Классическая механика, получившая название механики Ньютона, дает качественные характеристики закономерностей механического движения. Классическая механика описывает в универсальном стиле движение любых материальных точек. Из них во времена Исаака Ньютона можно было строить любые возможные материальные объекты во Вселенной. Таким незамысловатым образом давалось теоретическое объяснение разных механических явлений в природе. Такие закономерности были сформулированы в ряде основных постулатов тех лет и до сих пор многие из них актуальны.
Рисунок 1. Границы применимости классической механики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Постулаты классической механики
Они звучат следующим образом:
- пространство и время существуют раздельно друг от друга и не имеют прямой зависимости от материальных тел, которые находятся в физическом мире;
- само пространство можно представить в виде однородного и изотропного явления;
- формулируются законы импульса и момента импульса;
- ход времени не зависит от материальных тел, которые находятся в пространстве;
- это ведет к однородности времени, то есть формулируется закон сохранения энергии.
Рисунок 2. Постулаты классической механики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В инерциальных системах отсчета действуют иные принципы. Для таких явлений будет справедливо использовать принцип относительности, который сформулировал Галилей. Согласно его представлениям всевозможные механические процессы могут протекать в любой инерциальной системе отсчета с одинаковой точностью. В этот момент будут действовать силы взаимодействия. Они зависят от положения всех материальных точек в пространстве и времени.
Таким образом, процесс взаимодействия между разными объектами физического мира будет происходить мгновенно, при этом объекты находятся на произвольном расстоянии между собой. В механике Ньютона действует бесконечно большая скорость распространения взаимодействия. Второй закон Ньютона предусматривает наличие массы материальной точки, но она не будет зависеть от показателей скорости своего движения.
Все измерения согласно представленным постулатам и законам классической механики можно провести с большой точностью. Это касается в первую очередь показателей динамических и кинетических переменных. Они представлены в виде координат, момента импульса, а также проекции импульса. Из этого следует, что можно охарактеризовать движение любой материальной частицы. Для этого представлено понятие траектории. Оно складывается из расчета выше представленных переменных.
Противоречия с электромагнетизмом
Через некоторое время подобные незыблемые правила оказались под угрозой в связи с выявлением ряда ограничений. Весь раздел классической механики Ньютона подвергся определенным ограничительным рамкам в связи с опытными изысканиями и научными трудами основоположников теории электромагнетизма. Ими выступили знаменитые ученые Максвелл и Фарадей. Они смогли исследовать экспериментальным способом различные электромагнитные явления и разработали собственные правила, применимые к ним в полной мере, отдалив основы классической механики.
С точки зрения явления электромагнетизма, существует иная нематериальная основа всех происходящих процессов с физическими телами. Открытое электромагнитное поле выступило в роли новой изучаемой материи, на которую нанизываются основы нового раздела физики. Они не могли в полной мере подчиняться ранее опубликованным трудам Исаака Ньютона о материальной основе механической физики.
Около ста лет назад были проведены достаточно точные исследования в области измерения основных величин времени и пространства. Была с большой точностью установлена скорость света. Оказалось, что она имеет свое конечное значение, которое никак не может изменяться. Это означало, что все объекты в физическом мире имеют предельную скорость распространения, так как свет был основой передачи любых сигналов и взаимодействий из одной точки пространства в другую.
Это резко контрастировало с утверждениями Галилея и его принципом относительности. Классический закон сложения скоростей экспериментальным способом был отменен. В это время начало зарождаться новое направление в физике, которое получило название релятивистской механики. После указанных опытов выявились и иные противоречия. Физическое пространство в реальном времени может обладать признаками кривизны. Оно определяется расположением масс в пространстве. Это удалось доказать во время солнечного затмения, когда измерялись показатели отклонения световых лучей, которые шли от иных звезд и распространялись прямолинейно вблизи Солнца.
Применение квантовой механики
В период создания планетарной модели элементарной частицы – атома ученый Резерфорд нашел еще одну нестыковку с классической теорией механики. Классическая физика тех лет не предполагала проблемы устойчивости атома. Эту проблему удалось решить только в середине 20 века, когда были сформулированы новые теории в рамках квантовой механики.
Рисунок 3. Применение квантовой механики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Тогда для объемного описания наблюдаемых процессов пришлось ввести величину с размерностью действия. Она смогла выступить в роли недостающего критерия применимости для описания физических явлений в классическом представлении механики Ньютона.
Изменение действия было равно произведению энергии на приращение времени, а также произведению импульса на приращение координаты. Подобное характерное изменение действия являлось соизмеримо с постоянной Планка. Оно также могло иметь меньшие показатели. Для этих случаев классическая механика была неприменима далее. Для описания и изучения физических явлений начали использовать теорию квантовой механики, которую используют и в настоящее время.
Постепенно исследователям удалось обнаружить ряд основных границ применимости законов классической механики Ньютона:
- классическая механика может быть применима только для описания механических систем, где скорость составляющих ее объектов намного меньше скорости света;
- классическая механика применима для описания таких объектов, где динамические величины с размерностью действия намного больше постоянной Планка.
