Меню Рубрики

Физика это наука о движении тел с геометрической точки зрения

Раздел физики, который вы начинаете изучать, называется механикой. Механика — это наука о движении тел.

По характеру решаемых задач механику делят на две основные части: кинематику и динамику.

В кинематике (от греческого слова «кинема» — движение) дается описание того, как движутся тела, без выяснения причин, почему они так движутся. Причины, которыми обусловлено то или иное движение, изучаются в динамике (от греческого слова «динамис» — сила).

Напомним, что механическим движением тела называется процесс изменения его положения относительно какого-либо другого тела, выбранного за тело отсчета. Поэтому, чтобы судить о том, движется данное тело или нет, надо сначала выбрать тело отсчета, а затем посмотреть, меняется ли положение рассматриваемого тела относительно выбранного тела отсчета. При этом тело может двигаться относительно одного какого-либо тела отсчета и не двигаться по отношению к другому телу отсчета.

Например, лежащий на земле камень покоится относительно Земли, но движется (вместе с Землей) относительно Солнца.

Для определения положения тела в пространстве ученые используют систему координат — три взаимно перпендикулярные оси X, Y, Z. Время измеряют с помощью часов. Совокупность тела отсчета, связанной с ним системы координат и часов называют системой отсчета.

Механическое движение относительно. Это означает, что:
1) бессмысленно говорить о движении тела, не указав тело отсчета, относительно которого рассматривается это движение;
2) относительно разных тел отсчета (например, Земли, Солнца, самолета и т. д.) одно и то же движение может выглядеть по-разному: разными могут быть траектории движения, пройденные пути, скорости и т. д.

Но наряду с относительностью механическому движению присущи и черты абсолютности. Абсолютными называют такие свойства движения, которые не зависят от выбора тела отсчета. Например, если относительно Земли два тела A и B приближаются друг к другу, то их сближение будет происходить и относительно любого другого тела отсчета (автомобиля, Луны, Солнца и т.д.). Другими словами, нельзя найти такое тело отсчета, по отношению к которому эти два тела A и B не сближались бы, а, например, удалялись бы друг от друга. Сближение этих тел имеет абсолютный характер.

Проблемы, связанные с движением тел, интересовали людей с незапамятных времен. Исследования этих проблем были вызваны как практическими нуждами людей, так и любознательностью самих исследователей. Решения механических проблем часто требовали большой сообразительности (вспомните, например, Архимеда). Поэтому неудивительно, что само название науки о движении тел (механика) переводится как «хитрость, ухищрение».

Размышляя о движении тел, древнегреческие ученые иногда приходили к необычным парадоксам. Наиболее удивительными среди них являются парадоксы Зенона Элейского (V в. до н. э.). Придуманные им парадоксы (или, как их еще называют, апории) продолжают обсуждаться учеными уже на протяжении двух с половиной тысяч лет!

Самой знаменитой, пожалуй, является апория Зенона под названием «Ахиллес и черепаха». В ней Зенон доказывает, что герой Троянской войны Ахиллес, несмотря на свои быстрые ноги, не сможет догнать даже медлительную черепаху. Пусть, говорит Зечон, Ахиллес начинает бежать за черепахой, взяв одновременно с ней старт на некотором расстоянии AB позади нее (рис. 1). Ясно, что, прежде чем Ахиллес догонит черепаху, он должен сначала миновать разделяющее их расстояние AB. Но пока он пробежит это расстояние, черепаха тоже проползет немного вперед, и Ахиллесу придется преодолевать дополнительное расстояние BC. Но пока он сделает это, черепаха вновь уйдет вперед, и Ахиллесу снова придется преодолевать дополнительное расстояние. За это время черепаха проползет следующий отрезок пути, и так далее, до бесконечности. В итоге, чтобы догнать черепаху, Ахиллесу потребуется преодолеть бесконечное число отрезков пути, а следовательно, и бесконечно большое время. Но это и означает, что он ее никогда не догонит!

На самом деле, конечно, Ахиллес (как и любой другой человек) без труда догонит и перегонит ползущую впереди черепаху. Но в этом и заключается парадокс: каким образом человеку удается догнать черепаху на практике, если теоретически (с точки зрения Зенона) это является невозможным?

К не менее странному выводу приводит и другая апория Зенона — «Стадион». На стадионе имеются три ряда тел (рис. 2, а). Ряд 1 находится в покое. Ряды же 2 и 3 начинают с одинаковой скоростью двигаться навстречу друг другу и через некоторое время оказываются в положении, показанном на рисунке 2, б. При этом первое тело ряда 3 одновременно проходит и мимо всего ряда 2, т. е. некоторое расстояние s, и мимо половины ряда 1, т. е. расстояние s/2. Так как оба эти расстояния проходятся одновременно, то получается, что целое равно своей половине:

Но это абсурд! Учитывая, что пришли мы к этому нелепому выводу, считая, что ряды 2 и 3 движутся, мы должны, таким образом, признать, что на самом деле они двигаться не могут!
Движения не существует — к такому странному выводу пришел Зенон.

Любопытно, что, когда с парадоксами Зенона ознакомили другого древнегреческого философа — Диогена, тот встал и молча стал расхаживать взад и вперед, показывая тем самым на практике, что движение все-таки существует!

Много веков спустя, желая отдать должное остроумию Диогена, А. С. Пушкин написал:

Движенья нет, сказал мудрец брадатый,
Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Однако Диоген был достаточно мудр, чтобы понять, что ходьбой Зенона не опровергнешь. Более того, когда один из его учеников был удовлетворен этим «опровержением», Диоген стал его бить палкой на том основании, что «не следует удовлетворяться чувственной достоверностью, а необходимо понимать»!

Так что если вы хотите найти решение парадоксов Зенона, то это нужно делать не практикой, а путем поиска ошибок в рассуждениях самого Зенона.

Нужно сказать, что общепринятого решения парадоксов Зенона не существует до сих пор. Анализ вскрытых Зеноном проблем показал, что механическому движению действительно присущи странные и даже противоречивые свойства. И одним из таких свойств является свойство относительности.

Зенон был первым, кто столкнулся с проблемой относительности движения. В своей апории «Стадион» он рассматривает движение тела относительно двух разных тел отсчета (одним телом отсчета является ряд 1, другим — ряд 2). Описание движения относительно двух разных тел отсчета дало разные результаты. Но правильный вывод, который здесь нужно сделать, заключается не в невозможности движения, а в существовании внутренне присущего ему свойства относительности.

1. Что такое механика? 2. Чем отличается кинематика от динамики? 3. Что называется механическим движением? 4. Что понимают под относительностью движения? 5. Кто находится в движении: пассажир, едущий в автобусе, или человек, стоящий у автобусной остановки?

По предметному своеобразию все научные дисциплины делятся на группы: естественные, общественные, технические. Естествознание — это

  1. система знаний о бытии человека, социума, государства
  2. наука о наиболее общих свойствах материи и формах ее движения
  3. совокупность наук о Природе, взятая как единое целое
  4. учение о живой природе

Предметом исследования естественных наук являются

  1. все проявления социальной жизни: деятельность людей, их мысли, чувства, ценности
  2. возможности использования знаний о природных процессах в производственной деятельности человека
  3. все доступные человеку природные процессы, протекающие независимо от воли и сознания людей
  4. общественные явления и системы, их структуры

Естествознание — это .

  1. наука о строении и развитии нашей планеты
  2. совокупность наук о природе, рассматриваемой как единое целое
  3. знание о человеке как мыслящем существе
  4. наука о телах, их движении, превращениях

Естественные науки характеризуются:

  1. Совпадением объекта и субъекта познания
  2. Преобладанием качественных оценок
  3. Затрудненностью экспериментальных методов исследования
  4. Упором на строго объективную количественную оценку изучаемых объектов

В естественных науках.

  1. изучаются типичные, универсальные процессы
  2. осуществляется преимущественно качественная оценка явлений
  3. изучаются уникальные явления
  4. происходит истолкование явлений

Систему естественных наук можно представить в виде иерархической лестницы, каждая ступень которой является фундаментом для следующей науки, основывающейся на данных предшествующей. Укажите правильную последовательность:

  1. химия, биология, физика
  2. физика, химия, биология
  3. физика, биология, химия
  4. биология, химия, физика

Выберите пять фундаментальных естественнонаучных направлений:

  1. физика, биология, химия, астрономия, геология
  2. физика, история, химия, биология, геология
  3. физика, математика, биология, химия, геология
  4. физика, биология, химия, астрология, геология

Выберите неверное утверждение:

Основой всех естественных наук является:

Исторически первой физической наукой, является …

  1. кинематика;
  2. физика элементарных частиц;
  3. механика;
  4. статистическая механика.

Физика – это наука о …

  1. телах, их движении, превращениях и формах проявления на различных уровнях
  2. движении тел с геометрической точки зрения
  3. движении тел под действием приложенных сил
  4. равновесии и движении тел в пространстве и времени

Физика – это наука, изучающая …

  1. физические свойства и процессы, происходящие в геосферах
  2. закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие движение
  3. строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений
  4. наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения

Исторически первой физической наукой является механика. Это:

  1. наука, изучающая тепловые процессы
  2. учение о равновесии и движении тел в пространстве и времени
  3. наука о телах, их движении, превращениях и формах проявления на различных уровнях
  4. учение о движении молекул жидкости и газа

Химия – это наука о …

  1. количественном и качественном составе вещества
  2. природных химических соединениях, их составе, свойствах, особенностях строения и условиях образования
  3. распределении химических элементов в различных геосферах, закономерностях их поведения и превращений
  4. химических элементах и соединениях, их свойствах, превращениях

Одним из разделов химии является органическая химия. Органическая химия …

  1. изучает химические элементы и их соединения
  2. исследует строение, состав и свойства только биологических полимеров
  3. изучает соединения углерода
  4. это наука о качественном и количественном составе веществ

Биология – это наука о …

  1. биологической природе человека
  2. клетке, ее строении, функциях, химическом составе, индивидуальном и историческом развитии
  3. живой природе, о закономерностях органического мира
  4. отношениях растительных и животных организмов между собой и с окружающей средой

Разделами биологии является анатомия, физиология, эмбриология. Эти науки …

  1. исследуют проблемы наследственности и изменчивости
  2. изучают типы организмов и их взаимоотношения
  3. изучают строение, функции и развитие организма
  4. исследуют живую клетку

Геология – это …

  1. комплекс наук о химическом составе Земли, закономерностях распространения химических элементов в различных геосферах, законах их поведения, сочетания и миграций
  2. наука, изучающая поверхность Земли с ее природными условиями
  3. комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и Земли
  4. наука о размещении в земной коре полезных ископаемых

На стыке двух фундаментальных естественных наук биологии и химии возникла биохимия. Биохимия – это наука …

  1. о химическом составе Земли
  2. о химическом составе и химических реакциях живых организмов
  3. о биологической природе человека
  4. изучающая соединения углерода

На стыке двух фундаментальных естественных наук физики и геологии возникла геофизика. Это наука:

  1. о горных породах, их составе, закономерностях распространения и происхождения
  2. о внутреннем строении, физических свойствах и процессах, происходящих в геосферах
  3. о химическом составе Земли, ее составе, структуре, особенностях формирования и развития
  4. изучающая природные комплексы и их компоненты

На стыке двух фундаментальных естественных наук химии и геологии возникла геохимия. Геохимия – это наука о …

  1. химическом составе Земли, закономерностях распространения химических элементов в различных геосферах, законах их поведения, сочетаний и миграций
  2. химических элементах и соединениях, их свойствах, превращениях
  3. внутреннем строении, физических свойствах и процессах, происходящих в геосферах
  4. природных химических соединениях (минералах), их составе, свойствах, особенностях строения и условиях образования
Читайте также:  Предмет анатомия физиология и патология органов зрения слуха и речи

Примером интеграции наук является …

Предмет естествознания

Существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания:

1) естествознание — это наука о Природе как единой целостности;

2) естествознание — совокупность наук о Природе, рассматриваемой как целое.

На первый взгляд, эти определения отличны друг от друга. Одно говорит о единой науке о Природе, а другое — о совокупности отдельных наук. Тем не менее на самом деле отличия не столь велики, так как под совокупностью наук о Природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.

Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Спецификой естествознания является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции. Только так можно представить Природу как единую целостную систему, выявить те основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становится формулировка основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.

В школе изучаются отдельные естественные науки — физика, химия, биология, география, астрономия. Это служит первой ступенью познания Природы, без которой невозможно перейти к осознанию ее как единой целостности, к поиску более глубоких связей между физическими, химическими и биологическими явле-

ниями. Это и есть главная задача настоящего курса. С его помощью мы должны более глубоко и точно познать отдельные физические, химические и биологические явления, занимающие важное место в естественно-научной картине мира; а также выявить скрытые связи, создающие органическое единство этих явлений, что невозможно в рамках специальных естественных наук.

Мы уже говорили о структуре науки, представляющей собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание — не менее сложная система, все части которой находятся в отношениях иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является фундаментом для следующей за ней науки, и в свою очередь, основывается на данных предшествующей науки.

Основой, фундаментом всех естественных наук, бесспорно, является физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Сегодня невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика — учение о равновесии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Механика явилась исторически первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются:

1) статика, изучающая условия равновесия тел;

2) кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения;

3) динамика, рассматривающая движение тел под действием
приложенных сил.

Также в механику входят гидростатика, пневмо- и гидродинамика.

Механика — физика макромира. В Новое время зародилась физика микромира. В ее основе лежит статистическая механика, или молекулярно-кинетическая теория, изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц. Разделами физики являются термодинамика, изучающая тепловые процессы; физика колебаний (волн), тесно связанная с оптикой, электричеством, акустикой. Названными раз-

делами физика не исчерпывается, в ней постоянно появляются новые физические дисциплины.

Следующей ступенькой является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается очень легко. Для этого достаточно вспомнить школьные уроки по химии, на которых говорилось о строении химических элементов и их электронных оболочках. Это пример использования физического знания в химии. В химии вьщеляют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.

В свою очередь, химия лежит в основе биологии — науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний — знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (предмет — растительное царство), зоологию (предмет — мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма. Цитология исследует живую клетку, гистология — свойства тканей, палеонтология — ископаемые останки жизни, генетика — проблемы наследственности и изменчивости.

Науки о Земле являются следующим элементом структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.

Завершает эту грандиозную пирамиду знаний о Природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, которые исследуют строение и происхождение планет, звезд, галактик и т.д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике. Это позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, что, очевидно, отражает одно из важнейших свойств самой Природы.

Структура естествознания не ограничивается названными выше науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки — это выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.

Интеграция науки — это появление новых наук на стыках старых, процесс объединения научного знания. Примерами такого рода наук являются: физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.

Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

Необходимо также отметить, что система естествознания отнюдь не является незыблемой, в ней не только постоянно появляются новые науки, но и меняется их роль, периодически происходит смена лидера в естествознании. Так, с XVII в. до середины XX в. таким лидером, бесспорно, была физика. Но сейчас эта наука почти полностью освоила свою область действительности, и большая часть физиков занимается исследованиями, носящими прикладной характер (то же касается химии). Сегодня бум переживают биологические исследования (особенно в пограничных областях — биофизике, биохимии, молекулярной биологии). По некоторым данным, в середине 1980-х г. в биологических науках было занято до 50% ученых США, 34% — в нашей стране. США, Великобритания без возражений финансируют самые разные биологические исследования. Так что XXI в., очевидно, станет веком биологии.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Помогите ответить по КСЕ

1) Естествознание — это .
1)совокупность наук о природе, рассматриваемой как единое целое
2)наука о телах, их движении, превращениях
3)знание о человеке как мыслящем существе
4)наука о строении и развитии нашей планеты

2)Основой всех естественных наук является:
1)физика
2)химия
3)биология
4)астрономия

3) Систему естественных наук можно представить в виде иерархической лестницы, каждая ступень которой является фундаментом для следующей науки, основывающейся на данных предшествующей. Укажите правильную последовательность:
1)физика, химия, биология
2)химия, биология, физика
3)биология, химия, физика
4)физика, биология, химия

4) Физика — это наука о .
1)равновесии и движении тел в пространстве и времени
2)движении тел под действием приложенных сил
3)движении тел с геометрической точки зрения
4)телах, их движении, превращениях и формах проявления на различных уровнях

5) Исторически первой физической наукой, является …
1)механика
2)кинематика
3)статистическая механика
4)физика элементарных частиц

6) Химия — это наука о .
1)количественном и качественном составе вещества
2)химических элементах и соединениях, их свойствах, превращениях
3)природных химических соединениях, их составе, свойствах, особенностях строения и условиях образования
4)распределении химических элементов в различных геосферах, закономерностях их поведения и превращений

7) Геология – это …
1)наука о размещении в земной коре полезных ископаемых
2)наука, изучающая поверхность Земли с ее природными условиями
3)комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и Земли
4)комплекс наук о химическом составе Земли, закономерностях распространения химических элементов в различных геосферах, законах их поведении, сочетания и миграций

8) Одним из разделов химии является органическая химия. Органическая химия …
1)это наука о качественном и количественном составе веществ
2)изучает соединения углерода
3)изучает химические элементы и их соединения
4)исследует строение, состав и свойства только биологических полимеров

9) На стыке двух фундаментальных естественных наук химии и геологии возникла химия. Геохимия — это наука о.
1)внутреннем строении, физических свойствах и процессах, происходящих в геосферах
2)химических элементах и соединениях, их свойствах, превращениях
3)химическом составе Земли, закономерностях распространения химических элементов в различных геосферах, законах их поведения, сочетания и миграций
4)природных химических соединениях (минералах), их составе, свойствах, особенностях строения и условиях образования

10) Физика — это наука, изучающая.
1)наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения
2)физические свойства и процессы, происходящие в геосферах
3)закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение
4)строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений

11) Геология-это .
1)комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли
2)система наук, изучающая природные и производственно-территориальные комплексы и их компоненты
3)наука о внутреннем строении, физических свойствах и процессах, происходящих в геосферах
4)наука о горных породах, их составе, условиях залегания, закономерностях
распространения и происхождения

12) Основой всех естественных наук является…
1)физика
2)геология
3)биология
4)химия

13) Математика — это .
1)прикладная наука
2)естественная наука
3)формальный язык естествознания
4)гуманитарная наука

14) Биология — это наука о .
1)живой природе, о закономерностях органического мира
2)биологической природе человека
3)отношениях растительных и животных организмов между собой и с окружающей средой
4)клетке, ее строении, функциях, химическом составе, индивидуальном и историческом развитии

1. Предмет и структура естествознания.

1) Естествознание — это .

совокупность наук о природе, рассматриваемой как единое целое

наука о телах, их движении, превращениях

знание о человеке как мыслящем существе

наука о строении и развитии нашей планеты

Основой всех естественных наук является:

3) Систему естественных наук можно представить в виде иерархической лестницы, каждая ступень которой является фундаментом для следующей науки, основывающейся на данных предшествующей. Укажите правильную последовательность:

физика, химия, биология

химия, биология, физика

биология, химия, физика

физика, биология, химия

4) Физика — это наука о .

равновесии и движении тел в пространстве и времени

движении тел под действием приложенных сил

движении тел с геометрической точки зрения

телах, их движении, превращениях и формах проявления на различных уровнях

5) Исторически первой физической наукой, является …

физика элементарных частиц

6) Химия — это наука о .

количественном и качественном составе вещества

химических элементах и соединениях, их свойствах, превращениях

Читайте также:  Как определить в каком состоянии зрение

природных химических соединениях, их составе, свойствах, особенностях строения и условиях образования

распределении химических элементов в различных геосферах, закономерностях их поведения и превращений

7) Геология – это …

наука о размещении в земной коре полезных ископаемых

наука, изучающая поверхность Земли с ее природными условиями

комплекс наук о составе, строении, истории развития земной коры и Земли

комплекс наук о химическом составе Земли, закономерностях распространения химических элементов в различных геосферах, законах их поведении, сочетания и миграций

8) Одним из разделов химии является органическая химия. Органическая химия …

это наука о качественном и количественном составе веществ

изучает соединения углерода

изучает химические элементы и их соединения

исследует строение, состав и свойства только биологических полимеров

9) На стыке двух фундаментальных естественных наук химии и геологии возникла химия. Геохимия — это наука о.

внутреннем строении, физических свойствах и процессах, происходящих в геосферах

химических элементах и соединениях, их свойствах, превращениях

химическом составе Земли, закономерностях распространения химических элементов в различных геосферах, законах их поведения, сочетания и миграций

природных химических соединениях (минералах), их составе, свойствах, особенностях строения и условиях образования

10) Физика — это наука, изучающая.

наиболее простые и вместе с тем наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения

физические свойства и процессы, происходящие в геосферах

закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение

строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений

комплекс наук о земной коре и более глубоких сферах Земли

система наук, изучающая природные и производственно-территориальные комплексы и их компоненты

наука о внутреннем строении, физических свойствах и процессах, происходящих в геосферах

наука о горных породах, их составе, условиях залегания, закономерностях распространения и происхождения

12) Основой всех естественных наук является…

§ 1.1. Физика и геометрия

Обоснование выбора той или иной системы аксиом требует обращения к естествознанию.

Проблема соотношения физической и геометрической (математической) составляющих представлений (моделей) о пространстве и времени является одной из самых актуальных философских проблем. Действительно, ставшая уже классической постановка вопроса о соотношении физики и геометрии связывается с попытками либо свести известные физические взаимодействия к геометрическим свойствам самого пространства-времени, либо, напротив, вывести свойства пространства-времени из физических свойств реальных объектов2. Дело в том, что, рассматривая данную проблематику, необходимо учитывать факт существования помимо геометрического описания физических моделей (например, модель искривленного пространства в общей теории относительности) также моделей чисто геометрических, описывающих математические пространства. Этот факт связан с особенностью развития геометрии как части математики: она может развиваться не только применительно к описанию физического пространства (наиболее универсальной здесь, по-видимому, является дифференциальная геометрия), но и «сама по себе», подчиняясь логике развития математической теории (геометрия Евклида, геометрия Римана, геометрии расслоенных пространств и т. д.).

Парадоксально, но тесная связь между физикой и геометрией в описании пространства существовала не всегда, например, так было в протона- учный период развития естественно-научных представлений. Физика Аристотеля вообще стремилась избежать какой-либо геометрической интерпретации. В данном случае имело место прямое блокирование на методологическом уровне возможности математизации физики, связанное в первую очередь с античной практикой разделения физического и математического исследований. Приведем высказывание самого Аристотеля, проводящего четкую грань между физикой и математикой.

Согласно Аристотелю физика есть теоретическая наука о «телах и величинах, их свойствах и видах движения» [Аристотель, 1981а. I. 1. 268a], поэтому

следует рассмотреть, чем отличается математик от физика. Ибо природные тела имеют и поверхности, и объемы, и длины, и точки, изучением которых занимается математик. Дело физика знать, что такое Солнце и Луна, а о том, что свойственно им самим по себе, знать не надо. .Этим всем занимается и математик, но не поскольку каждая [из фигур] есть граница природного тела, и их свойства он рассматривает не как свойственные [именно] этим телам. Поэтому он и отделяет их [от природных тел], ибо мысленно они отделимы от движения [этих тел], и это [отделение] ничего не меняет и не порождает ошибок. Сами того не замечая, то же делают и [философы], рассуждающие об идеях: они отделяют [от тел] физические свойства, которые в не меньшей степени поддаются отделению, чем математические [отношения]. . На то же указывают и наиболее физические из математических наук, как то: оптика, учение о гармонии и астрономия: они в некотором отношении обратны геометрии. Ибо геометрия рассматривает физическую линию, но не поскольку она физическая, а оптика же — математическую линию, но не как математическую, а как физическую [Аристотель, 1981б. II. 2. 115а].

Отметим, что абстрагирование математических соотношений от предметов, в которых эти соотношения проявляются, представляется Аристотелю вполне законной операцией. Иное дело — физические свойства, в принципе не отделимые от их носителей. Тем не менее сторонники математики, развиваемой на основе учения Платона об идеях, фактически пытаются осуществить такое отделение.

В рассуждениях Аристотеля нашли отражение обстоятельства, соответствующие реальной исторической практике того времени. То обстоятельство, что математика изучает «статические неизменные связи и отношения» (как это было у Платона), привело Аристотеля к убеждению, что физика не может быть наукой, построенной на базе математики, ибо физика есть наука о природе, которой органически присущи изменение, движение. Математика же прикладная (главным образом геометрия, развивавшаяся вместе с практическими нуждами строительства и т. п.) воспринимались Аристотелем как инструмент, разновидность ремесла, а не как конструктивный элемент, который можно применять в теоретических построениях. Неслучайно Галилей устами Симпличио произносит:

.Все же скажу вместе с Аристотелем, что в вопросах естественных не всегда следует добиваться необходимости существующего посредством математического доказательства [Галилей, 1948. С. 27].

Последующие попытки Прокла [Прокл, 1986] геометризировать физическую систему Аристотеля ни к чему не привели, поскольку методология, развитая в работах Аристотеля и его комментаторов, запрещала построение физической теории (развитие физических понятий) по математическому образцу.

Кардинальные изменения в отношении физики к геометрии произошли в эпоху Галилея. Галилей первым признал необходимость математизации физики. Это было обусловлено тем, что практика научного исследования, а также развитие военного дела, мореплавания, астрономии и т. д. стали требовать уже количественного представления, в частности количе- ственного описания движения тел. Необходимо отметить, что образцы количественного описания были тогда связаны с геометрическими взглядами Платона, Архимеда и Евклида3 (попытки количественного описания имелись и до Галилея, например у Прокла). Галилеем в целом была подготовлена почва для изменения методологии исследования. Однако существовал один сильный сдерживающий фактор: во времена Галилея не было другого развитого математического аппарата, кроме евклидовой геометрии. Вполне логично, что геометрия Евклида впоследствии (уже у Ньютона) стала одновременно и моделью физического пространства, и самим описанием физического пространства. Таким образом, произошел переворот взглядов: из теории исчезла физическая сущность.

Неслучайно фундаментальный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687), закрепивший теоретическую основу классической физики и методологию исследования более чем на две сотни лет, написан в стиле «Начал геометрии» Евклида — геометрическим языком, ибо другого просто еще не было. Бесспорно, именно в ньютоновских «Началах» нашла отражение и закрепилась новая методологическая схема, связывающая физику и геометрию. Физические законы, выраженные в математическом виде, предполагают определенные геометрические представления о реальном пространстве, в котором протекают физические процессы (см. дополнение А). Поэтому понятно, что для того чтобы сформулировать физические законы, есть необходимость с самого начала задать геометрию, отражающую свойства пространства, а также, например, позволяющую представить его в более удобном математическом виде.

Следует отметить, что в рамках вопроса о соотношении теории и реальности с позиции первоначальной формы синтеза физики и геометрии (выражение физического пространства евклидовой геометрией) вопрос об объективном содержании геометрии не приобрел, да и не мог приобрести, характер проблемы. Отношение геометрии как концептуальной системы к реальному пространству в ньютоновской механике рассматривалось как однозначное воспроизведение геометрической структуры реального пространства при достижении определенного, не вызывавшего ни у кого сомнения уровня абстрагирования от реальных вещей. Само пространство воспринималось как чисто математическое [Ньютон, 1936], не определяемое материей. Опытные факты, которые указывали на справедливость физических законов, в данном случае законов ньютоновской механики, одновременно являлись эмпирическим базисом евклидовой геометрии. Наиболее интересным можно считать тот факт, что по мере построения «здания» классической механики происходит отказ от чисто геометрических методов: начинают бурно развиться аналитические методы математики, в первую очередь математический анализ. Неудовлетворительность геометрических методов того времени состояла не только в их чрезмерной громоздкости (развивающаяся наука требовала более простого в использовании математического формализма, необходимость этого была ясна уже Ньютону, заложившему основу будущей теории), но и в принципиальной неприспособленности к описанию и оперированию такими понятиями, как мгновенное перемещение, мгновенная скорость, т. е. теми понятиями, которыми стало описываться движение.

Картина отношения геометрии к реальности существенно изменилась с открытием неевклидовых геометрий. Следствием этого открытия как раз и явилась актуализация вопроса о том, в каком отношении геометрия находится к реальному миру, какая из возможных геометрий реализуется в природе. Изменение фундаментальных физических представлений при переходе от классического периода развития физики к неклассическому, который обычно связывают с развитием квантовой механики и общей теории относительности, в первую очередь затронуло такие свойства физического концептуального пространства, как изотропность и однородность, постулируемые в рамках евклидова геометрического описания (см. дополнение А). Необходимо отметить, что развитие идей общей теории относительности ознаменовало поворотный момент в трактовке физического пространства, не укладывающийся в старую евклидовоподобную схему (применяющуюся в том числе в специальной теории относительности).

В рамках чистой математики геометрия рассматривается как формально-аксиоматическая система. В этом случае ее первичные понятия: «точка», «прямая», «плоскость», «лежать на», «находиться между», «быть конгруэнтным» (т. е. равным) — не имеют специфического для геометрии пространственного значения. Их содержание определяется формальной структурой аксиом. Эти аксиомы в данном случае можно считать их неявным определением. В качестве интерпретации геометрических понятий, а следовательно, и составленных из них аксиом могут фигурировать не только пространственные объекты, но и объекты теории чисел, логики и т. п. Таким образом, геометрия лишь при определенных частных интерпретациях есть наука о пространственных отношениях. Геометрические аксиомы и теоремы, если их рассматривать как элементы непроинтерпре- тированной, т. е. чисто формальной системы, сами по себе не являются ни истинными, ни ложными. Однако после интерпретации на соответствующих моделях они превращаются в истинные утверждения той или иной отрасли знания. Если геометрия интерпретирована на пространственных объектах, то она превращается в систему истинных утверждений о пространственных построениях. Отметим, что можно говорить о данной геометрии как истинной в том смысле, что она правильно описывает пространственные построения. Здесь находит отражение тезис о том, что истинность математической системы косвенным образом проверяется через соответствие реальности концептуальной модели (например, физической), математическая модель которой описывается данной математической системой (см. дополнение Б).

Система чистой геометрии сама по себе ничего не утверждает о материальном мире. Но она может превратиться в систему утверждений о пространственной структуре материального мира, и это достигается путем физической интерпретации геометрии. Данная процедура состоит в том, что понятиям геометрии ставятся в соответствие физические объекты, а математическим операциям над ними — физические процедуры. Перейдя от абстрактной геометрии к физической, мы, таким образом, казалось бы, находим путь решения проблемы геометрии реального пространства. Решить ее должны опыты с физическими объектами. Однако проблема связи геометрии как концептуальной системы с действительностью («проблема эмпирического обоснования») оказалась значительно сложнее, чем можно было предположить вначале. Это обусловлено тем, что геометрия обычно связывается с реальным миром через определенную физическую теорию. Дело в том, что связь геометрии с физикой исключает возможность прямой проверки геометрии посредством опытных фактов и к тому же лишает результаты этой проверки однозначности. Таким образом, согласно общепринятой (неклассической) точке зрения

Читайте также:  Анатомия органа зрения с учетом возрастных особенностей детей

в силу этой неоднозначности в решении вопроса о дескриптивной истинности данной геометрии существенную роль играют конвенции. Сюда относится, во-первых, семантическая конвенция, приписывающая аксиомам геометрии собственно геометрическое, т. е. пространственное, значение. Во-вторых, даже после того как аксиомы геометрии получили определенную семантику и превратились в описание структуры пространства, имеется возможность варьирования правил конгруэнтности и в зависимости от их выбора устанавливать, какой имен- но тип геометрии реализуется в данном пространстве [Чудинов, 1974.

Современному этапу развития соответствовало бы такое представление о природе пространства, согласно которому его свойства были бы обусловлены, с одной стороны, данными физическими объектами и их взаимодействиями, а с другой — более фундаментальным уровнем материи. Современные представления о материи и ее структуре диктуют необходимость изменения старых и формирования новых представлений о пространстве. Какими будут эти представления в деталях, определит дальнейшее развитие науки. Однако можно утверждать, что существующие в настоящее время понятия пространства и времени (и связываемый с ними вещественно-полевой уровень материи) изменят свое содержание в тех сферах исследования, которые будут так или иначе затрагивать фундаментальные характеристики самого пространства-времени (где, возможно, обнаруживаются новые свойства материи другого, более фундаментального уровня, например релятивистского инвариантного эфира (см. гл. 3)). В настоящий момент не исключена возможность такого обобщения пространства и времени, в результате которого они станут рассматриваться как проявление более общих структурных отношений природы [Мостепаненко, 1969; Румер, 1971; Шарыпов, 1998; Корухов, 2002].

Абсолютизация вещественно-полевого уровня реальности и связанная с ней трактовка пространства-времени нашли отражение в структуре ряда классических и неклассических физических теорий, где в качестве исходных понятий выступают именно пространство и время (например, механика Ньютона) или пространство-время (например, специальная теория относительности). В данных теориях пространство и время, а также пространство-время рассматриваются как понятия независимые, исходные и универсальные. В современной физике все еще остаются представления о пространстве и времени как об исходных понятиях теории, в известной степени определяющих структуру самой теории, однако результаты ряда исследований как конкретно-научного, так и философского характера подталкивают нас к тому, что сами представления о свойствах пространства и времени необходимо выводить и обосновывать исходя из более фундаментальных онтологических представлений, т. е. с позиции более фундаментального уровня материи.

Существенной особенностью современного подхода к познанию реальности является стремление зафиксировать определенные инвариантные величины, связанные с самой природой исследуемого объекта (вся современная физика является прежде всего физикой инвариантов4). В нашем случае вполне обоснованным может быть предположение, что ло- гика развития научной теории потребует поиска инвариантов более общих и более глубоких по сравнению с известными ранее, из которых можно будет вывести свойства симметрии пространства и времени или свойства симметрии соответствующих пространственноподобных структур вещественно-полевого уровня материи. К тому же новая теория должна будет обнаруживать большую простоту своих принципов5 по сравнению с предшествующей теорией, чтобы в конечном счете заслужить право считаться действительно новой теорией, продвигающей научное знание по пути к более глубокой истине.

В рамках формирования будущего (постнеклассического) этапа развития физики мы полагаем необходимым рассмотреть проблему соотношения физики и геометрии на новом уровне. При этом в первую очередь следует обратить внимание на изменение представлений о роли пространства-времени в картине мира (прежде всего в связи с введением представления об уровнях материи в представления о структуре пространства-времени), а также об ограниченной применимости сложившихся математических (геометрических) систем, использующихся при формировании математических моделей концептуального физического пространства (отвечающего требованиям изменившейся физической онтологии). Обратим также внимание на то, что на сегодняшний день проблема пространственно-временной структуры ставится как проблема пространства-времени «всеобъемлющей» физической системы, включающей «все пространство-время в целом» (и микро- и макроуровень Вселенной). В связи с этим необходимо отметить, что состояние этой проблемы (построение формализма, адекватного современным изменяющимся представлениям о пространстве-времени) во многом зависит от наличия или, наоборот, отсутствия, во-первых, самого математического формализма, с помощью которого можно описывать свойства абстрактных пространственно-временных структур, и, во-вторых, физической теории пространства-времени, эмпирических данных, позволяющих построить конкретную теорию пространственно-временной структуры и осуществить затем ее наблюдательную проверку, решив таким образом проблему соотношения теории и реальности (и соответственно физики и геометрии).

Итак, проблема соотношения физической и математической (геометрической) составляющих модели пространства-времени не может быть решена «внутри» теории. Данное обстоятельство может оказывать существенное влияние на нашу интерпретацию понятия «объективности» пространства и времени. В частности, вывод о конвенциональности физической геометрии может рассматриваться как основание для отклонения предположения, что ей может соответствовать объективный референт [Чудинов, 1974]. Проблема объективности является первой собственно философской проблемой, на которую мы обратим внимание. Достаточно даже беглого анализа, чтобы убедиться в том, что это одна из фундаментальных (если не наиболее фундаментальная) проблем философского анализа научных представлений о пространстве и времени, возникающих в связи с необходимостью применения в науке концептуальных моделей пространства и времени.

ВВЕДЕНИЕ. Теоретическая механика – наука, которая изучает общие законы механического движения и механического взаимодействия материальных тел

Теоретическая механика – наука, которая изучает общие законы механического движения и механического взаимодействия материальных тел. Она имеет большое значение для качественной подготовки инженерных кадров в различных отраслях техники, так как является фундаментальной наукой для многих специальных технических дисциплин. Теоретическая механика построена на законах И. Ньютона, а также на ряде аксиом, справедливость которых проверена многовековой практической деятельностью человека в области механики.

В общем случае движение является одной из форм существования материи. В теоретической механике изучают один из видов движения – механическое движение – это изменение положения тел в пространстве, происходящее с течением времени. Следует отметить, что состояние покоя является частным случаем механического движения, поэтому в теоретической механике изучают также равновесие материальных объектов. Под механическим взаимодействием понимают действия материальных тел друг на друга, в результате которых изменяется характер их механического движения или форма. Основной мерой механического взаимодействия тел является сила, определяющая интенсивность и направление этого взаимодействия.

Кинематика – важный раздел теоретической механики, в котором изучают законы движения материальной точки и абсолютно твердого тела с геометрической точки зрения, без учёта их инерционных характеристик (массы) и действующих на них сил.

Движение в кинематике рассматривают как изменение положения тела в пространстве с течением времени по отношению к выбранной системе отсчета. Система отсчета включает тело отсчета (движение тела всегда изучают по отношению к какому-либо другому телу, которое считают неподвижным), связанную с ним систему координат и часы для измерения времени. В теоретической механике в качестве основной используют гелиоцентрическую инерциальную систему отсчета, связанную с Солнцем. Однако при решении многих практических задач применяют и систему отсчета, связанную с Землей.

Движение тел происходит в пространстве с течением времени. В классической механике Галилея-Ньютона пространство, в котором изучают движение тел, считают трехмерным, евклидовым, абсолютным, однородным и изотропным. Свойства пространства не зависят от времени и движущихся в нем тел, они одинаковы во всех точках и направлениях. Время является непрерывно изменяющейся скалярной величиной, направлено от настоящего к будущему и протекает одинаково во всех системах отсчета.

Кинематику подразделяют на кинематику точки и кинематику абсолютно твердого тела. Если при изучении движения тела его формой и размерами можно пренебречь, то такое тело отождествляют с материальной точкой, т.е. с геометрической точкой, в которой вся масса тела условно считается сосредоточенной. В других случаях тело рассматривают как абсолютно твердое, форму и размеры которого принимают неизменяемыми. Абсолютно твердым телом называют такое тело, расстояние между любыми двумя точками которого при его движении не изменяется.

В теории относительности Эйнштейна свойства пространства зависят от материальных объектов и их движения, а пространство и время связаны между собой и рассматриваются как единое четырехмерное пространство – время. При этом время зависит от того, в какой системе отсчета оно изменяется. Эйнштейну удалось обобщить законы механики на движение тел со скоростью, близкой к скорости света. Поправки и изменения, вносимые теорией относительности в законы классической механики, становятся ощутимыми только при больших скоростях, близких к скорости света, а также для тел, размеры которых имеют порядок атомов.

Основными задачами кинематики являются:

1) установление закона движения, т.е. способа задания положения точки или тела в любой момент времени по отношению к выбранной системе отсчета;

2) определение по заданному закону движения всех кинематических величин, характеризующих изучаемое движение.

Для точки кинематическими характеристиками движения являются траектория, скоростьиускорение, для абсолютно твердого тела – угловая скорость и угловое ускорение самого тела, а также траектория, скорость и ускорение любой его точки. В кинематике не используют какие-либо законы механики, полученные опытным путем. Все ее изложение опирается на известные аксиомы евклидовой геометрии. Для изучения кинематики необходимы знания математики в рамках аналитической геометрии, математического анализа и векторной алгебры.

В настоящем учебно-методическом пособии содержатся краткие теоретические сведения из раздела «Кинематика» по следующим темам:

1) кинематика точки;

2) простейшие виды движения твердого тела: поступательное и вращательное вокруг неподвижной оси;

3) плоскопараллельное движение твердого тела.

По каждой теме даны вопросы для самоконтроля. В 4-м разделе пособия рассмотрены примеры решения типовых задач и приведены варианты контрольных заданий. В пособии имеются ссылки на рекомендуемую литературу, из которой студенты заочного обучения могут получить более объемные знания по интересующим их вопросам.

Для изучения конкретной темы и выполнения контрольного задания студенту следует:

1) внимательно прочитать соответствующий раздел в учебнике, выбранном из списка рекомендуемой литературы; изучить теоретические сведения и методические рекомендации настоящего пособия; составить краткий конспект, записав основные определения, теоремы и формулы; ответить на контрольные вопросы;

2) разобрать решения приведенных типовых задач;

3) самостоятельно выполнить и оформить контрольные задания в соответствии с предложенным преподавателем вариантом.

Данное пособие способствует развитию и закреплению у будущих инженеров практических навыков решения разнообразных задач кинематики, необходимые в их профессиональной деятельности.

Дата добавления: 2014-10-29 ; просмотров: 609 . Нарушение авторских прав

Источники:
  • http://megalektsii.ru/s27474t9.html
  • http://studopedia.ru/5_60130_predmet-estestvoznaniya.html
  • http://otvet.mail.ru/question/37826919
  • http://studfiles.net/preview/844308/
  • http://bookucheba.com/obschaya-filosofiya/fizika-geometriya-10132.html
  • http://studopedia.info/1-22614.html