ФИЗИКА

Основные понятия классической физики

Основополагающими понятиями классической физики являются:

  • - пространство;
  • - время;
  • - событие;
  • - наблюдатель;
  • - тело;
  • - физическое взаимодействие;
  • - энергия;
  • - сила;
  • - работа;
  • - энтропийная энергия;
  • - энтропия;
  • - физическое иоле и др.

Пространство в классической физике представляется как бесконечная протяженность, в которой всегда можно выделить три взаимно перпендикулярных направления (измерения) - длину, ширину, высоту. В истории естествознания сохранилось под названием «трёхмерное евклидово пространство».

Время - длительность, бесконечно движущаяся только в одном направлении - от прошлого к будущему.

Событие - явление или процесс, наблюдающиеся в пространстве и протекающие во времени.

Наблюдатель - субъект, воспринимающий события.

Пространство (П), время (В), событие (С) и наблюдатель (Н) рассматриваются как четыре независимых друг от друга компонента действительности. Всякое событие жёстко детерминированно, т.е. воспринимается как неизбежное следствие причины, вызвавшей это событие (рис. 1.1).

Тело - это объект, состоящий из вещества, г.е. обладающий массой покоя и представляющий собой форму существования вещества.

Физическое взаимодействие - взаимное воздействие тел друг на друга. На сегодняшний день в рамках такого понимания принято выделять 4 типа фундаментальных физических взаимодействий:

^ гравитационное - между массами тел;

^ электромагнитное - между зарядами тел;

^ сильное - между нуклонами атомов (протонами и нейтронами). Обеспечивает объединение нуклонов в ядро (радиус действия ~ 10 15 м);

^ слабое - между кварками, из которых состоят нуклоны. Обеспечивает распад ядер атомов и элементарных частиц1 (радиус действия ~ 2-10 18 м). Слабее сильного и электромагнитного, но намного сильнее гравитационного.

Условные обозначения пространства, времени, события и наблюдателя

Рис. 1.1. Условные обозначения пространства, времени, события и наблюдателя

При этом следует иметь в виду, что сравнительно недавно, в конце 60-х гг. XX в., было доказано, что электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой два аспекта единого взаимодействия, которое назвали электрослабым. Схематично такая классификация фундаментальных физических взаимодействий представлена на рис. 1.2.

Общепринятая классификация фундаментальных взаимодействий в рамках классического естествознания

Рис. 1.2. Общепринятая классификация фундаментальных взаимодействий в рамках классического естествознания

Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и перехода движения материи из одних форм в другие.

Сила - векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на данное тело других тел. [1]

Работа - количественная характеристика действия силы и перемещения точки ее приложения.

Энт ропийная энергия - энергия, не способная превратиться в работу (обесцененная). Например, если газ внутри воздушного шара под воздействием солнечных лучей расширится, сохранив первоначальную температуру, то энергия этого газа останется неизменной. Однако способность газа совершать работу но расширению уменьшится, потому что часть этой работы окажется совершённой. При этом говорят, что возросла энтропийная энергия газа.

Энтропия (5) - мера обесцененной энергии (0, связанная с нею уравнением

для изотермических процессов, где Т - абсолютная температура. Иначе энтропию толкуют как меру беспорядка из-за увеличения возможности свободного движения каждого атома газа при увеличении объёма.

Физическое поле - это свойство пространства или среды направлено взаимодействовать с теми или иными физическими телами.

Подобно тому как любое тело может приобретать различные свойства при неодинаковых условиях, пространство также способно проявлять разнообразные свойства. Например, вода может быть в жидкой форме, твёрдой (лёд, снег), газообразной (нар), а пространство способно проявлять свойства физического поля: элекгрического, магнитного, гравитационного.

Источником поля называется тело, являющееся началом этого ноля.

Гравитационное поле - свойство пространства направленно взаимодействовать с массой тела. Источник фавигационного ноля - масса другого тела (рис. 1.3).

Электрическое поле - эго свойство пространства направленно взаимодействовать с покоящимся заряженным телом (электрическим зарядом).

Электрическое иоле может возникать от источника - заряженного тела (рис. 1.4), а также существовать вне источника, образуя вихревые, т.е. замкнутые, линии напряжённости в результате изменения магнитного поля (рис. 1.5), или являться компонентом невещественной волновой частицы - фотона, не обладающего массой покоя (рис. 1.6).

Электрическое поле, создаваемое покоящимся заряженным телом, называется электростатическим нолем. Раздел физики, изучающий закономерности взаимодействия покоящихся зарядов, называется электростатикой. Раздел физики, изучающий закономерности взаимодействия движущихся зарядов, называется электро динамикой.

Гравитационное поле, создаваемое массой т; С напряжённость гравитационного поля

Рис. 1.3. Гравитационное поле, создаваемое массой т; С напряжённость гравитационного поля

Электрические поля, создаваемые покоящимися электрическими зарядами. напряжённость электрического поля векторная величина, указывающая направление и величину силы, действующей на положительный заряд

Рис. 1.4. Электрические поля, создаваемые покоящимися электрическими зарядами. напряжённость электрического поля векторная величина, указывающая направление и величину силы, действующей на положительный заряд

Вихревое электрическое поле, возникшее в результате движения магнита от читателя, перпендикулярно плоскости рисунка

Рис. 1.5. Вихревое электрическое поле, возникшее в результате движения магнита от читателя, перпендикулярно плоскости рисунка

Строение фотона

Рис. 1.6. Строение фотона. В вектор магнитной индукции; X - длина волны расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в одной фазе движения2; Е0 и В0 амплитуды колебания’ напряжённости электрического поля и вектора магнитной индукции соответственно. В состав фотона не входит вещество, однако, поскольку электрическое и магнитное поля обладают энергией (?), на основании уравнения, открытого А. Эйнштейном Е = тс1, где с скорость движения фотона в вакууме (с = 300 000 км/с), считается, что фотон обладает массой т = Е1с2. Но его масса покоя равна нулю

При движении заряженной частицы в электрическом ноле она окажется под воздейс твием не только электрического, но и магнитного поля.

Магнитное поле - это свойство пространства направленно взаимодействовать с движущимся зарядом. Магнитное иоле не взаимодействует с покоящимся зарядом. Причиной возникновения магнитного поля является движение электрическою заряда (рис. 1.7). Фотоны, включающие в себя магнитное поле, могут возникать в результате колебательного движения заряженной частицы, а также вследст вие других форм взаимодействия веществ.

Вихревое магнитное поле. V вектор скорости движения положительно заряженной частицы

Рис. 1.7. Вихревое магнитное поле. V вектор скорости движения положительно заряженной частицы

Магнитное поле не имеет источников, потому что оно либо является вихревым, а значит, не имеющим ни начала, ни конца, либо существует в составе фотона - частицы, не являющейся веществом (см. рис. 1.6). То есть магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. Неразрывность единства электрического и магнитного полей принято обозначать термином «электромагнитное поле». Электрическое и магнитное поля считаются аспектами одного электромагнитного поля, единство которого особенно наглядно проявляется в строении фотона.

Следует подчеркнуть, что фотон (см. рис. 1.6) не считается источником электрического или магнитного поля, поскольку нс обладает массой покоя, а значит, не является телом. Фотон рассматривается в качестве мельчайшей компоненты (кванта) электромагнитной волны (рис. 1.8).

Фрагмент электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси Ъ со скоростью света (с)

Рис. 1.8. Фрагмент электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси Ъ со скоростью света (с): колебания В происходят вдоль оси X, колебания Е вдоль оси У

Акустическое поле - это свойство колеблющейся среды (газообразной, жидкой или твёрдой) воздействовать на слух. При этом под колебаниями подразумевают чередующиеся во времени сжатия и разряжения среды в виде продольной волны (рис. 1.9), вызванные каким-либо источником.

Иллюстрация продольного колебания среды, состоящей из отдельных частиц (молекул)

Рис. 1.9. Иллюстрация продольного колебания среды, состоящей из отдельных частиц (молекул)

Энергия, с точки зрения классической физики, - это скалярная мера различных форм движения материи.

Сила - векторная мера механического воздействия на тело.

Контрольные вопросы

  • 1. Дайте определения наиболее фундаментальным понятиям физики.
  • 2. Какие существуют типы взаимодействия?
  • 3. Объясните следующие понятия: электрическое поле, магнитное поле, гравитационное поле, акустическое поле.

  • [1] Например, свободный нейтрон распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино. Нейтрон, находящийся в составе ядра, может распадаться на протон, позитрон и электронное нейтрино. Протон может захватывать электрон, превращаясь внейтрон и нейтрино.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >