Въведение

1. Законите на Нютон

1.1. Закон за инерцията (първи закон на Нютон)

1.2 Закон за движение

1.3. Закон за запазване на импулса (Закон за запазване на импулса)

1.4. Инерционни сили

1.5. Закон за вискозитета

2.1. Закони на термодинамиката

1. 
   Закон за гравитацията

3.2. Гравитационно взаимодействие

3.3. Небесна механика

1. 
   Силни гравитационни полета

3.5. Съвременни класически теории за гравитацията

Заключение

Литература

Въведение

Основните закони на физиката описват най-важните явления в природата и Вселената. Те позволяват да се обяснят и дори предскажат много явления. По този начин, разчитайки само на основните закони на класическата физика (законите на Нютон, законите на термодинамиката и др.), Човечеството успешно изследва космоса и изпраща космически кораби до други планети.

В тази работа искам да разгледам най-важните закони на физиката и техните взаимоотношения. Най-важните закони на класическата механика са законите на Нютон, които са достатъчни за описание на явления в макрокосмоса (без да се вземат предвид високите стойности на скоростта или масата, които се изучават в GTR - Обща теория на относителността или SRT - Специална теория на относителността.)

1. 
   Законите на Нютон

Законите на механиката на Нютон -три закона, лежащи в основата на т.нар. класическа механика. Формулиран от И. Нютон (1687). Първи закон: „Всяко тяло продължава да се поддържа в състояние на покой или равномерно и праволинейно движение, докато и освен ако не бъде принудено от приложени сили да промени това състояние.“ Втори закон: „Промяната в импулса е пропорционална на приложената движеща сила и се случва в посоката на правата линия, по която действа тази сила.“ Трети закон: „Едно действие винаги има еднаква и противоположна реакция, в противен случай взаимодействията на две тела едно върху друго са равни и насочени в противоположни посоки.“

1.1. Зако ́ n ine ́ дажби (Първи закон на Нов ́ тонове) : свободно тяло, върху което не действат сили от други тела, е в състояние на покой или равномерно линейно движение (концепцията за скорост тук се прилага към центъра на масата на тялото в случай на нетранслационно движение ). С други думи, телата се характеризират с инерция (от латинската инерция - „бездействие“, „инерция“), тоест феноменът на поддържане на скоростта, ако външните влияния върху тях се компенсират.

Отправните системи, в които е изпълнен законът за инерцията, се наричат ​​инерционни отправни системи (IRS).

Законът за инерцията е формулиран за първи път от Галилео Галилей, който след много експерименти заключава, че за да се движи свободно тяло с постоянна скорост, не е необходима външна причина. Преди това беше общоприета различна гледна точка (връщайки се към Аристотел): свободното тяло е в покой и за да се движи с постоянна скорост, е необходимо да се приложи постоянна сила.

Впоследствие Нютон формулира закона за инерцията като първия от трите си известни закона.

Принципът на относителността на Галилей: във всички инерционни отправни системи всички физически процеси протичат по един и същи начин. В референтна система, приведена в състояние на покой или равномерно праволинейно движение спрямо инерциална референтна система (условно „в покой“), всички процеси протичат точно по същия начин, както в система в покой.

Трябва да се отбележи, че концепцията за инерционна референтна система е абстрактен модел (определен идеален обект, разглеждан вместо реален обект. Примери за абстрактен модел са абсолютно твърдо тяло или безтегловна нишка), реалните референтни системи винаги са свързани с някакъв обект и съответствието на действително наблюдаваното движение на телата в такива системи с резултатите от изчислението ще бъде непълно.

1.2 Закон за движение - математическа формулировка за това как се движи едно тяло или как възниква по-общ вид движение.

В класическата механика на материална точка законът за движение представлява три зависимости на три пространствени координати от времето или зависимостта на една векторна величина (радиус вектор) от времето, под формата

Законът за движение може да бъде намерен, в зависимост от проблема, или от диференциалните закони на механиката, или от интегралните.

Закон за запазване на енергията - основният закон на природата, който гласи, че енергията на затворена система се запазва във времето. С други думи, енергията не може да възникне от нищото и не може да изчезне в нищо; тя може само да преминава от една форма в друга.

Законът за запазване на енергията се намира в различни клонове на физиката и се проявява в запазването на различни видове енергия. Например в класическата механика законът се проявява в запазването на механичната енергия (сумата от потенциалната и кинетичната енергия). В термодинамиката законът за запазване на енергията се нарича първи закон на термодинамиката и говори за запазване на енергията в допълнение към топлинната енергия.

Тъй като законът за запазване на енергията не се прилага за конкретни количества и явления, а отразява общ модел, който е приложим навсякъде и винаги, по-правилно е да го наречем не закон, а принцип за запазване на енергията.

Специален случай е Законът за запазване на механичната енергия - механичната енергия на една консервативна механична система се запазва във времето. Просто казано, при липса на сили като триене (разсейващи сили), механичната енергия не възниква от нищото и не може да изчезне никъде.

Ek1+Ep1=Ek2+Ep2

Законът за запазване на енергията е интегрален закон. Това означава, че се състои от действието на диференциалните закони и е свойство на тяхното комбинирано действие. Например, понякога се казва, че невъзможността за създаване на вечен двигател се дължи на закона за запазване на енергията. Но това не е вярно. Всъщност във всеки проект за вечен двигател се задейства един от диференциалните закони и именно той прави двигателя неработещ. Законът за запазване на енергията просто обобщава този факт.

Според теоремата на Ньотер законът за запазване на механичната енергия е следствие от хомогенността на времето.

1.3. Зако ́ n безопасно ́ Ния и ́ импулс (Зако ́ n безопасно ́ ния ако ́ качество на движение) заявява, че сумата от импулсите на всички тела (или частици) на затворена система е постоянна стойност.

От законите на Нютон може да се покаже, че при движение в празно пространство импулсът се запазва във времето, а при наличие на взаимодействие скоростта на изменението му се определя от сумата на приложените сили. В класическата механика законът за запазване на импулса обикновено се извежда като следствие от законите на Нютон. Този закон за запазване обаче е верен и в случаите, когато Нютоновата механика не е приложима (релативистка физика, квантова механика).

Като всеки закон за запазване, законът за запазване на импулса описва една от основните симетрии - хомогенността на пространството

Третият закон на Нютон обяснява какво се случва с две взаимодействащи тела. Да вземем за пример затворена система, състояща се от две тела. Първото тяло може да действа върху второто с определена сила F12, а второто може да действа върху първото със сила F21. Как се сравняват силите? Третият закон на Нютон гласи: силата на действие е равна по големина и противоположна по посока на силата на реакция. Нека подчертаем, че тези сили се прилагат към различни тела и следователно изобщо не се компенсират.

Самият закон:

Телата действат едно на друго със сили, насочени по една и съща права линия, еднакви по големина и противоположни по посока: .

1.4. Инерционни сили

Законите на Нютон, строго погледнато, са валидни само в инерциални отправни системи. Ако честно напишем уравнението на движение на тяло в неинерциална референтна система, тогава то ще се различава на външен вид от втория закон на Нютон. Често обаче, за да се опрости разглеждането, се въвежда определена фиктивна „инерционна сила“ и след това тези уравнения на движение се пренаписват във форма, много подобна на втория закон на Нютон. Математически всичко тук е правилно (правилно), но от гледна точка на физиката новата фиктивна сила не може да се разглежда като нещо реално, в резултат на някакво реално взаимодействие. Нека подчертаем още веднъж: „силата на инерцията“ е само удобна параметризация на това как законите на движение се различават в инерциалните и неинерциалните отправни системи.

1.5. Закон за вискозитета

Законът на Нютон за вискозитета (вътрешно триене) е математически израз, свързващ напрежението на вътрешното триене τ (вискозитет) и промяната в скоростта на средата v в пространството

(скорост на деформация) за течни тела (течности и газове):

където стойността η се нарича коефициент на вътрешно триене или коефициент на динамичен вискозитет (CGS единица - поаз). Кинематичният коефициент на вискозитет е стойността μ = η / ρ (единицата CGS е Стокс, ρ е плътността на средата).

Законът на Нютон може да бъде получен аналитично с помощта на методи на физическата кинетика, където вискозитетът обикновено се разглежда едновременно с топлопроводимостта и съответния закон на Фурие за топлопроводимостта. В кинетичната теория на газовете коефициентът на вътрешно триене се изчислява по формулата

където е средната скорост на топлинно движение на молекулите, λ е средният свободен път.

2.1. Закони на термодинамиката

Термодинамиката се основава на три закона, които са формулирани на базата на експериментални данни и следователно могат да се приемат като постулати.

* 1-ви закон на термодинамиката. Това е формулировка на обобщения закон за запазване на енергията за термодинамични процеси. В най-простата си форма може да се запише като δQ = δA + d"U, където dU е общият диференциал на вътрешната енергия на системата, а δQ и δA са елементарното количество топлина и елементарната работа, извършена върху системата , съответно Трябва да се има предвид, че δA и δQ не могат да се считат за диференциали в обичайния смисъл на това понятие.От гледна точка на квантовите концепции този закон може да се тълкува по следния начин: dU е промяната в енергията на дадена квантова система, δA е промяната в енергията на системата поради промяната в популацията на енергийните нива на системата, а δQ е промяната в енергията на квантовата система поради промени в структурата на енергията нива.

* 2-ри закон на термодинамиката: Вторият закон на термодинамиката изключва възможността за създаване на вечен двигател от втори вид. Има няколко различни, но същевременно еквивалентни формулировки на този закон. 1 - Постулатът на Клаузиус. Процес, при който не настъпва друга промяна освен преноса на топлина от горещо тяло към студено, е необратим, тоест топлината не може да премине от студено тяло към горещо без други промени в системата. Това явление се нарича разсейване на енергия или дисперсия. 2 - постулат на Келвин. Процесът, при който работата се превръща в топлина без никакви други промени в системата, е необратим, т.е. невъзможно е цялата топлина, взета от източник с еднаква температура, да се преобразува в работа, без да се правят други промени в системата.

* 3-ти закон на термодинамиката: Теорема на Нернст: Ентропията на всяка система при абсолютна нула температура винаги може да се приеме равна на нула

3.1. Закон за гравитацията

Гравитацията (универсална гравитация, гравитация) (от латински gravitas - „тежест“) е дългосрочно фундаментално взаимодействие в природата, на което са подложени всички материални тела. Според съвременните данни това е универсално взаимодействие в смисъл, че за разлика от всички други сили, то придава еднакво ускорение на всички тела без изключение, независимо от тяхната маса. Основно гравитацията играе решаваща роля в космически мащаб. Терминът гравитация се използва и като име на клон на физиката, който изучава гравитационните взаимодействия. Най-успешната съвременна физическа теория в класическата физика, която описва гравитацията, е общата теория на относителността; квантовата теория на гравитационното взаимодействие все още не е конструирана.

3.2. Гравитационно взаимодействие

Гравитационното взаимодействие е едно от четирите основни взаимодействия в нашия свят. В рамките на класическата механика гравитационното взаимодействие се описва от закона на Нютон за всеобщото привличане, който гласи, че силата на гравитационното привличане между две материални точки с маса m1 и m2, разделени от разстояние R, е

Тук G е гравитационната константа, равна на m³/(kg s²). Знакът минус означава, че силата, действаща върху тялото, винаги е равна по посока на радиус вектора, насочен към тялото, т.е. гравитационното взаимодействие винаги води до привличане на всякакви тела.

Гравитационното поле е потенциално. Това означава, че можете да въведете потенциалната енергия на гравитационното привличане на двойка тела и тази енергия няма да се промени след преместване на телата по затворен контур. Потенциалът на гравитационното поле води до закона за запазване на сумата от кинетична и потенциална енергия и, когато се изучава движението на телата в гравитационно поле, често значително опростява решението. В рамките на Нютоновата механика гравитационното взаимодействие е на дълги разстояния. Това означава, че независимо как се движи едно масивно тяло, във всяка точка на пространството гравитационният потенциал зависи само от позицията на тялото в даден момент от времето.

Големите космически обекти - планети, звезди и галактики имат огромна маса и следователно създават значителни гравитационни полета. Гравитацията е най-слабото взаимодействие. Въпреки това, тъй като тя действа на всички разстояния и всички маси са положителни, тя все пак е много важна сила във Вселената. За сравнение: общият електрически заряд на тези тела е нула, тъй като веществото като цяло е електрически неутрално. Също така, гравитацията, за разлика от други взаимодействия, е универсална в ефекта си върху цялата материя и енергия. Не са открити обекти, които изобщо да нямат гравитационно взаимодействие.

Поради глобалния си характер, гравитацията е отговорна за такива мащабни ефекти като структурата на галактиките, черните дупки и разширяването на Вселената, както и за елементарните астрономически явления - орбитите на планетите, и за простото привличане към повърхността на Земята и падането на телата.

Гравитацията е първото взаимодействие, описано от математическата теория. В древни времена Аристотел вярва, че обекти с различна маса падат с различна скорост. Едва много по-късно Галилео Галилей експериментално установи, че това не е така - ако съпротивлението на въздуха се елиминира, всички тела се ускоряват еднакво. Законът за всемирното притегляне на Исак Нютон (1687) описва добре общото поведение на гравитацията. През 1915 г. Алберт Айнщайн създава Общата теория на относителността, която по-точно описва гравитацията от гледна точка на геометрията на пространство-времето.

3.3. Небесна механика и някои нейни задачи

Разделът от механиката, който изучава движението на телата в празното пространство само под въздействието на гравитацията, се нарича небесна механика.

Най-простият проблем на небесната механика е гравитационното взаимодействие на две тела в празно пространство. Този проблем е решен аналитично докрай; резултатът от неговото решение често се формулира под формата на трите закона на Кеплер.

С увеличаването на броя на взаимодействащите си тела задачата става драстично по-сложна. По този начин вече известният проблем с трите тела (т.е. движението на три тела с ненулеви маси) не може да бъде решен аналитично в общ вид. При числено решение нестабилността на решенията спрямо началните условия възниква доста бързо. Приложена към Слънчевата система, тази нестабилност прави невъзможно предсказването на движението на планетите в мащаби, надхвърлящи сто милиона години.

В някои специални случаи е възможно да се намери приблизително решение. Най-важният случай е, когато масата на едно тяло е значително по-голяма от масата на други тела (примери: Слънчевата система и динамиката на пръстените на Сатурн). В този случай, като първо приближение, можем да приемем, че светлинните тела не взаимодействат помежду си и се движат по Кеплерови траектории около масивното тяло. Взаимодействията между тях могат да бъдат взети предвид в рамките на теорията на смущенията и осреднени във времето. В този случай могат да възникнат нетривиални явления, като резонанси, атрактори, хаос и др. Ярък пример за такива явления е нетривиалната структура на пръстените на Сатурн.

Въпреки опитите да се опише поведението на система от голям брой привличащи се тела с приблизително еднаква маса, това не може да бъде направено поради феномена на динамичния хаос.

3.4. Силни гравитационни полета

В силни гравитационни полета, когато се движат с релативистични скорости, ефектите на общата теория на относителността започват да се проявяват:

Отклонение на закона за гравитацията от този на Нютон;

Забавяне на потенциалите, свързани с крайната скорост на разпространение на гравитационни смущения; появата на гравитационни вълни;

Ефекти на нелинейността: гравитационните вълни са склонни да взаимодействат помежду си, така че принципът на суперпозиция на вълни в силни полета вече не е верен;

Промяна на геометрията на пространство-времето;

Появата на черни дупки;

3.5. Съвременни класически теории за гравитацията

Поради факта, че квантовите ефекти на гравитацията са изключително малки дори при най-екстремните експериментални и наблюдателни условия, все още няма надеждни наблюдения за тях. Теоретичните оценки показват, че в по-голямата част от случаите човек може да се ограничи до класическото описание на гравитационното взаимодействие.

Съществува съвременна канонична класическа теория на гравитацията - общата теория на относителността и много изясняващи хипотези и теории с различна степен на развитие, конкуриращи се помежду си (вижте статията Алтернативни теории на гравитацията). Всички тези теории правят много сходни прогнози в рамките на приближението, в което експерименталните тестове се извършват в момента. Следват няколко основни, най-добре развити или известни теории за гравитацията.

Теорията на Нютон за гравитацията се основава на концепцията за гравитацията, която е сила на далечни разстояния: тя действа мигновено на всяко разстояние. Този мигновен характер на действието е несъвместим с полевата парадигма на съвременната физика и по-специално със специалната теория на относителността, създадена през 1905 г. от Айнщайн, вдъхновена от работата на Поанкаре и Лоренц. Според теорията на Айнщайн никаква информация не може да се разпространява по-бързо от скоростта на светлината във вакуум.

Математически, гравитационната сила на Нютон се извлича от потенциалната енергия на тяло в гравитационно поле. Гравитационният потенциал, съответстващ на тази потенциална енергия, се подчинява на уравнението на Поасон, което не е инвариантно спрямо трансформациите на Лоренц. Причината за неинвариантността е, че енергията в специалната теория на относителността не е скаларна величина, а влиза във времевия компонент на 4-вектора. Векторната теория на гравитацията се оказва подобна на теорията на Максуел за електромагнитното поле и води до отрицателна енергия на гравитационните вълни, което е свързано с естеството на взаимодействието: подобни заряди (маса) в гравитацията се привличат и не се отблъскват, т.к. в електромагнетизма. По този начин теорията на гравитацията на Нютон е несъвместима с основния принцип на специалната теория на относителността - инвариантността на законите на природата във всяка инерционна отправна система и директното векторно обобщение на теорията на Нютон, предложено за първи път от Поанкаре през 1905 г. в неговата работа „За динамиката на електрона“, води до физически незадоволителни резултати.

Айнщайн започва да търси теория за гравитацията, която да е съвместима с принципа за инвариантност на законите на природата спрямо всяка отправна система. Резултатът от това търсене беше общата теория на относителността, основана на принципа на идентичността на гравитационната и инертната маса.

Принципът на равенство на гравитационните и инерционните маси

В класическата Нютонова механика има две концепции за маса: първата се отнася до втория закон на Нютон, а втората към закона за всемирното привличане. Първата маса - инерционна (или инерционна) - е съотношението на негравитационната сила, действаща върху тялото, към неговото ускорение. Втората маса - гравитационна (или, както понякога се нарича, тежка) - определя силата на привличане на тялото от други тела и собствената му сила на привличане. Най-общо казано, тези две маси се измерват, както се вижда от описанието, в различни експерименти и следователно изобщо не е необходимо да са пропорционални една на друга. Тяхната строга пропорционалност ни позволява да говорим за една маса на тялото както при негравитационни, така и при гравитационни взаимодействия. Чрез подходящ избор на единици тези маси могат да бъдат направени равни една на друга.

Самият принцип е представен от Исак Нютон и равенството на масите е проверено от него експериментално с относителна точност от 10−3. В края на 19 век Eötvös извършва по-фини експерименти, довеждайки точността на тестване на принципа до 10−9. През 20-ти век експерименталната технология направи възможно потвърждаването на равенството на масите с относителна точност от 10−12-10−13 (Брагински, Дике и др.).

Понякога принципът на равенство на гравитационните и инерционните маси се нарича принцип на слаба еквивалентност. Алберт Айнщайн го основава на общата теория на относителността.

Принципът на движение по геодезически линии

Ако гравитационната маса е точно равна на инертната маса, то в израза за ускорението на тяло, върху което действат само гравитационни сили, двете маси се съкращават. Следователно ускорението на тялото и следователно неговата траектория не зависят от масата и вътрешната структура на тялото. Ако всички тела в една и съща точка на пространството получават еднакво ускорение, тогава това ускорение може да се свърже не със свойствата на телата, а със свойствата на самото пространство в тази точка.

Така описанието на гравитационното взаимодействие между телата може да се сведе до описание на пространство-времето, в което се движат телата. Естествено е да приемем, както направи Айнщайн, че телата се движат по инерция, тоест по такъв начин, че тяхното ускорение в собствената им референтна система е нула. Тогава траекториите на телата ще бъдат геодезични линии, чиято теория е разработена от математиците още през 19 век.

Самите геодезични линии могат да бъдат намерени чрез определяне в пространство-времето на аналог на разстоянието между две събития, традиционно наричан интервал или световна функция. Интервал в триизмерното пространство и едноизмерното време (с други думи, в четириизмерното пространство-време) се дава от 10 независими компонента на метричния тензор. Тези 10 числа формират метриката на пространството. Той определя "разстоянието" между две безкрайно близки точки в пространство-времето в различни посоки. Геодезическите линии, съответстващи на световните линии на физическите тела, чиято скорост е по-малка от скоростта на светлината, се оказват линии на най-голямото собствено време, тоест времето, измерено от часовник, твърдо прикрепен към тялото, следващо тази траектория.

Съвременните експерименти потвърждават движението на телата по геодезически линии със същата точност като равенството на гравитационните и инерционните маси.

Заключение

Някои интересни изводи веднага следват от законите на Нютон. По този начин третият закон на Нютон казва, че без значение как телата си взаимодействат, те не могат да променят своя общ импулс: възниква законът за запазване на импулса. След това трябва да изискваме потенциалът на взаимодействие на две тела да зависи само от модула на разликата в координатите на тези тела U(|r1-r2|). Тогава възниква законът за запазване на общата механична енергия на взаимодействащите тела:

Законите на Нютон са основните закони на механиката. Всички други закони на механиката могат да бъдат извлечени от тях.

В същото време законите на Нютон не са най-дълбокото ниво на формулиране на класическата механика. В рамките на лагранжевата механика има една единствена формула (запис на механично действие) и един единствен постулат (телата се движат така, че действието е минимално) и от това могат да бъдат извлечени всички закони на Нютон. Освен това в рамките на формализма на Лагранж лесно могат да се разглеждат хипотетични ситуации, в които действието има друга форма. В този случай уравненията на движението вече няма да са подобни на законите на Нютон, но самата класическа механика ще продължи да бъде приложима...

Решаване на уравнения на движение

Уравнението F = ma (тоест вторият закон на Нютон) е диференциално уравнение: ускорението е втората производна на координатата по отношение на времето. Това означава, че еволюцията на една механична система във времето може да бъде недвусмислено определена, ако са посочени нейните начални координати и начални скорости. Имайте предвид, че ако уравненията, описващи нашия свят, бяха уравнения от първи ред, тогава такива явления като инерция, трептения и вълни биха изчезнали от нашия свят.

Изследването на основните закони на физиката потвърждава, че науката се развива прогресивно: всеки етап, всеки отворен закон е етап в развитието, но не дава окончателни отговори на всички въпроси.

Литература:

1. 
   Голяма съветска енциклопедия (Законите на механиката на Нютон и други статии), 1977 г., „Съветска енциклопедия“
2. 
   Онлайн енциклопедия www.wikipedia.com

3. Библиотека „Детлаф А.А., Яворски Б.М., Милковская Л.Б. - Курс по физика (том 1). Механика. Основи на молекулярната физика и термодинамика

Федерална агенция за образование

GOU VPO Рибинска държавна авиационна академия на името на. П. А. Соловьова

Катедра „Обща и техническа физика”

РЕЗЮМЕ

По дисциплината „Концепции на съвременното естествознание”

Тема: “Основни закони на физиката”

Група ЗКС-07

Студент Балшин А.Н.

Учител: Василюк О.В.

Нито една сфера на човешката дейност не може без точните науки. И колкото и сложни да са човешките взаимоотношения, те също се свеждат до тези закони. предлага да си припомним законите на физиката, които човек среща и преживява всеки ден от живота си.

Най-простият, но най-важен закон е Закон за запазване и преобразуване на енергията.

Енергията на всяка затворена система остава постоянна за всички процеси, протичащи в системата. И вие и аз се намираме точно в такава затворена система. Тези. колкото дадем, толкова ще получим. Ако искаме да получим нещо, трябва да дадем точно толкова преди него. И нищо друго!

И ние, разбира се, искаме да получаваме голяма заплата, без да се налага да ходим на работа. Понякога се създава илюзията, че „глупаците са късметлии” и щастието се стоварва върху главите на много хора. Прочетете всяка приказка. Героите постоянно трябва да преодоляват огромни трудности! Или плувайте в студена вода, или във вряща вода.

Мъжете привличат вниманието на жените с ухажване. Жените от своя страна се грижат за тези мъже и деца. И така нататък. Така че, ако искате да получите нещо, първо си направете труда да го дадете.

Силата на действие е равна на силата на реакция.

Този закон на физиката по принцип отразява предишния. Ако човек е извършил негативно действие - съзнателно или не - и след това е получил отговор, т.е. опозиция. Понякога причината и следствието са разделени във времето и може да не разберете веднага накъде духа вятърът. Основното нещо, което трябва да запомним е, че нищо не се случва просто така.

Закон за ливъридж.

Архимед възкликна: „ Дайте ми опора и ще преместя Земята!" Всяка тежест може да бъде преместена, ако изберете правилния лост. Винаги трябва да прецените колко дълго ще е необходим лост, за да постигнете тази или онази цел и да направите заключение за себе си, да зададете приоритети: трябва ли да похарчите толкова много усилия, за да създадете правилния лост и да преместите тази тежест, или е по-лесно да го остави на мира и да се занимава с други дейности.

Правилото на гимлета.

Правилото е, че той показва посоката на магнитното поле. Това правило отговаря на вечния въпрос: кой е виновен? И показва, че ние самите сме виновни за всичко, което ни се случва. Колкото и обидно да е, колкото и трудно да е, колкото и несправедливо да изглежда на пръв поглед, винаги трябва да сме наясно, че преди всичко ние самите сме причината.

Закон на гвоздея.

Когато човек иска да забие пирон, той не чука някъде близо до пирона, а точно по главата на пирона. Но самите нокти не се катерят в стените. Винаги трябва да избирате правилния чук, за да избегнете счупването на пирона с чук. И когато вкарвате, трябва да изчислите удара, така че главата да не се огъва. Бъдете прости, грижете се един за друг. Научете се да мислите за ближния си.

И накрая законът на ентропията.

Ентропията е мярка за безпорядъка на една система. С други думи, колкото повече хаос има в системата, толкова по-голяма е ентропията. По-точна формулировка: по време на спонтанни процеси, протичащи в системите, ентропията винаги се увеличава. По правило всички спонтанни процеси са необратими. Те водят до реални промени в системата и е невъзможно да я върнете в първоначалното й състояние, без да изразходвате енергия. В този случай е невъзможно точно да се повтори (100%) първоначалното му състояние.

За да разберем по-добре за какъв ред и безпорядък говорим, нека проведем експеримент. Изсипете черни и бели пелети в стъклен буркан. Първо ще добавим черни, след това бели. Пелетите ще бъдат подредени на два слоя: черни отдолу, бели отгоре - всичко е наред. След това разклатете буркана няколко пъти. Пелетите ще бъдат смесени равномерно. И колкото и да разклащаме след това този буркан, едва ли ще успеем да гарантираме, че пелетите отново са подредени на два слоя. Ето я, ентропията в действие!

Състоянието, когато пелетите са подредени на два слоя, се счита за подредено. Състоянието, когато пелетите са равномерно смесени, се счита за неподредено. Нужно е почти чудо, за да се върнете в подредено състояние! Или многократна упорита работа с пелети. И не са необходими почти никакви усилия, за да се предизвика хаос в една банка.

Колело на кола. Когато се напомпа, има излишък от свободна енергия. Колелото може да се движи, което означава, че работи. Това е ред. Ами ако спукате гума? Налягането в него ще падне, свободната енергия ще „изчезне“ в околната среда (разсее) и такова колело вече няма да може да работи. Това е хаос. За да върнете системата в първоначалното й състояние, т.е. За да подредите нещата, трябва да свършите много работа: да запечатате вътрешната гума, да монтирате колелото, да го напомпате и т.н., след което отново е необходимо нещо, което може да бъде полезно.

Топлината се предава от горещо тяло към студено тяло, а не обратното. Обратният процес е теоретично възможен, но практически никой няма да се заеме да го направи, тъй като това ще изисква колосални усилия, специални инсталации и оборудване.

Също и в обществото. Хората остаряват. Къщите се рушат. Скалите потъват в морето. Галактиките се разпръскват. Всяка реалност около нас спонтанно клони към безпорядък.

Но хората често говорят за безпорядъка като за свобода: " Не, не искаме ред! Дайте ни такава свобода, че всеки да прави каквото иска!„Но когато всеки прави каквото иска, това не е свобода – това е хаос. Днес много хора възхваляват безпорядъка, насърчават анархията - с една дума всичко, което разрушава и разделя. Но свободата не е в хаоса, свободата е именно в реда.

Организирайки живота си, човек създава запас от безплатна енергия, която след това използва за осъществяване на своите планове: работа, обучение, отдих, творчество, спорт и др. – с други думи, противопоставя се на ентропията. Иначе как бихме могли да натрупаме толкова много материални богатства през последните 250 години?!

Ентропията е мярка за безпорядък, мярка за необратимо разсейване на енергия. Колкото по-голяма е ентропията, толкова по-голямо е разстройството. Къща, в която никой не живее, се руши. Желязото ръждясва с времето и колата остарява. Разрушават се връзки, които никой не се грижи да поддържа. Така е и с всичко останало в живота ни, абсолютно всичко!

Естественото състояние на природата не е равновесие, а увеличение на ентропията. Този закон действа неумолимо в живота на един човек. Той не трябва да прави нищо, за да се увеличи ентропията му; това се случва спонтанно, според закона на природата. За да се намали ентропията (разстройството), трябва да се положат много усилия. Това е един вид шамар за глупаво позитивните хора (под легнал камък вода не тече), каквито има доста!

Поддържането на успех изисква постоянни усилия. Ако не се развиваме, значи деградираме. И за да запазим това, което сме имали преди, днес трябва да направим повече, отколкото вчера. Нещата могат да се поддържат в ред и дори да се подобряват: ако боята на къщата е избеляла, тя може да бъде боядисана отново и дори по-красива от преди.

Хората трябва да се опитат да „умиротворят” произволното деструктивно поведение, което преобладава навсякъде в съвременния свят, да се опитат да намалят състоянието на хаос, което сме ускорили до огромни граници. И това е физически закон, а не просто бърборене за депресия и негативно мислене. Всичко или се развива, или се влошава.

Живият организъм се ражда, развива и умира и никой никога не е забелязал, че след смъртта той оживява, става по-млад и се връща в семето или утробата. Когато казват, че миналото никога не се връща, тогава, разбира се, те имат предвид преди всичко тези житейски явления. Развитието на организмите определя положителната посока на стрелата на времето и промяната от едно състояние на системата в друго винаги се случва в една и съща посока за всички процеси без изключение.

Валериан Чупин

Източник на информация: Tchaikovsky.News

Коментари (3)

Богатството на съвременното общество расте и ще продължи да расте във все по-голяма степен, главно чрез всеобщия труд. Индустриалният капитал е първата историческа форма на обществено производство, когато универсалният труд започва да се експлоатира интензивно. И първо, този, който получи безплатно. Науката, както отбелязва Маркс, не струва нищо на капитала. Наистина, нито един капиталист не е платил възнаграждение на Архимед, Кардано, Галилей, Хюйгенс или Нютон за практическото използване на техните идеи. Но индустриалният капитал в масов мащаб започва да експлоатира механичната технология и по този начин общия труд, въплътен в нея. Маркс К, Енгелс Ф. Съч., том 25, част 1, стр. 116.

Естествено и правилно е да се интересуваме от света около нас и закономерностите на неговото функциониране и развитие. Ето защо е разумно да се обърне внимание на естествените науки, например физиката, която обяснява самата същност на формирането и развитието на Вселената. Основните физични закони не са трудни за разбиране. Училищата запознават децата с тези принципи в много ранна възраст.

За мнозина тази наука започва с учебника „Физика (7 клас)“. На учениците се разкриват основните понятия на термодинамиката, те се запознават със същността на основните физични закони. Но трябва ли знанията да се ограничават до училище? Какви физични закони трябва да знае всеки човек? Това ще бъде обсъдено по-късно в статията.

Научна физика

Много от нюансите на описаната наука са познати на всички от ранна детска възраст. Това се дължи на факта, че по същество физиката е една от областите на естествените науки. Разказва за законите на природата, чието действие влияе върху живота на всеки и в много отношения дори го осигурява, за характеристиките на материята, нейната структура и модели на движение.

Терминът "физика" е записан за първи път от Аристотел през четвърти век пр.н.е. Първоначално това е синоним на понятието „философия“. В крайна сметка и двете науки имаха една единствена цел - да обяснят правилно всички механизми на функциониране на Вселената. Но още през шестнадесети век, в резултат на научната революция, физиката става независима.

Общ закон

Някои основни закони на физиката се прилагат в различни клонове на науката. В допълнение към тях има и такива, които се считат за общи за цялата природа. Става въпрос за

Това означава, че енергията на всяка затворена система по време на възникване на някакви явления в нея със сигурност се запазва. Въпреки това, той е способен да се трансформира в друга форма и ефективно да променя количественото си съдържание в различни части на посочената система. В същото време в отворена система енергията намалява при условие, че енергията на всички тела и полета, които взаимодействат с нея, се увеличава.

В допълнение към горния общ принцип, физиката съдържа основни понятия, формули, закони, които са необходими за тълкуването на процесите, протичащи в околния свят. Изследването им може да бъде невероятно вълнуващо. Затова тази статия ще обсъди накратко основните закони на физиката, но за да ги разберем по-задълбочено, е важно да им обърнем пълно внимание.

Механика

Много основни закони на физиката се разкриват на младите учени в 7-9 клас в училище, където такъв клон на науката като механиката се изучава по-пълно. Неговите основни принципи са описани по-долу.

1. Законът за относителността на Галилей (наричан още механичен закон за относителността или основа на класическата механика). Същността на принципа е, че при подобни условия механичните процеси във всякакви инерционни референтни системи са напълно идентични.
2. Закон на Хук. Същността му е, че колкото по-голямо е въздействието върху еластично тяло (пружина, прът, конзола, греда) отстрани, толкова по-голяма е неговата деформация.

Законите на Нютон (представляват основата на класическата механика):

1. Принципът на инерцията гласи, че всяко тяло е в състояние да бъде в покой или да се движи равномерно и праволинейно само ако други тела не му действат по никакъв начин или ако по някакъв начин компенсират действието едно на друго. За да се промени скоростта на движение, върху тялото трябва да се въздейства с някаква сила и, разбира се, резултатът от въздействието на една и съща сила върху тела с различни размери също ще се различава.
2. Основният принцип на динамиката гласи, че колкото по-голяма е резултатната от силите, които в момента действат върху дадено тяло, толкова по-голямо ускорение получава то. И съответно колкото по-голямо е телесното тегло, толкова по-нисък е този показател.
3. Третият закон на Нютон гласи, че всеки две тела винаги взаимодействат едно с друго по идентичен модел: техните сили са от еднакво естество, еквивалентни по големина и задължително имат противоположна посока по правата линия, която свързва тези тела.
4. Принципът на относителността гласи, че всички явления, протичащи при едни и същи условия в инерциалните отправни системи, се случват по абсолютно идентичен начин.

Термодинамика

Училищният учебник, който разкрива на учениците основните закони („Физика. 7 клас“), ги запознава и с основите на термодинамиката. По-долу ще разгледаме накратко неговите принципи.

Законите на термодинамиката, които са основни в този клон на науката, са от общ характер и не са свързани с детайлите на структурата на дадено вещество на атомно ниво. Между другото, тези принципи са важни не само за физиката, но и за химията, биологията, космическото инженерство и т.н.

Например в посочената индустрия има правило, което противоречи на логическата дефиниция: в затворена система, външните условия за която са непроменени, се установява равновесно състояние с течение на времето. А процесите, които продължават в него, неизменно се компенсират взаимно.

Друго правило на термодинамиката потвърждава желанието на система, която се състои от колосален брой частици, характеризиращи се с хаотично движение, независимо да преминава от по-малко вероятни за системата състояния към по-вероятни.

А законът на Гей-Лусак (наричан още закон за газа) гласи, че за газ с определена маса при условия на стабилно налягане, резултатът от разделянето на неговия обем на абсолютната температура със сигурност става постоянна стойност.

Друго важно правило на тази индустрия е първият закон на термодинамиката, който също се нарича принцип на запазване и трансформация на енергия за термодинамична система. Според него всяко количество топлина, което е било предадено на системата, ще бъде изразходвано изключително за метаморфозата на нейната вътрешна енергия и извършването на работа по отношение на всякакви действащи външни сили. Именно този модел стана основа за формирането на схемата на работа на топлинните двигатели.

Друг закон за газа е законът на Чарлз. Той гласи, че колкото по-голямо е налягането на определена маса от идеален газ при поддържане на постоянен обем, толкова по-висока е неговата температура.

Електричество

10-ти клас разкрива интересни основни закони на физиката пред младите учени. По това време се изучават основните принципи на природата и моделите на действие на електрически ток, както и други нюанси.

Законът на Ампер например гласи, че паралелно свързаните проводници, през които тече ток в една и съща посока, неизбежно се привличат, а при противоположната посока на тока съответно се отблъскват. Понякога същото име се използва за физичен закон, който определя силата, действаща в съществуващо магнитно поле върху малък участък от проводник, който в момента провежда ток. Така го наричат ​​- силата на Ампер. Това откритие е направено от учен през първата половина на деветнадесети век (а именно през 1820 г.).

Законът за запазване на заряда е един от основните принципи на природата. Той гласи, че алгебричната сума на всички електрически заряди, възникващи във всяка електрически изолирана система, винаги се запазва (става постоянна). Въпреки това, този принцип не изключва появата на нови заредени частици в такива системи в резултат на определени процеси. Независимо от това, общият електрически заряд на всички новообразувани частици със сигурност трябва да бъде нула.

Законът на Кулон е един от основните в електростатиката. Той изразява принципа на силата на взаимодействие между неподвижните точкови заряди и обяснява количественото изчисляване на разстоянието между тях. Законът на Кулон позволява експериментално да се обосноват основните принципи на електродинамиката. То гласи, че стационарните точкови заряди със сигурност взаимодействат помежду си със сила, която е толкова по-висока, колкото по-голямо е произведението на техните величини и съответно колкото по-малко, колкото по-малък е квадратът на разстоянието между въпросните заряди и средата, в която се намират настъпва описаното взаимодействие.

Законът на Ом е един от основните принципи на електричеството. Той гласи, че колкото по-голяма е силата на постоянния електрически ток, действащ върху определен участък от веригата, толкова по-голямо е напрежението в нейните краища.

Те го наричат ​​принцип, който ви позволява да определите посоката в проводник на ток, движещ се по определен начин под въздействието на магнитно поле. За да направите това, трябва да поставите дясната си ръка така, че линиите на магнитната индукция образно да докосват отворената длан и да протегнете палеца си в посоката на движение на проводника. В този случай останалите четири изправени пръста ще определят посоката на движение на индукционния ток.

Този принцип също помага да се открие точното местоположение на линиите на магнитна индукция на прав проводник, провеждащ ток в даден момент. Става така: поставете палеца на дясната си ръка така, че да сочи, и образно хванете проводника с останалите четири пръста. Местоположението на тези пръсти ще покаже точната посока на линиите на магнитната индукция.

Принципът на електромагнитната индукция е модел, който обяснява процеса на работа на трансформатори, генератори и електрически двигатели. Този закон е следният: в затворен контур, колкото по-голяма е генерираната индукция, толкова по-голяма е скоростта на промяна на магнитния поток.

Оптика

Клонът Оптика отразява и част от училищната програма (основни закони на физиката: 7-9 клас). Следователно тези принципи не са толкова трудни за разбиране, колкото изглеждат на пръв поглед. Тяхното изучаване носи със себе си не само допълнителни знания, но и по-добро разбиране на заобикалящата ги действителност. Основните закони на физиката, които могат да бъдат приписани на изучаването на оптиката, са следните:

1. Принцип на Гинес. Това е метод, който може ефективно да определи точната позиция на фронта на вълната за всяка дадена част от секундата. Нейната същност е следната: всички точки, които са на пътя на вълновия фронт за определена част от секундата, по същество сами стават източници на сферични вълни (вторични), докато местоположението на вълновия фронт в същата част от секундата втора е идентична с повърхността, която обикаля всички сферични вълни (вторична). Този принцип се използва за обяснение на съществуващите закони, свързани с пречупването на светлината и нейното отразяване.
2. Принципът на Хюйгенс-Френел отразява ефективен метод за разрешаване на проблеми, свързани с разпространението на вълните. Той помага да се обяснят елементарни проблеми, свързани с дифракцията на светлината.
3. вълни Еднакво се използва за отражение в огледало. Същността му е, че както падащият лъч, така и този, който е бил отразен, както и перпендикулярът, изграден от точката на падане на лъча, са разположени в една равнина. Също така е важно да запомните, че ъгълът, под който пада лъчът, винаги е абсолютно равен на ъгъла на пречупване.
4. Принципът на пречупване на светлината. Това е промяна в траекторията на електромагнитна вълна (светлина) в момента на движение от една хомогенна среда в друга, която се различава значително от първата по редица показатели на пречупване. Скоростта на разпространение на светлината в тях е различна.
5. Закон за праволинейното разпространение на светлината. В основата си това е закон, свързан с областта на геометричната оптика, и е следният: във всяка хомогенна среда (независимо от нейната природа) светлината се разпространява строго праволинейно, на най-късо разстояние. Този закон обяснява образуването на сенките по прост и достъпен начин.

Атомна и ядрена физика

Основните закони на квантовата физика, както и основите на атомната и ядрената физика се изучават в гимназиите и висшите учебни заведения.

По този начин постулатите на Бор представляват поредица от основни хипотези, които станаха основата на теорията. Същността му е, че всяка атомна система може да остане стабилна само в стационарни състояния. Всяко излъчване или поглъщане на енергия от атом непременно се извършва с помощта на принципа, чиято същност е следната: радиацията, свързана с транспортирането, става монохромна.

Тези постулати се отнасят до стандартната училищна програма за изучаване на основните закони на физиката (11 клас). Техните знания са задължителни за висшист.

Основни закони на физиката, които човек трябва да знае

Някои физически принципи, въпреки че принадлежат към един от клоновете на тази наука, все пак са от общ характер и трябва да бъдат известни на всички. Нека изброим основните закони на физиката, които човек трябва да знае:

• Законът на Архимед (отнася се за областите на хидро- и аеростатиката). Това предполага, че всяко тяло, което е било потопено в газообразно вещество или течност, е подложено на вид плаваща сила, която непременно е насочена вертикално нагоре. Тази сила винаги е числено равна на теглото на течността или газа, изместени от тялото.
• Друга формулировка на този закон е следната: тяло, потопено в газ или течност, със сигурност губи толкова тегло, колкото е масата на течността или газа, в които е било потопено. Този закон стана основен постулат на теорията за плаващите тела.
• Законът за всемирното притегляне (открит от Нютон). Същността му е, че абсолютно всички тела неизбежно се привличат едно към друго със сила, която е по-голяма, колкото по-голям е продуктът на масите на тези тела и съответно колкото по-малък е, толкова по-малък е квадратът на разстоянието между тях.

Това са 3-те основни закона на физиката, които трябва да знае всеки, който иска да разбере механизма на функциониране на заобикалящия ни свят и особеностите на протичащите в него процеси. Доста лесно е да се разбере принципът на тяхното действие.

Стойността на такова знание

Основните закони на физиката трябва да бъдат в базата от знания на човек, независимо от неговата възраст и вид дейност. Те отразяват механизма на съществуване на цялата днешна реалност и по същество са единствената константа в един непрекъснато променящ се свят.

Основните закони и концепции на физиката отварят нови възможности за изучаване на света около нас. Техните знания помагат да се разбере механизмът на съществуване на Вселената и движението на всички космически тела. Превръща ни не просто в наблюдатели на ежедневните събития и процеси, а ни позволява да ги осъзнаваме. Когато човек ясно разбира основните закони на физиката, тоест всички процеси, протичащи около него, той получава възможност да ги контролира по най-ефективния начин, като прави открития и по този начин прави живота си по-комфортен.

Резултати

Някои са принудени да изучават задълбочено основните закони на физиката за Единния държавен изпит, други поради професията си, а някои от научно любопитство. Независимо от целите на изучаването на тази наука, ползите от получените знания трудно могат да бъдат надценени. Няма нищо по-удовлетворяващо от разбирането на основните механизми и модели на съществуване на света около нас.

Не оставайте безразлични - развивайте се!

Сесията наближава и е време да преминем от теория към практика. През уикенда седнахме и си помислихме, че много ученици ще се възползват от колекция от основни формули по физика под ръка. Сухи формули с обяснение: кратко, стегнато, нищо излишно. Много полезно нещо при решаване на проблеми, нали знаете. И по време на изпит, когато точно това, което сте запомнили предишния ден, може да „изскочи от главата ви“, такъв избор ще послужи за отлична цел.

Най-много задачи обикновено се задават в трите най-популярни раздела на физиката. Това Механика, термодинамикаИ Молекулярна физика, електричество. Да ги вземем!

Основни формули във физиката динамика, кинематика, статика

Да започнем с най-простото. Доброто старо любимо право и равномерно движение.

Кинематични формули:

Разбира се, нека не забравяме за движението в кръг, а след това ще преминем към динамиката и законите на Нютон.

След динамиката е време да разгледаме условията на равновесие на тела и течности, т.е. статика и хидростатика

Сега представяме основните формули по темата „Работа и енергия“. Къде щяхме да сме без тях?

Основни формули на молекулярната физика и термодинамика

Нека завършим раздела по механика с формули за трептения и вълни и да преминем към молекулярната физика и термодинамиката.

Коефициентът на ефективност, законът на Гей-Лусак, уравнението на Клапейрон-Менделеев - всички тези скъпи на сърцето формули са събрани по-долу.

Между другото! Вече има отстъпка за всички наши читатели 10% На .

Основни формули във физиката: електричество

Време е да преминем към електричеството, въпреки че е по-малко популярно от термодинамиката. Да започнем с електростатиката.

И под ритъма на барабана завършваме с формули за закона на Ом, електромагнитната индукция и електромагнитните трептения.

Това е всичко. Разбира се, може да се цитира цяла планина от формули, но това е безполезно. Когато има твърде много формули, лесно можете да се объркате и дори да разтопите мозъка си. Надяваме се, че нашият измамен лист с основни формули по физика ще ви помогне да решите любимите си проблеми по-бързо и по-ефективно. И ако искате да изясните нещо или не сте намерили правилната формула: попитайте експертите студентски сервиз. Нашите автори държат стотици формули в главите си и трошат проблемите като ядки. Свържете се с нас и скоро всяка задача ще зависи от вас.

10.2. ОСНОВНИ ФИЗИЧНИ ЗАКОНИ

Фундаменталните физични закони са най-пълното до момента, но приблизително отразяване на обективните процеси в природата. Различните форми на движение на материята се описват от различни фундаментални теории. Всяка от тези теории описва много специфични явления: механично или топлинно движение, електромагнитни явления.
В структурата на фундаменталните физични теории има по-общи закони, обхващащи всички форми на движение на материята и всички процеси. Това са законите на симетрията или инвариантността и свързаните с тях закони за запазване на физическите величини.

10.2.1. Закони за запазване на физическите величини
10.2.1.1. Закон за запазване на масата
10.2.1.2. Закон за запазване на импулса
10.2.1.3. Закон за запазване на заряда
10.2.1.4. Закон за запазване на енергията при механични процеси

10.2.1. Закони за запазване на физическите величини

Законите за запазване на физическите величини са твърдения, според които числените стойности на тези величини не се променят с течение на времето във всеки процес или клас процеси. Всъщност в много случаи законите за запазване просто следват принципите на симетрия.
Идеята за опазване за първи път се появява като чисто философска хипотеза за присъствието на непроменливото (стабилно) в един непрекъснато променящ се свят. Дори древните философи материалисти стигнаха до концепцията за материята като неразрушима и несътворена основа на всички неща. От друга страна, наблюдението на постоянните промени в природата доведе до идеята за вечното движение на материята като нейно важно свойство. С появата на математическата формулировка на механиката на тази основа се появиха законите за запазване.
Законите за запазване са тясно свързани със свойствата на симетрията на физическите системи. В този случай симетрията се разбира като инвариантност на физическите закони по отношение на определена група трансформации на количествата, включени в тях. Наличието на симетрия води до факта, че за дадена система има запазена физическа величина. Ако са известни свойствата на симетрия на една система, като правило, може да се намери закон за запазване за нея и обратно.
Така законите за опазване са:
1. Представляват най-общата форма на детерминизма.
2. Потвърдете структурното единство на материалния свят.
3. Позволява да се направи заключение за характера на поведението на системата.
4. Откриват съществуването на дълбока връзка между различните форми на движение на материята.
Най-важните закони за опазване, валидни за всяка изолирана система, са:
- законът за запазване и преобразуване на енергията;
- закон за запазване на импулса;
- закон за запазване на електрическия заряд;
- закон за запазване на масата.
В допълнение към универсалните съществуват закони за запазване, които са валидни само за ограничен клас системи и явления. Например, има закони за опазване, които действат само в микрокосмоса. Това:
- закон за запазване на барионния или ядрения заряд;
- закон за запазване на лептонния заряд;
- закон за запазване на изотопния спин;
- законът за запазване на странността.
В съвременната физика е открита определена йерархия от закони за запазване и принципи на симетрия. Някои от тези принципи се отнасят за всяко взаимодействие, докато други се прилагат само за силни взаимодействия. Тази йерархия се проявява ясно във вътрешните принципи на симетрия, които действат в микрокосмоса.
Нека разгледаме най-важните закони за опазване.

10.2.1.1. Закон за запазване на масата

Трансформациите и измененията на материята в природата са безкрайно разнообразни. Изследователите бяха загрижени за въпроса: дали веществото се запазва по време на тези промени? Всеки от нас е трябвало да наблюдава как с течение на времето всяко нещо, дори стомана, се износва и намалява по размер. Но означава ли това, че най-малките частици метал изчезват без следа? Не, те просто се губят, разпръскват се в различни посоки, изхвърлят се с боклук, отлитат, създавайки прах.
В природата се случват и други трансформации. Например, пушите цигара. Минават няколко минути и от тютюна не остава нищо, освен малка купчина пепел и лек синкав дим, който се разсейва във въздуха. Или, например, гори свещ. Постепенно става все по-малък и по-малък. Дори пепелта не остава тук. Изгаряйки без остатък, свещта и това, от което се състои, претърпяват химическа трансформация на веществото. Тютюневите частици и свещта не се разлитат и не се губят постепенно на различни места. Те изгарят и очевидно изчезват безследно.
Наблюдавайки природата, хората отдавна обръщат внимание на други явления, когато материята сякаш възниква от „нищото“. Така например от малко семе расте голямо растение в саксия за цветя, а теглото на земята, съдържаща се в саксията, остава почти същото. Може ли нещо съществуващо в света наистина да изчезне или, обратно, да се появи от нищото? С други думи, разрушима или неразрушима ли е материята, от която е изградено цялото многообразие на нашия свят?
2400 г. пр.н.е д. известният философ на Древна Гърция Демокрит пише, че „нищо не може да произлезе от нищото, нищо съществуващо не може да бъде унищожено“.
Много по-късно, през XVI-XVII век. тази идея е възродена и вече е изразена от много учени. Подобни твърдения обаче бяха само предположение, а не научна теория, потвърдена от експерименти. Тази позиция за първи път е доказана и потвърдена от опита на големия руски учен М.В. Ломоносов.
Ломоносов беше твърдо убеден в неразрушимостта на материята, че нищо в света не може да изчезне безследно. При всякакви промени във веществата, химически взаимодействия - независимо дали простите тела се комбинират, за да образуват сложни, или, обратно, сложните тела се разлагат на отделни химични елементи - общото количество вещество остава непроменено. С други думи, въпреки всички промени, общото тегло на веществото трябва да остане непроменено. Нека две взаимодействащи вещества изчезнат в резултат на някаква реакция и се получи неизвестно трето - теглото на новообразуваното съединение трябва да е равно на теглото на първите две.
Разбирайки отлично значението на законите за запазване и неразрушимостта на материята за науката, Ломоносов търси потвърждение на своите мисли. Той решава да повтори експериментите на английския учен от 17 век. Р. Бойл.
Бойл се интересуваше от промяната в теглото на метала при нагряване. Той извършил следния експеримент: поставил парче метал в стъклена реторта и го претеглил.
След това, като запечата тясното гърло на съда, той го нагрява на огъня. Два часа по-късно Бойл извади съда от пламъка, отчупи гърлото на ретортата и след като я охлади, я претегли. Металът увеличи теглото си.
Бойл вижда причината във факта, че малки частици „огнена материя“ проникват през стъклото и се свързват с метала. По времето на Бойл и Ломоносов учените обясняваха неразбираеми природни явления с помощта на различни неуловими „материи“, но не можеха да кажат какви са те. Ломоносов не признава съществуването на мистериозна „материя“. Той беше сигурен, че причината за увеличаването на теглото е друга и реши да докаже, че няма „фина, всепроникваща материя на огъня“, както и че по време на химически трансформации общото тегло на веществото на участващите елементи в реакцията остава непроменена.
Ломоносов повторил опита на Бойл и получил същия резултат: теглото на метала се увеличило. След това модифицира експеримента: след нагряване на ретортата на огън и охлаждане, той я претегля в съд, без да счупи гърлото. Така той доказа, че „без допускане на външен въздух, теглото на изгорения метал ще остане в една мярка, независимо дали огънят ще проникне в ретортата.“
Ломоносов обяснява увеличението на теглото в случая, когато ретортата е била отворена преди претеглянето, чрез зависимостта от абсорбцията на въздух от метала. Сега знаем, че при нагряване металите се окисляват и се свързват с кислорода. В експеримента на Бойл металът отнема кислород от въздуха в затворена реторта. При това теглото му нараства точно толкова, колкото намалява теглото на въздуха в ретортата. Поради това общото тегло на затворената реторта и поставеното в нея тяло не се променя. Въпреки че тук се случва окисление, общото количество вещество не намалява или се увеличава - теглото на веществата, участващи в реакцията, не се променя. Но когато ретортата се отвори, външният въздух ще нахлуе вътре в колбата, за да замени кислорода, който е бил абсорбиран от метала, което води до увеличаване на теглото на ретортата.
Така че М.В. Ломоносов открива закона за запазване на материята или, както го наричат, закона за запазване на масата. 17 години след Ломоносов този закон е потвърден от многобройни експерименти от френския химик А. Лавоазие. Впоследствие законът за запазване на масата беше многократно потвърден от многобройни и разнообразни експерименти. В момента това е един от основните закони в основата на природните науки.

10.2.1.2. Закон за запазване на импулса

Покойът и движението на тялото са относителни, скоростта на движение зависи от избора на отправна система. Според втория закон на Нютон, независимо дали тялото е било в покой или се е движило равномерно и праволинейно, промяна в скоростта му на движение може да настъпи само под въздействието на сила, т.е. в резултат на взаимодействие с други тела.
Има физична величина, която се променя еднакво за всички тела под действието на едни и същи сили, ако времето на действие на силата е еднакво, равно на произведението на масата на тялото по неговата скорост и се нарича импулс на тяло. Промяната в импулса е равна на импулса на приложената сила. Импулсът на тялото е количествена характеристика на постъпателното движение на телата.
Експерименталните изследвания на взаимодействията на различни тела - от планети и звезди до атоми и електрони, елементарни частици - показват, че във всяка система от тела, взаимодействащи помежду си, при липса на действие на сили от други тела, които не са включени в системата , или сумата на действащите сили е равна на нула, геометричната сума на импулсите на телата остава постоянна.
Система от тела, които не взаимодействат с други тела, които не са включени в тази система, се нарича затворена. По този начин в затворена система геометричната сума на импулсите на телата остава постоянна при всяко взаимодействие на телата на тази система едно с друго. Този основен природен закон се нарича закон за запазване на импулса.
Необходимо условие за приложимостта на закона за запазване на импулса към система от взаимодействащи тела е използването на инерциална отправна система. Реактивното движение се основава на закона за запазване на импулса, използва се при изчисляване на насочени експлозии, например при изграждане на тунели в планините. Полетите в космоса станаха възможни благодарение на използването на многостепенни ракети.

10.2.1.3. Закон за запазване на заряда

Не всички природни явления могат да бъдат разбрани и обяснени с помощта на концепциите и законите на механиката, молекулярно-кинетичната теория за структурата на материята и термодинамиката. Тези науки не казват нищо за природата на силите, които свързват отделните атоми и молекули и държат атомите и молекулите на веществото в твърдо състояние на определено разстояние един от друг. Законите за взаимодействие на атомите и молекулите могат да бъдат разбрани и обяснени въз основа на идеята, че електрическите заряди съществуват в природата.
Най-простият и ежедневен феномен, в който се разкрива фактът на съществуването на електрически заряди в природата, е електрифицирането на телата при контакт. Взаимодействието на телата, открити по време на електрификация, се нарича електромагнитно взаимодействие, а физическото количество, което определя електромагнитното взаимодействие, се нарича електрически заряд. Способността на електрическите заряди да привличат и отблъскват показва наличието на два различни вида заряди: положителни и отрицателни.
Електрическите заряди могат да се появят не само в резултат на електрификация при контакт на телата, но и по време на други взаимодействия, например под въздействието на сила (пиезоелектричен ефект). Но винаги в затворена система, която не включва заряди, за всяко взаимодействие на телата, алгебричната (т.е. като се вземе предвид знака) сума на електрическите заряди на всички тела остава постоянна. Този експериментално установен факт се нарича закон за запазване на електрическия заряд.
Никъде и никога в природата не възникват и не изчезват електрически заряди с един и същи знак. Появата на положителен заряд винаги е придружена от появата на отрицателен заряд, равен по абсолютна стойност, но противоположен по знак. Нито положителните, нито отрицателните заряди могат да изчезнат отделно един от друг, ако са еднакви по абсолютна стойност.
Появата и изчезването на електрически заряди върху телата в повечето случаи се обяснява с преходите на елементарни заредени частици - електрони - от едно тяло към друго. Както знаете, всеки атом съдържа положително заредено ядро ​​и отрицателно заредени електрони. В неутрален атом общият заряд на електроните е точно равен на заряда на атомното ядро. Тяло, състоящо се от неутрални атоми и молекули, има общ електрически заряд нула.
Ако в резултат на някакво взаимодействие част от електроните преминават от едно тяло в друго, тогава едното тяло получава отрицателен електрически заряд, а второто получава положителен заряд с еднаква величина. Когато две различно заредени тела влязат в контакт, обикновено електрическите заряди не изчезват безследно, но излишният брой електрони преминава от отрицателно зареденото тяло към тяло, в което някои от атомите не са имали пълен набор от електрони на черупките им.
Специален случай е срещата на елементарни заредени античастици, например електрон и позитрон. В този случай положителните и отрицателните електрически заряди всъщност изчезват, анихилират, но в пълно съответствие със закона за запазване на електрическия заряд, тъй като алгебричната сума на зарядите на електрона и позитрона е нула.

10.2.1.4. Закон за запазване на енергията при механични процеси

Механичната енергия се разделя на два вида: потенциална и кинетична. Потенциалната енергия характеризира взаимодействащите тела, а кинетичната енергия характеризира движещите се тела. Както потенциалната, така и кинетичната енергия се променят само в резултат на такова взаимодействие на телата, при което силите, действащи върху телата, извършват работа, различна от нула.
Нека сега разгледаме въпроса за промяната на енергията по време на взаимодействието на телата, образуващи затворена система. Ако няколко тела взаимодействат помежду си само чрез гравитационни и еластични сили и не действат външни сили, тогава при всяко взаимодействие на телата сумата от кинетичната и потенциалната енергия на телата остава постоянна. Това твърдение се нарича закон за запазване на енергията в механичните процеси.
Сумата от кинетичната и потенциалната енергия на телата се нарича пълна механична енергия. Следователно законът за запазване на енергията може да се формулира по следния начин: общата механична енергия на затворена система от тела, взаимодействащи със силите на гравитацията и еластичността, остава постоянна.
Основното съдържание на закона за запазване на енергията е не само да установи факта на запазване на общата механична енергия, но и да установи възможността за взаимни трансформации на кинетична и потенциална енергия в еднаква количествена мярка по време на взаимодействието на телата.
Законът за запазване на общата механична енергия в процеси, включващи еластичност и гравитационни сили, е един от основните закони на механиката. Познаването на този закон опростява решаването на много проблеми, които са от голямо значение в практическия живот.
Например речната енергия се използва широко за производство на електроенергия. За целта се изграждат язовири и се преграждат реки. Под въздействието на гравитацията водата от резервоара зад язовира се движи надолу по кладенеца с ускорена скорост и придобива известна кинетична енергия. Когато бързо движещ се воден поток се сблъска с лопатките на хидравлична турбина, кинетичната енергия на постъпателното движение на водата се преобразува в кинетичната енергия на въртеливото движение на роторите на турбината и след това с помощта на електрически генератор, в електрическа енергия.
Механичната енергия не се запазва, ако между телата действат сили на триене. Автомобил, който се движи по хоризонтален участък от пътя, след изключване на двигателя изминава известно разстояние и спира под въздействието на сили на триене. При спиране на колата накладките, автомобилните гуми и асфалтът се нагряват. В резултат на действието на силите на триене кинетичната енергия на автомобила не изчезна, а се превърна във вътрешна енергия на топлинно движение на молекулите.
Така по време на всякакви физически взаимодействия енергията не възниква, а само се трансформира от една форма в друга. Този експериментално установен факт се нарича закон за запазване и преобразуване на енергията.
Източниците на енергия на земята са големи и разнообразни. Някога в древността хората са познавали само един източник на енергия - мускулната сила и силата на домашните животни. Енергията се подновява чрез храната. Сега по-голямата част от работата се извършва от машини, източник на енергия за тях са различни видове изкопаеми горива: въглища, торф, нефт, както и вода и вятърна енергия.
Ако проследим „родословието” на всички тези различни видове енергия, ще се окаже, че всички те са енергията на слънчевите лъчи. Енергията на заобикалящото ни космическо пространство се акумулира от Слънцето под формата на енергия на атомни ядра, химични елементи, електромагнитни и гравитационни полета. Слънцето от своя страна осигурява на Земята енергия, проявяваща се под формата на вятърна и вълнова енергия, приливи и отливи, под формата на геомагнетизъм, различни видове радиация (включително радиоактивност на подпочвения слой и др.), мускулна енергия на животинския свят.
Геофизичната енергия се освобождава под формата на природни бедствия (вулканизъм, земетресения, гръмотевични бури, цунами и др.), метаболизъм в живите организми (които формират основата на живота), полезна работа в движещи се тела, промяна на тяхната структура, качество, пренос на информация , съхранение на енергия в различни видове батерии, кондензатори, еластична деформация на пружини, мембрани.
Всички форми на енергия, трансформиращи се една в друга чрез механично движение, химични реакции и електромагнитно излъчване, в крайна сметка се превръщат в топлина и се разсейват в околното пространство. Това явление се проявява под формата на експлозивни процеси, изгаряне, гниене, топене, изпарение, деформация и радиоактивен разпад. В природата има кръговрат на енергията, характеризиращ се с това, че в космическото пространство се осъществява не само хаотизацията, но и нейният обратен процес - подреждането на структурата, което е ясно видимо главно в звездообразуването, трансформацията и появата на нови електромагнитни и гравитационни полета, и те отново носят енергията си на нови „слънчеви системи“. И всичко се връща към нормалното.
Законът за запазване на механичната енергия е формулиран от немския учен А. Лайбниц. Тогава немският учен Ю.Р. Майер, английският физик Дж. Джаул и немският учен Г. Хелмхолц експериментално откриват законите за запазване на енергията в немеханичните явления.
Така до средата на 19в. се оформят законите за запазване на масата и енергията, които се тълкуват като закони за запазване на материята и движението. В началото на 20в. и двата закона за запазване претърпяха радикална ревизия във връзка с появата на специалната теория на относителността: при описване на движения със скорости, близки до скоростта на светлината, класическата нютонова механика беше заменена от релативистка механика. Оказа се, че масата, определена от инерционните свойства на тялото, зависи от неговата скорост и следователно характеризира не само количеството материя, но и нейното движение. Концепцията за енергията също претърпя промяна: общата енергия се оказа пропорционална на масата (E = mс2). По този начин законът за запазване на енергията в специалната теория на относителността естествено комбинира законите за запазване на масата и енергията, които съществуват в класическата механика. Поотделно тези закони не се изпълняват, т.е. Невъзможно е да се характеризира количеството материя, без да се вземе предвид нейното движение и взаимодействие.
Еволюцията на закона за запазване на енергията показва, че законите за запазване, извлечени от опит, се нуждаят от време на време от експериментална проверка и изясняване. Човек не може да бъде сигурен, че с разширяването на границите на човешкото познание този закон или неговата специфична формулировка ще останат валидни. Законът за запазване на енергията, ставайки все по-усъвършенстван, постепенно се превръща от неясно и абстрактно твърдение в точна количествена форма.

10.2.1.5. Закони за запазване в микрокосмоса

Законите за запазване играят важна роля в квантовата теория, по-специално във физиката на елементарните частици. Законите за опазване определят правила за подбор, нарушаването на които би довело до нарушаване на законите за опазване. В допълнение към изброените закони за запазване, които се прилагат във физиката на макроскопичните тела, много специфични закони за запазване са възникнали в теорията на елементарните частици, които позволяват да се интерпретират експериментално наблюдаваните правила за подбор. Това е например законът за запазване на барионния или ядрения заряд, който важи за всички видове взаимодействия. Според него ядрената материя се запазва: разликата между броя на тежките частици (бариони) и броя на техните античастици не се променя по време на нито един процес. Запазват се и леките елементарни частици – лептони (електрони, неутрино и др.).
Съществуват и приблизителни закони за опазване, които се спазват при някои процеси и се нарушават при други. Такива закони за запазване имат смисъл, ако може да се посочи класът от процеси, в които те се изпълняват. Например, законите за запазване на странността, изотопното въртене и четността са стриктно изпълнени в процесите, протичащи поради силното взаимодействие, но се нарушават в процесите на слабо взаимодействие. Електромагнитното взаимодействие нарушава закона за запазване на изотопния спин. По този начин изследванията на елементарните частици отново припомниха необходимостта от тестване на съществуващите закони за запазване във всяка област от явления. Провеждат се сложни експерименти с цел откриване на възможни слаби нарушения на законите за опазване в микрокосмоса.
Проверката на механичните закони за запазване е проверка на съответните фундаментални свойства на пространство-времето. Дълго време се смяташе, че в допълнение към изброените елементи на симетрия (запазването на енергията е свързано с хомогенността на времето, запазването на импулса е свързано с хомогенността на пространството), пространство-времето има огледална симетрия, т.е. инвариантност при пространствена инверсия. Тогава паритетът трябва да се запази. Въпреки това, през 1857 г. експериментално е открито незапазване на паритета в слабото взаимодействие, което повдига въпроса за преразглеждане на възгледите за пространствено-времевата симетрия и основните закони за запазване (по-специално законите за запазване на енергията и импулса).