4. Материя, формы ее существования.В основе всех естественнонаучныхдисциплин лежит понятие материи, з-ны движения и изменения кот. изучаются. Взависим. от того, как мы определим это понятие, мы и будем расм-ватьпроявление различн. теорий. Для понимания естественнонаучных теорий, вчастности концепций современ. физики, приемлемым явл. определение, данноеВ.И. Лениным в монографии <Материализм и эмпириокритицизм>. "Материя - естьфилософская категория для обозначения объективной реальности, кот.отображается нашими ощущениями, сущ-вует независимо от них. Материя - этооснова (субстанция, субстрат) всех реально существующих в мире св-в, связейи форм движения, бесконечное множество всех существующих в мире объектов исистем".В этом определении есть 2 основных момента. Во-перв., материясущ-вует объективно, независимо от нас, от чьего-то субъективного сознанияили ощущения. Во-вторых, материя копируется, отображается нашими ощущениямии, след., познаваема. Мы здесь исходим из материалистического единства мираиз первичности материи. Материя несотворима и неуничтожаемая. Онабесконечна. Неотъемлемым атрибутом материи явл. ее движение, как формасуществования материи, ее важнейший атрибут. Движение в самом общем виде -это всякое изменение вообще. Движение материи абсолютно, тгда как всякийпокой относителен. Понять эту мысль проще всего при рассмотрении простейшихвидов движения. Например, тело покоится относит. Земли, но относит. Солнцаоно движется. Формами существования материи явл. пространство и время.Материя неотъемлема от них. Современная наука оперирует такими структурнымиуровнями, как элементарные частицы и поля, атомы и молекулы,макроскопические тела, геологические системы, планеты и звезды, галактики иметагалактики; совокупности организмов, способных к воспроизводству и,наконец, общ-во. Мы будем изучать только первые структурные уровни- поля ичастицы, макроскопические тела. Различают ряд основных форм движенияматерии: механическую, физическую (включая тепловую, гравитационную, ядернуюи т.д.), химическую, биологическую, общественную. Высшие формы движениявключают в себя > низшие, но не сводятся только к ним. Так, ядерные процесыневозможно описать только формулами класич. механики. В настоящем курсебудут рассмотрены лишь простые формы движения материи - механическая,физическая и химическая. Для описания материи и ее движения необходимоввести количественные меры этих величин исходя из поставленных задач. Массаявл. количественной мерой материи и вводится как для микро- и макрообъектов,так и для полей. Одной из количественных мер движения материи явл. эн-я.Она имеет много форм: механическая, тепловая, ядерная, химическая и т.д.Поскольку материя не сущ-вует без движения, а движение без материи междуколичественными характеристиками меры и движения материи должна существоватьсвязь. Эта связь была установлена в начале нашего в. А. Эйнштейном(1879-1955) в работах по Т. отнсит-ти. Мы будем расм-вать 2 вида материи -в-во и поле. К первому отнесем элементарные частицы, атомы, молекулы, всепостроенные из них макросистемы. Ко второму отнесем особую форму материи,физическую систему с бесконечным числом степеней свободы. Примерамифизических полей могут служить электромагнитные и грав-ные поля, поляядерных сил, а также волновые поля.
5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. ПОЛЕ. ПРИНЦИПЫ БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ И ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ. Первнач. в класич. механике утвердилась конц-я, что взаимдействие между телами происходит через пустое пространство, кот. не принимает участия во взаимодействии, передача взаимдейст. происходит мгновенно. По сути дела утверждалась возможность мгновеной передачи какого-либо воздействия от одного тела другому. При этом не оговаривался механизм этой передачи. Однако, даные представл. были откинуты, как не соответствующие реальным, после открытия и ислед. электрич. и магнитных полей. Понятие поля в применении к электрическому и магнитному полям было введено в 30-х гг 19-го в. М. Фарадеем. Согласно концепции близкодействия, взаимодействующие тела создают в кажд точке окружающего их прост-ва особое сост.-поле, кот. проявляется в силовом воздействии на друг. тела, в эти поля помещенные. Экспериментально было показано, что взаимдействие электрически заряженных тел осущ-ется не мгновенно. Перемещение 1ой заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на друг. заряж. частицу не в тот же момент, а спустя некоторое время. В разделяющем частицы прост-ве происходит некоторый процес, кот. распространяется с конечной, хотя и очень большой скор-тью. Был сделан вывод, что имеется посредник, осуществляющий взаимдействие между заряженными частицами. Этот посредник был назван электромагнитным полем. Каждая заряженная частица создает вокруг себя электромагнитное поле, действующее на друг. заряженные частицы. Скорость распространения электромагнитных волн не превышает скор. их распространения в вакууме, =ой 3(108 м/с. Тким обрзом, возникла новая конц-я - конц-я близкодействия. Согласно этой концепции, взаимдействие телами осущ-ется поср-вом тех или иных полей, непрерывно распределенных в прост-ве. Взаимодействие тел передается не мгновенно, а через некоторый промежуток времени. Скорость передачи взаимдейст. ограничена скор-тью света в вакууме.В современ. физике сущ-вует квантовая Т. поля. Согласно этой Т., люб. поле не непрерывно, а дискретно. Дискретность означает наличие некот. частиц поля-квантов. Каждому полю соотв-уют свои частицы.4 вида взаимодействий и полей: Гравитационные взаимдейст. обеспечивают тяготение тел друг к другу. Слабые взаимдейст. ответственны за большинство распадов и превращений элементарн. частиц. Электромагнитные взаимдейст.-это взаимдействие заряженных тел. Сильные взаимдейст. связываются протоны и нейтроны (нуклоны) в атомном ядре. Поскольку поля заданы в кажд точке прост-ва, т.е. в бесконечном числе точек, для их описания требуется не конечное, а бесконечное число параметров (степеней свободы). Сказанное не означает, что для описания поля надо реально задавать бесконечное число параметров. Достаточно уст-ть з-н, позволяющий находить поле в кажд точке прост-ва. Таковыми явл.: з-н всемирного тяготения для гравитационных полей, з-н Кулона для электрич. полей и з-н Био-Савара-Лапласа для магнитных полей.Особой формой существования материи явл. волны. Волна представляет из себя процес распространения возмущения какого-либо физ. параметра в прост-ве. волны в упругих средах, кот. локализованы в самой среде, и волны (электромагнитные, грав-ные), не ограниченные средой.
6. Сост. сист., ее изм. Во времени. Простейшая формя движения материи - механическое движение (перемещение тел в прост-ве и времени). В естествознании для описания систем вводятся модели. Простейшей моделью, на кот. удобно изучать механическое движение, явл. материальная точка, т.е. тело, имеющее массу, но не имеющее геометрических размеров. Тело можно заменить мат. точкой, if в рамках поставленной задачи можно пренебречь его размерами и формой. Раздел механики, в кот. описывается движение тела, и не вскрываются причины, его вызывающие, наз. кинематикой. Для описания движение тела, необходимо ввести систему отсч., относит. кот. задать его координаты, ввести динамические переменные, описывающие изменение положения тела во времени и ввести законы движения тела. Вообще говоря, сист. отсч. должна в себя включать систему тела, кот. мы считаем неподвижными и часы. С системой неподвижных тел необходимо связать систему коорд., например декартовых. Полож-е тчки в координатном прост-ве задается радиусом-вектором r(t). Полож-е тчки в прост-ве с течением времени меняется, и конец радиуса-вектора вычерчивает линию, кот. наз. траекторией движения. Траекторию можно разбить на бесконечно малые участки - dr. Поскольку перемещение dr, бесконечно мало, оно лежит на траектории движения. Время dt, за кот. происходит это перемещение, тоже бесконечно мало. Перемещение dr и время dt связаны друг с другом при помощи динамического параметра-мгновеной скор., определение кот.: ((t)=dr(t)/dt (9.1). Т.о, dr=(dt, след., направл. мгновеной скор. совпадает с направлением элементарного перемещения dr. По правилу сложения векторов сумма всех dr + r0 даст нам вектор r. Но, операция суммирования по бесконечно малым величинам наз. интегрированием. вычисление значения r(t), в люб. момент времени. r(t)=r0+ 'интеграл от t0 до t'(((t)dt) (9.2). ускорение, кот. тоже явл. векторной величиной и тоже может зависеть от времени и коорд.: a(t)=d((t)/dt (9.3). ==> d((t)=a(t)dt. If ф-я a(t) известна, то с ее помощью можно найти скорость тела в люб. момент времени, а зная ее, при помощи (9.2) можно найти полож. тела в люб. момент времени. ((t)=(0+ 'интеграл от t0 до t'(а(t)dt) (9.4), r(t) = r0 +'интеграл от t0 до t'(((0 +'интеграл от t0 до t'(а(t)dt))dt) или r(t)=r0+(0(t-t)+ 'интеграл'('интеграл от t0 до t'( а(t)dt)dt) (9.5). В этих формулах (0 - начальная скорость тела, т.е. его скорость в момент времени t0. Т.о, if нам известны начальное полож. мат. тчки - r0 и начальная скорость-(0, а также зависимость вектора скор. или вектора ускорения от времени, можно найти координаты системы в люб. последующий момент времени -r(t). В ряде случаев требуется найти не только полож. тела, но и тот путь, кот. оно пройдет. Пройденный путь есть скалярная величина, она обозначается S и численно =а длине траектории. Чтобы найти пройденный путь S необходимо просуммировать длины вектора dr, т.е. провести интегрирование по модулю вектора dr: S='интеграл от t0 до t'(dr)= 'интеграл от t0 до t'(v(t)dt) (9.6).
7. Осн. положения механики Галилея. Все Т., созданные до становления современ. физики, базировались на принципе, "Природа не терпит разрывов". Изменение состояния системы происходит не мгновенно, а плавно. взаимдействие тел происходит мгновенно. З-ны физики всегда базируются на опытах, экспериментах. Имено в рамках такого подхода Галилей создал основы класич. механики. Напомним, что в основе механики Аристотеля, доминировавшей в тот период, лежало утв., что скорость тела ~ приложенной силе: v~F. Галилей доказал неверность. Осуществил эксперимент в ходе кот. он определял время, необходимое для падения тел с вершины Пизанской башни. Возьмем несколько шаров одинакового размера, изготовленных из разного в-ва. Они имеют разный вес. Вес тела хар-зует силу тяготения, действующую на тело со стороны Земли. Сила тяготения, действующая на тело =а его весу. If справедливо утв. Аристотеля, то разные тела с разным весом должны обладать разными скоростями падения и, соответственно, достигать пов-ти земли при бросании с башни за разные промежутки времени. Однако, эксперименты, проведенные с разными телами показали, что они достигали пов-ти земли за практически одинаковые промежутки времени.Вывод однозначен. Скорость тела не опр-ся приложенной силой. Приложенной силой опр-ся какой-то другой динамический параметр. Галилею потребовалось много лет и много усилий, чтобы выяснить, что же это за параметр. В этой облти наиболее известны его эксперименты с движением шаров по наклонной плоскости. Шары скатывались по наклонной плоскости, длина кот. и высота были заданы. В ходе опыта Галилей определял путь S, проходимый телом в зависим. от времени t. Им был установлен з-н, являющийся частным случаем 2го з-на Ньютона. Путь, проходимый телом квадратично зависит от времени: S=v0t + (at^2)/2, где константа a(ускорение) прямо ~ высоте h и обратно ~ длине пути S. Начальная скорость тела - (0 в его опытах могла меняться. В опытах Галилея ускорение определялось ускорением свобод. падения: a~gh/s. Анализируя проводимые эксперименты, Галилей пришел к выводу о существовании з-на инерции. Действительно, if устремить длину основание наклонной плоскости к бесконечности, ускорение будет стремиться к нулю, знчит, за =ые промежутки времени тело будет проходить =ые отрезки пути и скорость тела будет пост.. Тело будет само по себе двигаться по инерции. Кроме экспериментов Галилей юзал умозрительные заключения. Он рассмотрел поведение тел и живых существ внутри корабля. Их поведение не зависит от того, стоит корабль у причала или двигается по спокойной воде с пост. скор-тью. Вывод: if корабль будет двигаться с пост. скор-тью, то находясь внутри корабля невозможно определить, движется он или стоит.