истинная форма планетных орбит и закон изменения скорости планет были установлены Иоганном Кеплером.
Анализируя результаты точных измерений Тихо Браге, Кеплер открыл, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце (первый закон Кеплера). Скорость движения планеты переменна, но и для нее Кеплер установил простой закон (второй закон Кеплера): радиус-вектор планеты, проведенный к ней от Солнца, описывает равные площади за равные промежутки времени. Эти законы были опубликованы в 1609 г. В 1618 г. Кеплер открыл также третий закон, обнаружив соотношение между средними радиусами планетных орбит и периодами обращения планет вокруг Солнца: квадраты периодов обращения планет прямо пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца.
Законы Кеплера просты и точны. Их открытие является новым и крупным шагом на пути к познанию системы мира. Преимущества системы Кеплера над системами Птолемея и Коперника неоспоримы. Но можно ли считать законы Кеплера первичными, простейшими, несводимыми к другим, более общим и простым законам? Целесообразно ли ставить вопрос о причине существования эллиптических орбит и постоянства секториальной скорости? Являются ли эти закономерности отражением более широких и фундаментальных законов? Если равномерное движение по окружности еще можно было представить себе «естественным», не задаваясь вопросом о его причине, то неравномерное движение по эллипсу требовало объяснения, и это понимал сам Кеплер. У Кеплера встречается идея о влиянии «магнетизма» Солнца на скорость движения планет (когда планета ближе к Солнцу, линейная скорость ее движения больше). Французский философ и математик Р. Декарт (1596--1650) искал причину движения планет в вихрях, заполняющих все пространство и увлекающих планеты.
Проблема была решена Ньютоном. Законы Кеплера являются следствием ньютоновского закона всемирного тяготения, относящегося не только к взаимодействию планет и Солнца, но и к падению тел на Землю, теории приливов и отливов и т. д. Чтобы получить законы Кеплера из закона тяготения, необходимо использовать также законы движения механики Ньютона. Первый закон Кеплера стал следствием обратной пропорциональности, силы тяготения квадрату расстояния между небесными телами, а второй закон -- следствием закона сохранения момента импульса, справедливого для любых центральных сил.
Работами Галилея и Ньютона были сняты те возражения против идеи движения Земли, которые выдвигались античной механикой и которые еще не были сняты во времена Коперника и Кеплера. Правда, Коперник вводил представление, согласно которому атмосфера увлекается Землей и потому ни она сама, ни птицы в полете, ни брошенные тела не должны отставать от быстро движущейся Земли. Однако это представление было изолированной идеей, поскольку общий принцип сохранения движения еще не был известен. Отсутствие видимых проявлений движения Земли согласовывалось с идеями новой механики Галилея и Ньютона. Включение наблюдаемой картины движения Земли и других планет в общую систему классической механики позволяет говорить об известном завершении проблемы объяснения этой картины.
Таким образом, в процессе развития учения о солнечной системе по мере накопления и уточнения знаний о движении планет выявлялась необходимость отказаться от античных представлений и выдвигать новые теории, объясняющие наблюдаемую картину. Уточнение старой теории без изменения ее основных принципов оказывается лишь временным разрешением затруднений. Рано или поздно приходится отказаться от дальнейшего совершенствования старой теории и выдвинуть новые принципы, какими бы парадоксальными и неприемлемыми ни казались они приверженцам старых взглядов.
Описывают ли законы Кеплера движение планет абсолютно точно? Нет. Теория тяготения Ньютона обнаруживает прекрасное согласие с опытом, но она все же приближенна. Поэтому являются приближенными и законы Кеплера. Орбиты планет не являются строго замкнутыми. Большая ось эллипса медленно поворачивается, смещаясь в направлении движения планеты вокруг Солнца. Это очень малый эффект, но он был обнаружен в 1859 г. французским астрономом Леверье (1811--1877) у Меркурия, для перигелия которого этот эффект максимален. Смещение перигелия Меркурия получило объяснение в теории тяготения Эйнштейна -- так называемой общей теории относительности. В этой теории тяготение связывается с искривлением пространства, с отклонением геометрии нашего мира от евклидовой геометрии, вызванным наличием поля тяготения. Закон тяготения Ньютона получается в теории Эйнштейна как приближенное решение уравнений поля тяготения, как следствие еще более глубокой и более общей концепции.
4. Абсолютное пространство и принцип относительности
Основную идею, которую Коперник проводит в своей книге «De revolutionibus» («Об обращениях»), можно сформулировать как введение для описания движения небесных тел системы отсчета, связанной с Солнцем и звездами, вместо традиционной земной системы отсчета. В чем заключается преимущество новой системы отсчета перед земной? Сам Коперник указывал на очевидную простоту своей системы по сравнению с птолемеевой. Можно ли дать более глубокое объяснение тому, что описание движения планет в новой системе проще, чем в старой? Возникает также вопрос, можно ли считать Солнце абсолютно неподвижным центром Вселенной, как это предполагал Коперник. Этот вопрос можно обобщить, сформулировав его так: существует ли такая система отсчета, которая связана с абсолютно покоящимися телами?
Это -- трудные вопросы, и создатели классической механики но могли дать на них удовлетворительные ответы. Несмотря на это, вряд ли можно переоценить значение вклада, который они внесли в решение этих вопросов. Этот вклад заключался прежде всего в открытии принципа относительности ньютоновской механики. Галилей и Ньютон понимали, что по отношению к механическим опытам системы отсчета, движущиеся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, совершенно равноправны. В «Математических началах натуральной философии» Ньютон отчетливо сформулировал этот принцип как пятое следствие из трех законов движения. В то же время в классической механике используются в качестве фундаментальных понятий абсолютное пространство и абсолютное время. Согласно Ньютону, наряду с относительным движением тел, существует абсолютное движение, которое можно обнаружить по силам, возникающим в системе при ее ускорении относительно абсолютного пространства. В качестве примера, подтверждающего целесообразность введения понятия абсолютного пространства, Ньютон приводил следующий эксперимент.
Ведерко привязывают к веревке и веревку закручивают. Затем наливают в ведерко воду и предоставляют веревке возможность раскручиваться. Вначале, когда вода еще не успела прийти в движение и ее скорость относительно стенок ведерка велика, форма поверхности воды плоская. В дальнейшем, когда движение воды относительно ведерка исчезает, вода поднимается вдоль стенок и ее поверхность принимает форму параболоида вращения. Ньютон считал, что причиной этого является вращение воды по отношению к абсолютному пространству. Согласно Ньютону, изменения вида поверхности не происходило бы, если бы ведро с водой оставалось неподвижным в абсолютном пространстве, а все окружающие ведро тола вращались.
С этой точки зрения преимущество гелиоцентрической системы над геоцентрической заключается в том, что Солнце движется практически равномерно и прямолинейно в абсолютном пространстве, а Земля движется в нем ускоренно.
Принцип относительности не позволяет установить механическими опытами ту идеальную систему отсчета, с которой можно связать абсолютное пространство. Поэтому концепция абсолютного пространства оказывается весьма неопределенной. Привилегированная система отсчета мыслится не связанной с конкретными материальными телами н относится к «пустому» пространству. Выход из этой неудовлетворительной ситуации может заключаться в предположении, что преимущественная, абсолютно покоящаяся система отсчета все же определяется какой-либо материей, например эфиром, и может быть обнаружена немеханическими, прежде всего оптическими опытами, поскольку предполагалось, что свет распространяется в эфире, заполняющем пространство и покоящемся в нем. Но надежды обнаружить абсолютно неподвижный эфир не оправдались. К началу XX в. стало ясно, что принцип относительности не ограничивается механикой. Равномерное и прямолинейное движение системы отсчета не может быть обнаружено никакими опытами, проводимыми внутри данной системы отсчета. Это означает, что представление об абсолютном пространстве потерпело крах. Этот крах стал окончательным в теории относительности, сделавшей понятия абсолютного времени и абсолютной протяженности бессмысленными;
ход часов и линейные размеры предметов в направлении их движения зависят от выбора системы отсчета, даже если все системы совершенно равноправны и перемещаются по отношению друг к другу равномерно, прямолинейно.
Однако, отказавшись от абсолютного пространства, мы отказываемся и от ньютоновского решения вопроса о причине преимущества системы Коперника над системой Птолемея. Решая вопрос об абсолютном покое отрицательно, мы вновь поднимаем вопрос о том, есть ли более глубокое основание того предпочтения, которое мы отдаем гелиоцентрической системе, чем ее простота. Если ускорение системы отсчета имеет смысл лишь по отношению к другой системе отсчета, а не по отношению к абсолютному пространству, то не означает ли это, что в принципе все системы отсчета равноправны и что только из соображений удобства мы предпочитаем пользоваться системой Коперника?
Именно такой подход к решению проблемы был предложен Махом, который вслед за Лейбницем и Беркли подверг критике ньютоновское представление об абсолютном пространстве с позиций субъективного идеализма. По мнению Маха, вода в опыте с ведерком движется ускоренно по отношению к Земле, а также по отношению к центру масс всех тел Вселенной. Если бы ведерко было неподвижным, а вращались окружающие его тела, результат был бы тот же, что и при вращении ведерка. Поэтому, считает. Мах, не существует объективных основании для того, чтобы отдавать предпочтение какой-либо одной из двух систем отсчета, движущихся друг относительно друга с ускорением. В системе Коперника наблюдаемые явления описываются лишь более экономным образом. Вопрос об истинности или ложности того или иного воззрения, связанного с выбором системы отсчета, Мах объявляет антинаучным.
В действительности же существует веское основание отдавать предпочтение гелиоцентрической системе перед геоцентрической. Дело в том, что законы ньютоновской механики сформулированы для инерциальных систем отсчета, а гелиоцентрическая система ближе к инерциальной, чем геоцентрическая. Это вполне соответствует воззрениям Ньютона, который связывал инерциальную систему с абсолютным пространством. Мы же сейчас склонны считать первый закон механики определением инерциальной системы отсчета, а не утверждением, определяющим характер движения невзаимодействующего тела по отношению к абсолютному пространству. Поэтому с современной точки зрения изменение формы поверхности воды во вращающемся ведерке не является свидетельством в пользу идеи неподвижного абсолютного пространства, а говорит лишь о том, что система отсчета, которую можно связать с вращающимся ведерком, не является инерциальной. Точно так же маятник Фуко сохраняет плоскость колебаний не по отношению к абсолютному пространству, а по отношению к инерциальной системе отсчета. Земля вращается вокруг своей оси, и плоскость колебаний маятника поворачивается относительно Земли.
С точки зрения общей теории относительности понятие инерциальной системы отсчета является приближенным. При наличии тяготеющих масс и связанных с ними неоднородных полей тяготения никакая система отсчета не может быть инерциальной во всем пространстве и в любой момент времени. Это, однако, никак не влияет на вопрос об отношении систем Коперника и Птолемея. То обстоятельство, что понятие инерциальной системы отсчета оказалось приближенным, не отрицает и не противоречит тому, что система отсчета, связанная с Солнцем, ближе к инерциальной, чем земная. Исследование конкретных задач всегда связано с идеализацией; такой необходимой идеализацией является, в частности, отождествление некоторой реальной системы тел с инерциальной системой отсчета.
Система отсчета, связываемая с Солнцем, отличается от инерциальной системы прежде всего потому, что Солнце совершает круговое движение в галактическом диске со скоростью около 300 км/с. Так как расстояние от Солнца до центра Галактики составляет приблизительно 3·1017 км, то центростремительное ускорение солнечной системы очень мало (~3·10-10 м/с2).
Инерциальную систему отсчета можно с очень высокой степенью точности связывать с далекими звездами и галактиками, а также с микроволновым фоновым излучением, открытым в 1965 г. А. Пензиасом и Р. Вильсоном. Это равновесное излучение с температурой 2,7 К и плотностью 0,25 эВ/см3 (приблизительно 400 фотонов в 1 см3) явилось важным свидетельством в пользу гипотезы о «горячем» прошлом Вселенной, поскольку оно представляет собой остаток (реликт) сверхплотного и горячего состояния Вселенной, когда все ее вещество существовало в виде дозвездной, догалактической плазмы, взаимодействующей с фотонами. Гипотеза «горячей Вселенной» была сформулирована в 1946 г.; он же предсказал существование микроволнового электромагнитного излучения, отделившегося от вещества через несколько сотен тысяч лет после начала расширения Вселенной и называемого обычно реликтовым.
Пензиас и Вильсон сразу же обнаружили, что интенсивность микроволнового излучения практически одна и та же во всех направлениях (излучение изотропно). В, дальнейшем этот факт был подтвержден с очень высокой степенью точности. Эта изотропия имеет место в определенной системе отсчета. Наблюдатель, движущийся относительно этой системы отсчета, регистрирует повышенную интенсивность излучения в направлении своего движения и пониженную в противоположном направлении. Благодаря движению Земли вокруг своей оси, должно наблюдаться изменение интенсивности излучения с периодом 24 ч. Этот эффект дает возможность измерить скорость Земли относительно системы отсчета, в которой изотропно реликтовое излучение. Так как скорость Земли относительно Солнца известна (300 км/с), то эффект дает возможность оценить скорость солнечной системы относительно излучения. Зная скорость Солнца в галактическом диске, можно найти скорость Галактики относительно микроволнового фона.
Эксперименты, в которых была обнаружена анизотропия фонового излучения с периодом 24 ч, позволили определить, что скорость Солнца по отношению к реликтовому фону составляет величину около 400 км/с. Направление этой скорости противоположно направлению орбитальной скорости Солнца вокруг центра Галактики, поэтому скорость Галактики относительно фона оценивается величиной около 700 км/с.
Существование системы отсчета, выделенной в процессе эволюции Вселенной, не противоречит принципу относительности. Оно лишь означает подтверждение высокой степени однородности и изотропности Вселенной, позволяющее фиксировать систему отсчета, не имеющую сколько-нибудь заметных отклонений от инерциальности.
Какие выводы можно сделать из всего изложенного в третьей и четвертой главах для преподавания физики в школе? Ведь учащиеся приходят к нам, уже хорошо усвоив относительность понятий «верх» и «низ» и с твердым знанием того, что Земля имеет форму шара и вращается вокруг Солнца, так что нам не приходится преодолевать здесь какие-либо сложившиеся неверные представления. Может, однако, возникнуть ситуация, когда обращение к старым воззрениям окажется полезным. Дело в том, что человек, усвоивший современный взгляд на мир, подчас воспринимает старые представления не как естественный этап на пути познания природы, а как нечто нелепое и далекое от науки. Такая точка зрения приводит к абсолютизированию всех сложившихся у такого человека представлений и препятствует усвоению им новых для него теорий (например, теории относительности, квантовой механики). Поэтому мы хотели подчеркнуть, что система Птолемея была научной системой, как и представление об абсолютном пространстве было научным представлением. Если учащийся внутренне сопротивляется восприятию новых для него идей, то полезно напомнить ему о том, как в раннем детстве ему было трудно усвоить относительность понятий «верх» и «низ» и с каким колоссальным трудом и жертвами отстаивала свою правоту гелиоцентрическая система.
5. Механика Аристотеля и механика Ньютона
В учении Аристотеля (384--322 гг. до н. э.), считавшемся непререкаемой истиной вплоть до XVI в., содержалось четкое представление о том, что требует и что не требует объяснения. Считалось, что тело, находящееся на поверхности Земли, должно покоиться и это его естественное состояние не требует объяснения. Естественным и не требующим объяснения также считалось падение тела на поверхность Земли под действием тяжести. Чем тяжелее тело, тем больше скорость его падения, причем по мере приближения к Земле тяжесть может увеличиваться. Движение же тела вверх или в горизонтальном направлении считалось «насильственным» и требующим объяснения. В механике Аристотеля причиной таких движений являются силы: скорость тела прямо пропорциональна приложенной силе и обратно пропорциональна сопротивлению среды. Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие.
Движение тела вертикально вверх после вызвавшего это движение толчка последователи Аристотеля объясняли «напором воздуха»: воздух выталкивается движущимся телом, обтекает его и толкает его сзади. Движение звезд и планет приходилось объяснять еще более таинственным образом, вводя теологическое представление о неподвижном перводвигателе.
С нашей современной точки зрения эти рассуждения носят совершенно схоластический характер. Но сторонников подобных взглядов не смущало то, что их идеи чисто интуитивны, надуманны и не проверены практикой. Им казалось, что важно дать причинное объяснение явлению, важно, чтобы явление было «понятно»; свою задачу древние и средневековые философы видели в том, чтобы выяснить, почему происходит то или иное явление. А вот опыту, изучению того, что и как происходит, внимания не уделялось; считалось достаточным поверхностное наблюдение.
С точки зрения последователей Аристотеля, механика Галилея -- Ньютона была бы совершенно непонятной и воспринималась бы как явно противоречащая повседневному опыту. Непонятным и противоречащим «здравому смыслу» было бы для них, например, утверждение, что все тела падают на поверхность Земли с одинаковой скоростью, если падение происходит с одинаковой высоты. Кто и где наблюдал, чтобы металлический шарик и перышко падали с одинаковой высоты за одно и то же время? Разве не справедливо, что 'вся механика Галилея -- Ньютона основана на идеализациях, а механика Аристотеля исходит из того, что есть «на самом деле», из тех естественных условий, которые существуют на Земле? Так утверждали бы люди, стоящие на позициях механики Аристотеля. В рамках такого взгляда механика Галилея -- Ньютона никак не может быть истолкована; с аристотелевской точки зрения она не объяснима и не оправдана.
Все дело, однако, в том, что она не нуждается ни в каких оправданиях. Как писал К. Маркс, «научные истины всегда парадоксальны, если судить на основании повседневного опыта, который улавливает лишь обманчивую видимость вещей» 9. «Непонятная» механика Галилея -- Ньютона с ниоткуда не вытекающим принципом инерции соответствует опыту (разумеется, научному, а не поверхностным повседневным наблюдениям), а механика Аристотеля -- нет. Точнее, механика Галилея -- Ньютона описывает с единой точки зрения несравненно более широкий круг явлений, чем механика Аристотеля. Последняя оказывается справедливой лишь для весьма узкого круга задач, причем рамки ее применимости указываются новой механикой. Конечно, попытка объяснения полета стрелы действием на нее воздуха надуманна и попросту нелепа с современной точки зрения. Однако утверждение, что скорость прямо пропорциональна силе и обратно пропорциональна сопротивлению среды при определенных условиях оказывается правильным (если иметь в виду не равнодействующую всех сил, приложенных к телу, включая силу сопротивления, а силу в более узком, аристотелевском смысле).
Рассмотрим свободное падение тела. С современной точки зрения на падающее тело действуют сила тяжести mg, прямо пропорциональная массе т, и сила сопротивления воздуха. Приняв силу сопротивления прямо пропорциональной скорости тела v, получим уравнение движения в виде:
mdv/dt=mg-rv,
где dv/dt -- ускорение, a r -- коэффициент сопротивления. Решение этого уравнения с учетом того, что начальная скорость падения равна нулю, имеет вид:
v=(mg/r)(1-e-rt/m)
Если отношение r/m не слишком мало, то по прошествии достаточно большого промежутка времени t с момента начала движения второй член в скобке станет пренебрежимо малым по сравнению с единицей. Тогда
v=mg/r,
т. е. скорость прямо пропорциональна силе тяжести, что соответствует основному утверждению Аристотеля.
Таким образом, механику Аристотеля нельзя считать простой бессмыслицей и отмахиваться от нее как от явного заблуждения. Более того, основываясь только на наблюдении падения тел в воздухе, нелегко решить, какая точка зрения справедлива. Утверждение Галилея, что все тела при падении имеют одинаковую скорость, получается из общего решения задачи в другом предельном случае, когда rt/m<<1. При выполнении этого условия можно приближенно записать:
e-rt/m?1- rt/m
Следовательно,
v=(mg/r)(1-1+rt/m)=gt.
Итак, если rt/m>>1, то v=mg/r, и прав Аристотель; если же rt/m<<1, то v=qt, и прав Галилей.
В первом случае при r=0 получаем v=?, т. е. при отсутствии сопротивления тело имеет бесконечно большую скорость, и, следовательно, одновременно находится во всех точках пространства, что абсурдно. Отсюда во времена Аристотеля делали вывод о невозможности пустоты. Именно поэтому первые опыты по получению вакуума вызывали насмешки, представлялись наивными попытками сделать то, что заведомо сделать нельзя. И действительно, невозможность пустоты является логически безупречным выводом из ... совершенно неверных (с нашей современной точки зрения) посылок. Когда же был получен вакуум, стала возможной строгая проверка истинности концепции Галилея. В соответствии с этой концепцией, именно в вакууме все тела падают с абсолютно одинаковыми ускорениями. Опыт с толами, падающими в вакууме, был проведен Ньютоном и заключался в том, что золотая монета и птичье перо падали одновременно в длинной стеклянной трубке, из которой был выкачан воздух. Время падения тел было одинаковым, и это дало решающий довод в пользу концепции Галилея. Концепцию Галилея не следует непременно рассматривать как предельный случай больших масс; ее можно получить непосредственно из основного уравнения механики, когда r=0 и dv/dt=g.
Галилей, в отличие от Аристотеля, сумел увидеть за внешней стороной явления основное, выявить главное, общее и отвлечься от несущественного, случайного -- от сил сопротивления. Аристотелевский случай осуществляется при rt/m>>1, так что имеет место своего рода соответствие: в некотором продельном случае более общая механика дает результат механики Аристотеля. При этом, однако, на первый план выступает сопротивление воздуха, что только препятствует проявлению основного закона, затемняет истинную картину явления, в котором основную роль играет сила тяжести.
Еще раз подчеркнем, что, хотя механика Галилея -- Ньютона построена на прочной экспериментальной основе, принять ее результаты оказалось очень нелегко. В связи с этим представляет большой интерес заблуждение M. В. Ломоносова, которое обсуждал академик П. Л. Капица в своей речи, произнесенной в ноябре 1961 г. на общем собрании отделения физико-математических наук АН СССР, посвященном 250-летию со дня рождения Ломоносова 10.
Как это ни удивительно, но великий ученый, ставивший во главу изучения природы опыт, ученый, совмещавший в себе мыслителя и экспериментатора, в течение нескольких лет упорно боролся против закона пропорциональности массы тела и его веса. В середине XVIII в. такого рода взгляд, отрицающий универсальную связь массы и веса, уже был явным анахронизмом. Пропорциональность массы и веса была установлена к концу XVII в. не только опытами с падающими телами, но и опытами с маятниками. Такие опыты ставил ещё Галилей. Наблюдая колебания двух маятников одинаковой длины, но с грузами из разных веществ (свинца и пробки), Галилей установил, что маятники всегда колеблются строго изохронно. Позднее Ньютон, исходя из аналогичных опытов, нашел, что пропорциональность веса и массы выполняется с точностью до одной тысячной. Ломоносов не знал или не понимал значения этих опытов и пытался в этом случае постичь истину в отрыве от эксперимент, исходя из интуитивных и общефилософских соображений.
Рис. 3. В верхней точке «мертвой петли» на шарик действуют две силы: сила тяжести FТ и сила реакции опоры Q, направленные вниз.
Этот пример показывает, что история развития науки -- это не только история великих достижений, но и великих заблуждений. Изучение науки -- не только познание нового, но в ряде случаев -- преодоление заблуждений. Каждый изучающий физику в той или иной мере сталкивается с необходимостью отказываться от распространенных представлений, порожденных повседневным житейским опытом, на области, в которых они не могут быть применены, хотя это далеко не очевидно. В особенности трудно преодолеть желание выяснить причину непонятного явления в случаях, когда причинное объяснение невозможно.
Рассмотрим простой пример. Пусть шарик скатывается без трения по изогнутому желобу с некоторой высоты, достаточной для того, чтобы шарик не покинул желоб на всей его длине (рис. 3). В верхней точке петли на шарик действуют две силы -- сила тяжести и сила давления желоба. Обе силы направлены вниз. Даже в аудитории, состоящей из людей, изучивших школьный курс физики, как правило, кто-нибудь задает вопрос: почему же шарик в верхней точке траектории не падает вниз, если обе силы направлены вниз? Ответ сводится к разъяснению фундаментальных законов Ньютона, приводящих к следующим представлениям: тело не обязано двигаться в направлении силы, если оно обладает скоростью в ином направлении; равнодействующая приложенных к телу сил определяет ускорение, но не скорость; силы изменяют движение, и благодаря их воздействию шарик движется по окружности, а не по прямой; шарик давит на желоб, так как по третьему закону Ньютона сила, действующая на шарик со стороны желоба, равна силе, действующей на желоб со стороны шарика. Таким образом, на основании законов Ньютона мы даем полное объяснение явлению. Это объяснение не носит, однако, причинного характера, потому что мы не можем указать ту силу, то воздействие со стороны других тел, которое прижимает шарик к желобу (такой силы не существует). Поэтому для человека, недостаточно овладевшего законами механики, оно часто бывает неубедительным. Ему понятней такое «объяснение»: шарик прижимается к желобу центробежной силой (силой инерции). Большинство удовлетворяется этим ответом, так как центробежная сила есть нечто знакомое, привычное (то, что мы ощущаем при повороте транспорта или на «чертовом колесе», наблюдаем при работе центрифуги и т. д.). Однако в словах «центробежная сила», разумеется, тоже нет никакого причинного объяснения. Центробежная сила -- это не сила в обычном понимании этого слова. Иногда ее называют «фиктивной» силой, имея в виду, что она не связана с непосредственным действием одного тела на другое. Этот термин, однако, неудачен, так как действие этой «силы» в ускоренно движущейся системе отсчета вовсе не является фиктивным; оно вполне реально и ощутимо. Центробежная сила и силы инерции вообще -- это «квазисилы»: не являясь силами, они подобны им по своему действию. Сила инерции есть проявление ускоренного движения системы отсчета, ее неинерциального характера. Утверждая, что шарик прижимается к желобу центробежной силой, мы рассматриваем движение шарика в неинерциальной системе отсчета и даем, с точки зрения современной механики, более сложное объяснение явления, чем в том случае, когда ссылаемся на законы Ньютона, сформулированные для инерциальной системы.
Аналогично мы можем сказать, что вес тела на экваторе меньше силы притяжения тела к Земле из-за действия центробежной силы инерции, вызванной ускоренным движением Земли (ее вращением вокруг своей оси). Однако в этих словах нет никакого причинного объяснения уменьшения веса тела на экваторе. Объяснение с помощью квазисилы вполне эквивалентно утверждению, что вес вовсе не должен и не может быть равен силе притяжения к Земле, когда тело движется ускоренно, а должен, в соответствии со вторым законом Ньютона, отличаться от силы тяготения на величину произведения массы тела на его ускорение. Это не причинное объяснение; требование указать внешнее воздействие, уменьшающее вес ускоренно движущегося тела, является порождением догалилеевского понимания движения.
В методике преподавания физики вопросы изложения основных принципов механики разрабатывались неоднократно и достаточно детально. Однако преодоление в сознании учащихся аристотелевских представлений о движении и силе является сложнейшей задачей для каждого учителя физики. Для успешного усвоения первого и второго законов Ньютона от учащихся требуется способность отвлечься от частного, внешнего, несущественного (чем в данном случае является трение, сопротивление движению в земных условиях) и увидеть главное -- наличие движения по инерции, роль силы как причины ускорения. Формальное изложение законов Ньютона без анализа этих трудностей обычно не приводит к желаемому результату. Обращение к историческому значению открытия Галилея и Ньютона и противопоставление новой механики веками державшимся взглядам античной механики представляется необходимым для глубокого усвоения современных законов движения,
6. Теплота и внутренняя энергия
Причинами ошибочных воззрений, которые приходилось и приходится преодолевать ученым в ходе развития науки, а также учащимся в процессе ее изучения, нельзя считать отсутствие наблюдательности, нелюбознательность или недостаток сообразительности. Напротив, наблюдательность позволяет подметить необычное в природе, любознательность -- заинтересоваться им, а сообразительность -- высказать предположение о его причине. Пусть в силу, ограниченности опыта предположение оказалось неверным; лучше ошибка, чем равнодушие и нежелание мыслить самостоятельно.
Представление о теплороде, или флогистоне, как о сохраняющейся субстанции, которая переходит от одного тела к другому, является одним из самых одиозных (с современной точки зрения) заблуждений, противоречащим основному принципу термодинамики -- ее первому началу. Однако в свое время введение представления о теплороде было большим достижением, так как оно позволило провести четкую грань между количеством теплоты и температурой. Необходимость введения меры количества теплоты, отличной от температуры, ощущалась в середине XVIII века Ламбертом и Рихманом. Но четкое разграничение понятий количества теплоты и температуры было впервые дано Джозефом Блэком в 70-х годах XVIII в. На основе этого разграничения Блэк ввел понятия скрытой теплоты плавления и кипения, что составляет его особую заслугу перед наукой. Современная термодинамика, отбросив представление о теплороде, сохранила понятие количества теплоты, переходящего от одного тела к другому. Более того, изучение ограниченного круга явлений (нагревание твердых тел и жидкостей, плавление и парообразование) приводит к представлению о сохранении теплоты.
Изучающие физику и сейчас с удивлением узнают, что сообщение газу некоторого количества теплоты не должно непременно приводить к повышению температуры, а изменение температуры не всегда свидетельствует о теплообмене. Так что нет ничего странного в том, что нагревание вещества при трении пытались в свое время объяснять выделением теплорода вследствие сжатия тел. Аналогично нагревание газа при сжатии объяснялось уменьшением теплоемкости, т. е. ее зависимостью от объема. С современной точки зрения эти объяснения выглядят совершенно фантастическими, но до тех пор, пока не было показано их противоречие опыту, они представлялись разумными гипотезами. Впрочем, даже опыт, явно противоречащий теплородным воззрениям, не привел к немедленному краху теории теплорода.
Для развития науки вообще характерно, что старые представления не отмирают сразу же после того, как только выявилось их противоречие опыту или возникли трудности в объяснении новых данных. Попытки понять новые факты в рамках старой схемы при помощи мысленных построений, иногда весьма остроумных, продолжаются иногда в течение долгого времени после создания новой теории.
Когда на рубеже XVIII и XIX вв. Румфорд и Дэви экспериментально показали, что изменение теплоемкости не может объяснить нагревание тел при трении, их опыты не были сочтены достаточно убедительными, чтобы можно было отказаться от теории теплорода и принять механическую теорию теплоты.
Явно не укладывающимся в рамки теории теплорода был также опыт Гей-Люссака, поставленный в 1807 г. Гей-Люссак показал, что расширение газа в пустоту не приводит к поглощению тепла: при переходе газа из одного баллона в другой, равный первому по объему и первоначально пустой, понижение температуры газа, остающегося в первом баллоне, равно повышению температуры газа, переходящего во второй баллон. Таким образом, для расширения газа самого по себе (когда не совершается работа) не требуется никакой затраты тепла. Однако никаких решающих выводов из результата своего опыта Гей-Люссак не сделал.
Значение опыта Гей-Люссака было правильно понято лишь в 40-х годах XIX в. Р. Майером. Не для расширения газа самого по себе требуется затрата теплоты, а для совершения работы. Если газ при расширении (без подвода тепла) совершает работу, то его температура понижается; если же расширение происходит в пустоту, то температура остается неизменной. Майер показал, что теплоемкость газа зависит от условий нагревания газа и что различие в теплоемкостях при постоянном объеме и постоянном давлении определяется работой, совершаемой газом в последнем случае.
История развития представления о теплоте как форме передачи энергии и его подтверждения количественными экспериментами, среди которых выделяются блестящие эксперименты Джоуля, хорошо известна и описана в ряде книг. Наша цель состоит в выявлении тех ее аспектов, которые имеют важное значение для методики преподавания физики. Подчеркнем лишь, что уже после опубликования работ Майера и Джоуля прошло еще несколько лет, прежде чем физики, и в частности Гельмгольц (1847), поняли всю важность принципа эквивалентности работы и теплоты и пришли к закону сохранения и превращения энергии. В 1850 г. Клаузиус, введя понятие внутренней энергии, придал закону сохранения энергии точную математическую форму -- форму первого начала термодинамики.
О молекулярно-кинетической теории часто говорят как о «механической теории теплоты». Атомы и молекулы вещества беспорядочно движутся и взаимодействуют друг с другом, и внутреннюю энергию макроскопической системы можно определить как суммарную механическую энергию микроскопических частиц, составляющих эту систему. Нагревание системы вследствие трения при совершении механической работы можно истолковать как превращение энергии макроскопического механического движения в энергию беспорядочного движения микрочастиц -- атомов и молекул. Однако понимание внутренней энергии как чисто механической энергии неверно, так как тепловое движение присуще только совокупности очень большого числа молекул.
Обычное представление о механической энергии как «способности совершать работу» для случая внутренней энергии также не всегда применимо и может привести к ошибочным выводам. Энергия определяется в механике как величина, которая является функцией состояния тела или системы тел и изменение которой измеряется работой, совершаемой над телом. Опытной основой введения понятия энергии является тот факт, что при заданных начальном и конечном состояниях тела совершенная над ним работа будет всегда одной и той же, независимо от способа ее совершения. Аналогично вводится и понятие внутренней энергии. Изучение взаимосвязи механической работы и теплоты, в особенности знаменитые опыты Джоуля, показало, что при отсутствии потерь тепла (т. е. в случае адиабатически изолированной системы) совершение механической работы заданной величины всегда вызывает определенное изменение состояния системы (например, повышение температуры на определенное число градусов), независимо от способа изменения состояния. Именно этот факт позволяет ввести понятие внутренней энергии как величины, изменение которой при адиабатическом процессе равно совершаемой над системой работе. Если система (газ) совершает работу (расширяется) при адиабатическом процессе, то внутренняя энергия и, следовательно, температура газа уменьшаются. В этом смысле и внутренняя энергия характеризует «способность совершать работу». Однако если мы обратимся ко второму началу термодинамики, то немедленно выявим крайнюю ограниченность такого понимания внутренней энергии. По отношению к механической энергии (кинетической иди потенциальной) предполагается, что, чем больше эта энергия, тем большую работу тело или система способны совершить и что всегда можно получить работу, заставив тело перейти из некоторого начального состояния в любое конечное состояние с меньшей энергией. В случае внутренней энергии положение существенно иное.
Второе начало термодинамики утверждает, что невозможен такой периодический процесс, единственным результатом которого является совершение положительной работы за счет охлаждения одного тела без каких-либо иных изменений в телах. В соответствии с этим невозможно осуществить периодически действующее устройство (вечный двигатель второго рода), которое бы совершало работу только за счет уменьшения внутренней энергии одного тела. Энергия упорядоченного движения -- механическая энергия может быть полностью превращена в энергию беспорядочного движения -- энергию движения частиц. Обратный процесс -- процесс превращения теплоты в работу -- неминуемо сопровождается дополнительными изменениями, так как часть тепла отдается холодильнику. В связи с этим говорят, что процесс превращения механической энергии во внутреннюю необратим.
Из сказанного следует, что работа, которую способна совершать некоторая система, но определяется однозначно значением ее внутренней энергии. При превращении теплоты в механическую работу важно не количество внутренней энергии и не температура источника энергии (нагревателя), а разность между температурами нагревателя и холодильника. Существование необратимых процессов, наряду с необходимостью введения самого понятия температуры, свидетельствуют о невозможности сведения учения о теплоте к механике и, в частности, понятия внутренней энергии к чисто механической энергии.
Существование необратимых процессов означает, что внутренняя энергия, связанная с беспорядочным (тепловым) движением частиц, занимает исключительное положение среди различных видов энергии. Механическая, электрическая, химическая энергии могут быть целиком превращены во внутреннюю энергию. Осуществить же полностью обратное превращение энергии оказывается невозможным. Возможность использования энергии нагретого тела для совершения работы зависит от того, насколько температура этого тела отличается от температуры окружающей среды, температуры холодильника. В работу превращается не вся внутренняя энергия, а ее часть, называемая свободной энергией. Разность между значениями внутренней и свободной энергии есть связанная энергия, являющаяся практически бесполезной. Отношение связанной энергии к абсолютной температуре тела называется его энтропией. При потере свободной энергии изолированной системой, внутренняя энергия которой постоянна, энтропия системы возрастает. Это имеет место при любом необратимом процессе в изолированной системе -- при теплопроводности, при торможении движущегося тела трением и т. д. Таким образом, «способность совершать работу» характеризует не внутренняя, а свободная энергия, а «неспособность совершать работу» можно охарактеризовать энтропией.
Мы видим, что теория теплоты не сводится к механике, хотя и исходит из представления о беспорядочном движении частиц вещества; тепловое движение -- это качественно иная форма движения по сравнению с механической. Такой взгляд установился в физике далеко не сразу, он утвердился в результате упорной борьбы с так называемым энергетизмом. Представители этого направления в науке (В. Оствальд, Г. Гельм, Э. Мах) отрицали реальность атомов и молекул и, следовательно, толкование внутренней энергии как энергии беспорядочного движения частиц вещества. Более того, гипотеза о молекулярном движении и развитие соответствующих математических методов для вычисления характеристик этого движения считались сторонниками энергетизма не только бесполезными, но даже вредными для развития науки. Представители энергетизма отрицали наличие у внутренней энергии особых свойств (в сравнении с другими видами энергии); они не считали существенным для второго начала термодинамики понятие необратимости и не признавали фундаментального различия между обратимыми и необратимыми процессами, введенного Клаузиусом. Оствальд и его последователи утверждали, что переход тепла от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой аналогичен опусканию тела с большей высоты на меньшую в поле тяготения, т. е. проводили аналогию процесса теплопроводности с обратимым механическим процессом. С помощью этой аналогии они опровергали существование абсолютного нуля температуры, указывая, что измерять можно только разности температур, как разности высот, а но абсолютную высоту.
Против таких взглядов, в защиту атомистической теории и принципа возрастания энтропии при необратимых процессах наиболее активно и результативно выступал Л. Больцман. Именно Больцман в 1871 г. ввел в теорию газов основное различие между тепловыми и чисто механическими явлениями, указав, что теория газов основана не только на законах механики, но и на статистических закономерностях, которым подчиняются системы, состоящие из очень многих частиц. В частности, при тепловом равновесии молекулы беспорядочно двигаются с разными скоростями, по макроскопические характеристики газа остаются постоянными, если средние значения скорости и энергии молекул не изменяются. Позднее Больцман открыл статистический смысл энтропии, обнаружив связь этой величины с вероятностью состояния системы; он показал, что возрастание энтропии при необратимых процессах соответствует увеличению вероятности состояния с приближением системы к равновесию. До работ Больцмана было неясно, как необратимость процессов может быть отражена в теории газов, и это было серьезным затруднением кинетической теории теплоты.
Победа новых представлений о теплоте, утверждающих принципиальное отличие тепловых процессов от чисто механических, была, разумеется, неизбежной, но далеко но легкой. Макс Планк, который называл себя «секундантом Больцмана» в этой борьбе с крупнейшими авторитетами науки второй половины XIX -- начала XX в., писал, что на примере этой борьбы он смог установить «замечательный факт. Обычно новые научные истины побеждают не так, что их противников убеждают и они признают свою неправоту, а большей частью так, что противники эти постепенно вымирают, а подрастающее поколение усваивает истину сразу»22.
Итак, современные взгляды на теплоту и внутреннюю энергию получили признание после преодоления теплородных воззрений и попыток свести тепловую форму движения к механическому движению. Соответственно и в процессе преподавания молекулярной физики и термодинамики мы сталкиваемся с двумя трудностями: рецидивами теплородных. представлений (мнением, что теплота может быть «запасена» в толе, непониманием различия между теплотой и внутренней энергией) и упрощенным восприятием второго начала термодинамики. Преодоление первой трудности может быть достигнуто подробным анализом содержания опыта Джоуля и следующего из него вывода об эквивалентности теплоты и работы, что должно привести к формулировке первого начала термодинамики для адиабатического процесса. Эффективным является и другой путь: введение понятия внутренней энергии из соображений молекулярно-кинетической теории и подведение учащихся на этой основе к выводу о связи работы, совершающейся при расширении газа, с изменением его внутренней энергии. Какой бы из этих путей ни был выбран (формулировка первого начала как обобщения опытных данных или же представление его как следствия молекулярно-кинетической теории), учащимся должно быть ясно как опытное, так и теоретическое обоснование первого начала.
Что касается второго начала термодинамики, то для обычного школьного курса физики достаточно рассмотрения вопроса о предельном значении коэффициента полезного действия тепловой машины и указания на невозможность создания тепловой машины с КПД, равным единице.
7. Теория электричества и эфир
«Неспециалист полагает, пожалуй, что к уже открытым основным законам и причинам явлений добавляют все новые и что знания о природе развиваются таким непрерывным образом. Такое представление -- ошибочно. Теоретическая физика развивалась почти всегда скачкообразно. Часто какая-нибудь теория развивалась десятилетиями и даже столетиями, предлагая довольно наглядную картину известного класса явлений. Затем обнаруживались новые явления, противоречащие этой теории, а попытки их согласовать оказывались тщетными. Возникала борьба между сторонниками старой и совершенно новой точкой зрения, пока последняя не побеждала в конце концов по всей линии. Раньше говорили, что старая теория оказалась ошибочной. Это звучит так, будто новая теория совершенно правильна, а старая, из-за ошибочности, была совершенно бесполезной. Чтобы избежать видимости обоих утверждений, теперь просто говорят, что новая теория лучше, дает более совершенную картину, более целесообразное описание фактов, чем старая. Этим ясно сказано, что и старая теория была полезной тем, что давала частичное отображение фактов, и что не исключена возможность вытеснения новой теории другой, в свою очередь, еще более целесообразной. Лучшей иллюстрацией этого может служить развитие теории электричества» 11. Так Л. Больцман характеризовал диалектический путь развития теоретических знаний.
Одной из основных проблем классической физики была проблема выбора между двумя противоположными концепциями взаимодействия тел -- дальнодействием и близкодействием. Концепция дальне действия предполагает, что взаимодействие (гравитационное, электрическое, магнитное) осуществляется на расстоянии, без посредства среды; согласно же принципу близкодействия взаимодействие тел осуществляется через реальную среду. В теории дальнодействия понятие поля носит совершенно формальный характер, а взаимодействие осуществляется мгновенно, без участия какого-либо процесса, который бы происходил в среде и характеризовался протяженностью во времени. Концепция близкодействия (точнее было бы говорить о концепции, связывающей взаимодействие тел с действием поля, поскольку, как указывает Зоммерфельд12, речь идет не о действии на близком расстоянии, а об участии в передаче взаимодействия промежуточной материальной среды) утверждает реальность силового поля и распространение взаимодействия с конечной скоростью.
...Подобные документы
Предпосылки возникновения квантовой теории. Квантовая механика (волновая механика, матричная механика) как раздел теоретической физики, описывающий квантовые законы движения. Современная интерпретация квантовой теории, взаимосвязь с классической физикой.
реферат [44,0 K], добавлен 17.02.2010Основные закономерности развития физики. Аристотелевская механика. Физические идеи средневековья. Галилей: принципы "земной динамики". Ньютоновская революция. Становление основных отраслей классической физики. Создание общей теории относительности.
реферат [22,0 K], добавлен 26.10.2007Принцип относительности Галилея. Связь между координатами произвольной точки. Правило сложения скоростей в классической механике. Постулаты классической механики Ньютона. Движение быстрых заряженных частиц. Скорость распространения света в вакууме.
презентация [193,4 K], добавлен 28.06.2013Геометрия и физика в теории многомерных пространств. Абсолютная система измерения физических величин. Бесконечности в теории многомерных пространств. Квантовая теория относительности. Сущность принципа относительности в теории многомерных пространств.
статья [216,5 K], добавлен 08.04.2011Возникновение теории относительности. Классическая, релятивистская, квантовая механика. Относительность одновременности событий, промежутков времени. Закон Ньютона в релятивистской форме. Связь между массой и энергией. Формула Эйнштейна, энергия покоя.
курсовая работа [194,5 K], добавлен 04.01.2016Анализ принципов относительности Галилея и Эйнштейна. Астрономический и лабораторный метод измерения скорости света. Преобразование Лоренца и его следствия. Релятивистская механика. Взаимосвязь массы и энергии покоя. Использование ядерных реакций.
презентация [8,7 M], добавлен 13.02.2016Основные принципы и законы в классической механике. Специальная теория относительности в пространстве и времени. Относительность одновременности. Изучение роли категории "пространство" и "время" в построении физической картины мира. Принцип инерции.
презентация [4,3 M], добавлен 11.06.2019Квантовая теория в ряду других современных физических теорий. Споры и дискуссии о реальности квантово-механических состояний. Необычайность свойств квантовой механики. Основные трактовки и интерпретации квантово-механической теории различными учеными.
реферат [41,8 K], добавлен 28.03.2011Система Аристотеля и механика Архимеда. Европейская механика в эпоху Позднего Средневековья и Возрождения. Инженерные проблемы, над которыми работал Леонардо Да Винчи. Механика XVII века: Галилей, Декарт, Ньютон. Принцип мысленного эксперимента.
курсовая работа [55,1 K], добавлен 30.06.2013Предмет физики и ее связь со смежными науками. Общие методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияния друг на друга. Успехи физики в течение последних десятилетий и характеристика ее современного состояния.
учебное пособие [686,6 K], добавлен 26.02.2008Изложение физических основ классической механики, элементы теории относительности. Основы молекулярной физики и термодинамики. Электростатика и электромагнетизм, теория колебаний и волн, основы квантовой физики, физики атомного ядра, элементарных частиц.
учебное пособие [7,9 M], добавлен 03.04.2010Сущность принципа относительности Эйнштейна, его роль в описании и изучении инерциальных систем отсчета. Понятие и трактовка теории относительности, постулаты и выводы из нее, практическое использование. Теория относительности для гравитационного поля.
реферат [14,5 K], добавлен 24.02.2009Законы механики и молекулярной физики, примеры их практического использования. Сущность законов Ньютона. Основные законы сохранения. Молекулярно-кинетическая теория. Основы термодинамики, агрегатные состояния вещества. Фазовые равновесия и превращения.
курс лекций [1,0 M], добавлен 13.10.2011Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна. Относительность движения по Галилею. Принцип относительности и законы Ньютона. Преобразования Галилея. Принцип относительности в электродинамике. Теория относительности А.Эйнштейна.
реферат [16,0 K], добавлен 29.03.2003Сравнение показаний неподвижных атомных часов, и атомных часов, летавших на самолете. Сущность и содержание теории относительности, свойства пространства и времени согласно ей. Гравитационное красное смещение. Квантовая механика, ее интерпретация.
презентация [393,5 K], добавлен 17.05.2014Теория атомно-молекулярного строения мира. Объекты микромира: электрон, фундаментальные частицы, фермионы, лептоны, адроны, атомом, ядром атома и молекула. Разработка квантовой механики и явлений микромира. Концепции микромира и квантовая механика.
реферат [35,9 K], добавлен 26.07.2010Бесконечное и неделимое. Обсуждение Галилеем природы пустоты и возможности ее присутствия в телах. Сходство его теории с идеями Н. Кузанского. Теория движения Галилея. Представитель физики импетуса Дж. Бенедетти. Изменение античного понятия материи.
реферат [35,7 K], добавлен 16.11.2013Основные концепции классической механики Ньютона: принципы относительности и инерции, законы всемирного тяготения и сохранения, законы термодинамики. Прикладное значение классической механики: применение в пожарной экспертизе, баллистике и биомеханике.
контрольная работа [29,8 K], добавлен 16.08.2009Краткая биография Исаака Ньютона. Явление инерции в классической механике. Дифференциальный закон движения, описывающий зависимость ускорения тела от равнодействующей всех приложенных к телу сил. Третий закон Ньютона: принцип парного взаимодействия тел.
презентация [544,5 K], добавлен 20.01.2013Законы квантовой механики, сущность и границы её применимости. Эффект Комптона и свойства света в период формирования новой физики. Волновая теория Бройля и ряд его крупнейших технических достижений. Теория теплового излучения и электромагнетизм.
реферат [36,5 K], добавлен 26.02.2012
