 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
73
Классическая механика Ньютона сыграла и играет до сих пор огромную роль в развитии
естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных
условиях, составляет основу для многих технических достижений в течение длительного времени.
На ее фундаменте формировались многие методы научных исследований в различных отраслях
естествознания. Во многом она определяла мышление и мировоззрение.
Вплоть до начала XX в. в науке господствовало механистическое мировоззрение, физическая
сущность которого заключается в том, что все явления природы можно объяснить движениями
частиц и тел. Примером большого успеха механистического представления физических процессов
можно считать разработку молекулярно-кинетической теории вещества, позволившей понять
тепловые процессы. В книге «Эволюция физики» А. Эйнштейн и Л. Инфельд (1898–1968) назвали
развитие кинетической теории вещества одним из величайших достижений науки,
непосредственно связанным с механистическим воззрением.
В основе классической механики лежит концепция Ньютона. Сущность ее наиболее кратко и
отчетливо выразил А. Эйнштейн: «Согласно ньютоновской системе физическая реальность
характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия
материальных точек). В ньютоновской концепции под физическими событиями следует понимать
движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами.
Материальная точка есть единственный способ нашего представления реальности, поскольку
реальное способно к изменению».
В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики, составляющие основной раздел
классической механики. Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются
(как и большинство физических законов) обобщением результатов огромного человеческого
опыта, о чем сам Ньютон образно сказал: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на
плечах гигантов». Законы Ньютона рассматривают обычно как систему взаимосвязанных законов.
Первый
закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не
заставит ее изменить это состояние.
Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения
называется инертностью, или инерцией. Поэтому первый закон Ньютона называют также законом
инерции.
Для количественной формулировки второго закона динамики вводятся понятия ускорения а,
массы тела m и силы F. Ускорением характеризуется быстрота изменения скорости движения тела.
Масса тела – физическая величина – одна из основных характеристик материи, определяющая ее
инерционные (инертная масса) и гравитационные (тяжелая или гравитационная
масса)
свойства. Сила
– это векторная величина, мера механического воздействия на тело со стороны
других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою
форму и размеры.
Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом),
пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки
(тела):
Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон
Ньютона можно получить из второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих
сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю.
Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие
второго закона, поскольку именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Взаимодействие между материальными точками (телами) определяется
третьим законом
Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер
взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны
по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки:
где F
12
– сила, действующая на первую материальную точку со стороны, второй; F
21
– сила,
действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным
материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.