Классическая механика считается разновидностью механики (специального раздела), созданного учеными в целях исследования законов об изменениях положения объектов в пространстве с течением определенного времени, а также – причин, спровоцировавших данные процессы.
Рисунок 1. Преобразования Галилея. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Поскольку классическая механика базируется на законах Ньютона и принципе относительности, разработанном Галилеем, у нее появилось второе название – «Ньютоновская механика». Одним из важных моментов при изучении классической механики является исследование скоростей.
Суть классической механики
Изучение скоростей в классической механике предусматривает предварительное рассмотрение самой сути данного раздела физики. С этой целью, она состоит из нескольких важных аспектов, представляющих огромный интерес для физиков:
- статики, рассматривающей равновесие тел;
- кинематики, исследующей геометрические свойства движения без детального рассмотрения его причин;
- динамики, рассматривающей перемещение тел в пространстве.
Классическая механика может обеспечить максимально точные результаты в случае ограниченности ее применения телами, обладающими скоростями, намного уступающими по показателю скорости света.
Наряду с тем, классическая механика доказала свое огромное значение в плане скоростей объектов, благодаря своим уникальным свойствам:
Ее можно применять с целью описания движения объектов, подобных «волчку» и бейсбольному мячу. Она исключает существование противоречащих друг другу утверждений.
Стоит, однако, отметить, предупреждают физики, что объединение классической механики с некоторыми другими классическими теориями (классическая электродинамика или термодинамика) автоматически провоцирует возникновение неразрешимых противоречий. Классическая электродинамика предполагает постоянство скорости света для всех наблюдателей (здесь уже наблюдается несовместимость с принципами действия классической механики).
Физические основы классической механики
Рисунок 2. Физические основы классической механики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Впервые принципы механики сформулировал И. Ньютон, что произошло в 1687 году в рамках экспериментальных исследований перемещений макротел с незначительными (сравнительно со скоростью света) скоростями в условиях вакуумного пространства.
В основу классической механики положены следующие главные представления Ньютона относительно свойств времени и пространства:
- Абсолютно любой физический процесс протекает во времени и пространстве, что видно исходя из содержания пространственно-временных величин во всех областях физических явлений относительно каждого закона.
- Пространство, обладающее тремя измерениями, находится в подчинении у законов евклидовой геометрии, иными словами, - оно – плоское.
- Расстояния измеряются в масштабах, чьим основным свойством является принцип постоянного равенства двух однажды совпавших по своей длине масштабов. Промежутки времени при этом будут измеряться в часах, роль которых может выполняться абсолютно любой системой, поддающейся повторяющимся процессам.
- В зависимости от скоростей перемещений тел их непосредственных размеров, физики разделили механику на подразделы, такие, как: квантовая, релятивистская и классическая. Законы последней могут быть задействованы исключительно в отношении движения макротел с массой, превышающей атомную.
Релятивистская механика предусматривает наблюдение за движением макротел с близкими к скорости света в вакууме скоростями.
Квантовая механика изучает микрочастицы, чье движение характеризуется скоростью, существенно меньшей, чем скорость света в вакуумном пространстве.
С целью определения принадлежности микрочастицы к макроскопическим и вероятности применения в отношении нее классических формул, имеет смысл задействовать принцип неопределенности Гейзенберга, при котором реальные частицы можно охарактеризовать посредством импульса и координаты лишь с незначительной неточностью.
Физики отмечают, что в действительности, движения тел оказываются настолько сложными, что при их изучении имеет смысл отвлечься от несущественных для исследуемого движения деталей (иначе задача осложнилась бы настолько, что ее решение стало бы практически невозможным).
В этом плане задействованы такие понятия, как идеализация и абстракция, чье использование взаимозависимо от конкретного характера интересующих нас задач и от показателя точности, с которой мы желаем получить результат. Среди таких понятий существенная роль отводится материальной точке, абсолютно твердому телу и системе материальных точек.
Материальная точка представляет собой физическое понятие с целью описания поступательного движения тела при условии низкого показателя его линейных размеров (если сравнивать с аналогичным показателем других тел) в пределах предварительно заданной точности вычисления координаты тела.
Физики отмечают отсутствие в природе материальных точек и предлагают рассматривать одно и то же тело (в зависимости от характера условий) либо в качестве материальной точки или тела с конечными размерами.
Так, движущаяся вокруг Солнца Земля может по праву считаться материальной точкой, но при этом, в случае исследования ее вращения вокруг своей оси, она уже таковой являться не будет. Это, в свою очередь, объясняется существенным влиянием формы и размеров Земли на характер подобного движения, а сам путь прохождения определенной точкой земной поверхности за временной период, равный времени ее обращения вокруг собственной оси, окажется равнозначным линейным размерам земного шара.
Самолет также можно рассматривать в качестве материальной точки в случае изучения движения его центра масс. В то же время, при необходимости учитывания воздействия среды либо определения усиления в отдельных его частях, его приходится рассматривать уже в качестве абсолютно твердого тела.
Закон сложения скоростей в классической механике
В рамках действия законов и принципов классической механики, абсолютная скорость точки равнозначна векторной сумме её переносной и относительной скоростей. Данное равенство, в свою очередь, характеризуется утверждением теоремы сложения скоростей.
Иными словами, в более детальном выражении, она звучит так: скорость движения тел, относительно неподвижных систем отсчёта, будет равнозначна векторной сумме скорости указанного тела в отношении к подвижной системе скорости и отсчета, где в конкретный момент времени пребывает тело.
Таким образом, ученые предлагают следующие выводы, относительно действия законов скорости на простых примерах в классической механике:
- Абсолютная скорость ползущей по радиусу вращающейся граммофонной пластинки мухи равна сумме скорости ее перемещения относительно пластинки и скорости, которой обладает точка пластинки под мухой относительно земли. Таким образом, она будет зависеть от скорости вращения пластинки.
- Если человек направляется по коридору вагона со скоростью 5 км/ч, а сам вагон при этом движется с показателем скорости в 50 км/ч, то скорость человека относительно Земли окажется – 55 км/ч (по направлению движения поезда) и 45 км/ч (если он движется в противоположном направлении).
- Если волны относительно берега движутся при скорости в 30 км/ч (а скорость корабля при этом окажется аналогичной), то скорость движения волн относительно корабля будет 30 км/ч, что говорит о неизменности данного показателя.
