Основните правила на физиката. Закони на физиката - закони на живота

Нито една сфера на човешката дейност не може без точните науки. И колкото и сложни да са човешките взаимоотношения, те също се свеждат до тези закони. предлага да си припомним законите на физиката, които човек среща и преживява всеки ден от живота си.

Най-простият, но най-важен закон е Закон за запазване и преобразуване на енергията.

Енергията на всяка затворена система остава постоянна за всички процеси, протичащи в системата. И вие и аз се намираме точно в такава затворена система. Тези. колкото дадем, толкова ще получим. Ако искаме да получим нещо, трябва да дадем точно толкова преди него. И нищо друго!

И ние, разбира се, искаме да получаваме голяма заплата, без да се налага да ходим на работа. Понякога се създава илюзията, че „глупаците са късметлии” и щастието се стоварва върху главите на много хора. Прочетете всяка приказка. Героите постоянно трябва да преодоляват огромни трудности! Или плувайте в студена вода, или във вряща вода.

Мъжете привличат вниманието на жените с ухажване. Жените от своя страна се грижат за тези мъже и деца. И така нататък. Така че, ако искате да получите нещо, първо си направете труда да го дадете.

Силата на действие е равна на силата на реакция.

Този закон на физиката по принцип отразява предишния. Ако човек е извършил негативно действие - съзнателно или не - и след това е получил отговор, т.е. опозиция. Понякога причината и следствието са разделени във времето и може да не разберете веднага накъде духа вятърът. Основното нещо, което трябва да запомним е, че нищо не се случва просто така.

Закон за ливъридж.

Архимед възкликна: „ Дайте ми опора и ще преместя Земята!" Всяка тежест може да бъде преместена, ако изберете правилния лост. Винаги трябва да прецените колко дълго ще е необходим лост, за да постигнете тази или онази цел и да направите заключение за себе си, да зададете приоритети: трябва ли да похарчите толкова много усилия, за да създадете правилния лост и да преместите тази тежест, или е по-лесно да го остави на мира и да се занимава с други дейности.

Правилото на гимлета.

Правилото е, че той показва посоката на магнитното поле. Това правило отговаря на вечния въпрос: кой е виновен? И показва, че ние самите сме виновни за всичко, което ни се случва. Колкото и обидно да е, колкото и трудно да е, колкото и несправедливо да изглежда на пръв поглед, винаги трябва да сме наясно, че преди всичко ние самите сме причината.

Закон на гвоздея.

Когато човек иска да забие пирон, той не чука някъде близо до пирона, а точно по главата на пирона. Но самите нокти не се катерят в стените. Винаги трябва да избирате правилния чук, за да избегнете счупването на пирона с чук. И когато вкарвате, трябва да изчислите удара, така че главата да не се огъва. Бъдете прости, грижете се един за друг. Научете се да мислите за ближния си.

И накрая законът на ентропията.

Ентропията е мярка за безпорядъка на една система. С други думи, колкото повече хаос има в системата, толкова по-голяма е ентропията. По-точна формулировка: по време на спонтанни процеси, протичащи в системите, ентропията винаги се увеличава. По правило всички спонтанни процеси са необратими. Те водят до реални промени в системата и е невъзможно да я върнете в първоначалното й състояние, без да изразходвате енергия. В този случай е невъзможно точно да се повтори (100%) първоначалното му състояние.

За да разберем по-добре за какъв ред и безпорядък говорим, нека проведем експеримент. Изсипете черни и бели пелети в стъклен буркан. Първо ще добавим черни, след това бели. Пелетите ще бъдат подредени на два слоя: черни отдолу, бели отгоре - всичко е наред. След това разклатете буркана няколко пъти. Пелетите ще бъдат смесени равномерно. И колкото и да разклащаме след това този буркан, едва ли ще успеем да гарантираме, че пелетите отново са подредени на два слоя. Ето я, ентропията в действие!

Състоянието, когато пелетите са подредени на два слоя, се счита за подредено. Състоянието, когато пелетите са равномерно смесени, се счита за неподредено. Нужно е почти чудо, за да се върнете в подредено състояние! Или многократна упорита работа с пелети. И не са необходими почти никакви усилия, за да се предизвика хаос в една банка.

Колело на кола. Когато се напомпа, има излишък от свободна енергия. Колелото може да се движи, което означава, че работи. Това е ред. Ами ако спукате гума? Налягането в него ще падне, свободната енергия ще „изчезне“ в околната среда (разсее) и такова колело вече няма да може да работи. Това е хаос. За да върнете системата в първоначалното й състояние, т.е. За да подредите нещата, трябва да свършите много работа: да запечатате вътрешната гума, да монтирате колелото, да го напомпате и т.н., след което отново е необходимо нещо, което може да бъде полезно.

Топлината се предава от горещо тяло към студено тяло, а не обратното. Обратният процес е теоретично възможен, но практически никой няма да се заеме да го направи, тъй като това ще изисква колосални усилия, специални инсталации и оборудване.

Също и в обществото. Хората остаряват. Къщите се рушат. Скалите потъват в морето. Галактиките се разпръскват. Всяка реалност около нас спонтанно клони към безпорядък.

Но хората често говорят за безпорядъка като за свобода: " Не, не искаме ред! Дайте ни такава свобода, че всеки да прави каквото иска!„Но когато всеки прави каквото иска, това не е свобода – това е хаос. Днес много хора възхваляват безпорядъка, насърчават анархията - с една дума всичко, което разрушава и разделя. Но свободата не е в хаоса, свободата е именно в реда.

Организирайки живота си, човек създава запас от безплатна енергия, която след това използва за осъществяване на своите планове: работа, обучение, отдих, творчество, спорт и др. – с други думи, противопоставя се на ентропията. Иначе как бихме могли да натрупаме толкова много материални богатства през последните 250 години?!

Ентропията е мярка за безпорядък, мярка за необратимо разсейване на енергия. Колкото по-голяма е ентропията, толкова по-голямо е разстройството. Къща, в която никой не живее, се руши. Желязото ръждясва с времето и колата остарява. Разрушават се връзки, които никой не се грижи да поддържа. Така е и с всичко останало в живота ни, абсолютно всичко!

Естественото състояние на природата не е равновесие, а увеличение на ентропията. Този закон действа неумолимо в живота на един човек. Той не трябва да прави нищо, за да се увеличи ентропията му; това се случва спонтанно, според закона на природата. За да се намали ентропията (разстройството), трябва да се положат много усилия. Това е един вид шамар за глупаво позитивните хора (под легнал камък вода не тече), каквито има доста!

Поддържането на успех изисква постоянни усилия. Ако не се развиваме, значи деградираме. И за да запазим това, което сме имали преди, днес трябва да направим повече, отколкото вчера. Нещата могат да се поддържат в ред и дори да се подобряват: ако боята на къщата е избеляла, тя може да бъде боядисана отново и дори по-красива от преди.

Хората трябва да се опитат да „умиротворят” произволното деструктивно поведение, което преобладава навсякъде в съвременния свят, да се опитат да намалят състоянието на хаос, което сме ускорили до огромни граници. И това е физически закон, а не просто бърборене за депресия и негативно мислене. Всичко или се развива, или се влошава.

Живият организъм се ражда, развива и умира и никой никога не е забелязал, че след смъртта той оживява, става по-млад и се връща в семето или утробата. Когато казват, че миналото никога не се връща, тогава, разбира се, те имат предвид преди всичко тези житейски явления. Развитието на организмите определя положителната посока на стрелата на времето и промяната от едно състояние на системата в друго винаги се случва в една и съща посока за всички процеси без изключение.

Валериан Чупин

Източник на информация: Tchaikovsky.News

Коментари (3)

Богатството на съвременното общество расте и ще продължи да расте във все по-голяма степен, главно чрез всеобщия труд. Индустриалният капитал е първата историческа форма на обществено производство, когато универсалният труд започва да се експлоатира интензивно. И първо, този, който получи безплатно. Науката, както отбелязва Маркс, не струва нищо на капитала. Наистина, нито един капиталист не е платил възнаграждение на Архимед, Кардано, Галилей, Хюйгенс или Нютон за практическото използване на техните идеи. Но индустриалният капитал в масов мащаб започва да експлоатира механичната технология и по този начин общия труд, въплътен в нея. Маркс К, Енгелс Ф. Съч., том 25, част 1, стр. 116.

Въведение

1. Законите на Нютон

1.1. Закон за инерцията (първи закон на Нютон)

1.2 Закон за движение

1.3. Закон за запазване на импулса (Закон за запазване на импулса)

1.4. Инерционни сили

1.5. Закон за вискозитета

2.1. Закони на термодинамиката

1. 
   Закон за гравитацията

3.2. Гравитационно взаимодействие

3.3. Небесна механика

1. 
   Силни гравитационни полета

3.5. Съвременни класически теории за гравитацията

Заключение

Литература

Въведение

Основните закони на физиката описват най-важните явления в природата и Вселената. Те позволяват да се обяснят и дори предскажат много явления. По този начин, разчитайки само на основните закони на класическата физика (законите на Нютон, законите на термодинамиката и др.), Човечеството успешно изследва космоса и изпраща космически кораби до други планети.

В тази работа искам да разгледам най-важните закони на физиката и техните взаимоотношения. Най-важните закони на класическата механика са законите на Нютон, които са достатъчни за описание на явления в макрокосмоса (без да се вземат предвид високите стойности на скоростта или масата, които се изучават в GTR - Обща теория на относителността или SRT - Специална теория на относителността.)

1. 
   Законите на Нютон

Законите на механиката на Нютон -три закона, лежащи в основата на т.нар. класическа механика. Формулиран от И. Нютон (1687). Първи закон: „Всяко тяло продължава да се поддържа в състояние на покой или равномерно и праволинейно движение, докато и освен ако не бъде принудено от приложени сили да промени това състояние.“ Втори закон: „Промяната в импулса е пропорционална на приложената движеща сила и се случва в посоката на правата линия, по която действа тази сила.“ Трети закон: „Едно действие винаги има еднаква и противоположна реакция, в противен случай взаимодействията на две тела едно върху друго са равни и насочени в противоположни посоки.“

1.1. Зако ́ n ine ́ дажби (Първи закон на Нов ́ тонове) : свободно тяло, върху което не действат сили от други тела, е в състояние на покой или равномерно линейно движение (концепцията за скорост тук се прилага към центъра на масата на тялото в случай на нетранслационно движение ). С други думи, телата се характеризират с инерция (от латинската инерция - „бездействие“, „инерция“), тоест феноменът на поддържане на скоростта, ако външните влияния върху тях се компенсират.

Отправните системи, в които е изпълнен законът за инерцията, се наричат ​​инерционни отправни системи (IRS).

Законът за инерцията е формулиран за първи път от Галилео Галилей, който след много експерименти заключава, че за да се движи свободно тяло с постоянна скорост, не е необходима външна причина. Преди това беше общоприета различна гледна точка (връщайки се към Аристотел): свободното тяло е в покой и за да се движи с постоянна скорост, е необходимо да се приложи постоянна сила.

Впоследствие Нютон формулира закона за инерцията като първия от трите си известни закона.

Принципът на относителността на Галилей: във всички инерционни отправни системи всички физически процеси протичат по един и същи начин. В референтна система, приведена в състояние на покой или равномерно праволинейно движение спрямо инерциална референтна система (условно „в покой“), всички процеси протичат точно по същия начин, както в система в покой.

Трябва да се отбележи, че концепцията за инерционна референтна система е абстрактен модел (определен идеален обект, разглеждан вместо реален обект. Примери за абстрактен модел са абсолютно твърдо тяло или безтегловна нишка), реалните референтни системи винаги са свързани с някакъв обект и съответствието на действително наблюдаваното движение на телата в такива системи с резултатите от изчислението ще бъде непълно.

1.2 Закон за движение - математическа формулировка за това как се движи едно тяло или как възниква по-общ вид движение.

В класическата механика на материална точка законът за движение представлява три зависимости на три пространствени координати от времето или зависимостта на една векторна величина (радиус вектор) от времето, под формата

Законът за движение може да бъде намерен, в зависимост от проблема, или от диференциалните закони на механиката, или от интегралните.

Закон за запазване на енергията - основният закон на природата, който гласи, че енергията на затворена система се запазва във времето. С други думи, енергията не може да възникне от нищото и не може да изчезне в нищо; тя може само да преминава от една форма в друга.

Законът за запазване на енергията се намира в различни клонове на физиката и се проявява в запазването на различни видове енергия. Например в класическата механика законът се проявява в запазването на механичната енергия (сумата от потенциалната и кинетичната енергия). В термодинамиката законът за запазване на енергията се нарича първи закон на термодинамиката и говори за запазване на енергията в допълнение към топлинната енергия.

Тъй като законът за запазване на енергията не се прилага за конкретни количества и явления, а отразява общ модел, който е приложим навсякъде и винаги, по-правилно е да го наречем не закон, а принцип за запазване на енергията.

Специален случай е Законът за запазване на механичната енергия - механичната енергия на една консервативна механична система се запазва във времето. Просто казано, при липса на сили като триене (разсейващи сили), механичната енергия не възниква от нищото и не може да изчезне никъде.

Ek1+Ep1=Ek2+Ep2

Законът за запазване на енергията е интегрален закон. Това означава, че се състои от действието на диференциалните закони и е свойство на тяхното комбинирано действие. Например, понякога се казва, че невъзможността за създаване на вечен двигател се дължи на закона за запазване на енергията. Но това не е вярно. Всъщност във всеки проект за вечен двигател се задейства един от диференциалните закони и именно той прави двигателя неработещ. Законът за запазване на енергията просто обобщава този факт.

Според теоремата на Ньотер законът за запазване на механичната енергия е следствие от хомогенността на времето.

1.3. Зако ́ n безопасно ́ Ния и ́ импулс (Зако ́ n безопасно ́ ния ако ́ качество на движение) заявява, че сумата от импулсите на всички тела (или частици) на затворена система е постоянна стойност.

От законите на Нютон може да се покаже, че при движение в празно пространство импулсът се запазва във времето, а при наличие на взаимодействие скоростта на изменението му се определя от сумата на приложените сили. В класическата механика законът за запазване на импулса обикновено се извежда като следствие от законите на Нютон. Този закон за запазване обаче е верен и в случаите, когато Нютоновата механика не е приложима (релативистка физика, квантова механика).

Като всеки закон за запазване, законът за запазване на импулса описва една от основните симетрии - хомогенността на пространството

Третият закон на Нютон обяснява какво се случва с две взаимодействащи тела. Да вземем за пример затворена система, състояща се от две тела. Първото тяло може да действа върху второто с определена сила F12, а второто може да действа върху първото със сила F21. Как се сравняват силите? Третият закон на Нютон гласи: силата на действие е равна по големина и противоположна по посока на силата на реакция. Нека подчертаем, че тези сили се прилагат към различни тела и следователно изобщо не се компенсират.

Самият закон:

Телата действат едно на друго със сили, насочени по една и съща права линия, еднакви по големина и противоположни по посока: .

1.4. Инерционни сили

Законите на Нютон, строго погледнато, са валидни само в инерциални отправни системи. Ако честно напишем уравнението на движение на тяло в неинерциална референтна система, тогава то ще се различава на външен вид от втория закон на Нютон. Често обаче, за да се опрости разглеждането, се въвежда определена фиктивна „инерционна сила“ и след това тези уравнения на движение се пренаписват във форма, много подобна на втория закон на Нютон. Математически всичко тук е правилно (правилно), но от гледна точка на физиката новата фиктивна сила не може да се разглежда като нещо реално, в резултат на някакво реално взаимодействие. Нека подчертаем още веднъж: „силата на инерцията“ е само удобна параметризация на това как законите на движение се различават в инерциалните и неинерциалните отправни системи.

1.5. Закон за вискозитета

Законът на Нютон за вискозитета (вътрешно триене) е математически израз, свързващ напрежението на вътрешното триене τ (вискозитет) и промяната в скоростта на средата v в пространството

(скорост на деформация) за течни тела (течности и газове):

където стойността η се нарича коефициент на вътрешно триене или коефициент на динамичен вискозитет (CGS единица - поаз). Кинематичният коефициент на вискозитет е стойността μ = η / ρ (единицата CGS е Стокс, ρ е плътността на средата).

Законът на Нютон може да бъде получен аналитично с помощта на методи на физическата кинетика, където вискозитетът обикновено се разглежда едновременно с топлопроводимостта и съответния закон на Фурие за топлопроводимостта. В кинетичната теория на газовете коефициентът на вътрешно триене се изчислява по формулата

където е средната скорост на топлинно движение на молекулите, λ е средният свободен път.

2.1. Закони на термодинамиката

Термодинамиката се основава на три закона, които са формулирани на базата на експериментални данни и следователно могат да се приемат като постулати.

* 1-ви закон на термодинамиката. Това е формулировка на обобщения закон за запазване на енергията за термодинамични процеси. В най-простата си форма може да се запише като δQ = δA + d"U, където dU е общият диференциал на вътрешната енергия на системата, а δQ и δA са елементарното количество топлина и елементарната работа, извършена върху системата , съответно Трябва да се има предвид, че δA и δQ не могат да се считат за диференциали в обичайния смисъл на това понятие.От гледна точка на квантовите концепции този закон може да се тълкува по следния начин: dU е промяната в енергията на дадена квантова система, δA е промяната в енергията на системата поради промяната в популацията на енергийните нива на системата, а δQ е промяната в енергията на квантовата система поради промени в структурата на енергията нива.

* 2-ри закон на термодинамиката: Вторият закон на термодинамиката изключва възможността за създаване на вечен двигател от втори вид. Има няколко различни, но същевременно еквивалентни формулировки на този закон. 1 - Постулатът на Клаузиус. Процес, при който не настъпва друга промяна освен преноса на топлина от горещо тяло към студено, е необратим, тоест топлината не може да премине от студено тяло към горещо без други промени в системата. Това явление се нарича разсейване на енергия или дисперсия. 2 - постулат на Келвин. Процесът, при който работата се превръща в топлина без никакви други промени в системата, е необратим, т.е. невъзможно е цялата топлина, взета от източник с еднаква температура, да се преобразува в работа, без да се правят други промени в системата.

* 3-ти закон на термодинамиката: Теорема на Нернст: Ентропията на всяка система при абсолютна нула температура винаги може да се приеме равна на нула

3.1. Закон за гравитацията

Гравитацията (универсална гравитация, гравитация) (от латински gravitas - „тежест“) е дългосрочно фундаментално взаимодействие в природата, на което са подложени всички материални тела. Според съвременните данни това е универсално взаимодействие в смисъл, че за разлика от всички други сили, то придава еднакво ускорение на всички тела без изключение, независимо от тяхната маса. Основно гравитацията играе решаваща роля в космически мащаб. Терминът гравитация се използва и като име на клон на физиката, който изучава гравитационните взаимодействия. Най-успешната съвременна физическа теория в класическата физика, която описва гравитацията, е общата теория на относителността; квантовата теория на гравитационното взаимодействие все още не е конструирана.

3.2. Гравитационно взаимодействие

Гравитационното взаимодействие е едно от четирите основни взаимодействия в нашия свят. В рамките на класическата механика гравитационното взаимодействие се описва от закона на Нютон за всеобщото привличане, който гласи, че силата на гравитационното привличане между две материални точки с маса m1 и m2, разделени от разстояние R, е

Тук G е гравитационната константа, равна на m³/(kg s²). Знакът минус означава, че силата, действаща върху тялото, винаги е равна по посока на радиус вектора, насочен към тялото, т.е. гравитационното взаимодействие винаги води до привличане на всякакви тела.

Гравитационното поле е потенциално. Това означава, че можете да въведете потенциалната енергия на гравитационното привличане на двойка тела и тази енергия няма да се промени след преместване на телата по затворен контур. Потенциалът на гравитационното поле води до закона за запазване на сумата от кинетична и потенциална енергия и, когато се изучава движението на телата в гравитационно поле, често значително опростява решението. В рамките на Нютоновата механика гравитационното взаимодействие е на дълги разстояния. Това означава, че независимо как се движи едно масивно тяло, във всяка точка на пространството гравитационният потенциал зависи само от позицията на тялото в даден момент от времето.

Големите космически обекти - планети, звезди и галактики имат огромна маса и следователно създават значителни гравитационни полета. Гравитацията е най-слабото взаимодействие. Въпреки това, тъй като тя действа на всички разстояния и всички маси са положителни, тя все пак е много важна сила във Вселената. За сравнение: общият електрически заряд на тези тела е нула, тъй като веществото като цяло е електрически неутрално. Също така, гравитацията, за разлика от други взаимодействия, е универсална в ефекта си върху цялата материя и енергия. Не са открити обекти, които изобщо да нямат гравитационно взаимодействие.

Поради глобалния си характер, гравитацията е отговорна за такива мащабни ефекти като структурата на галактиките, черните дупки и разширяването на Вселената, както и за елементарните астрономически явления - орбитите на планетите, и за простото привличане към повърхността на Земята и падането на телата.

Гравитацията е първото взаимодействие, описано от математическата теория. В древни времена Аристотел вярва, че обекти с различна маса падат с различна скорост. Едва много по-късно Галилео Галилей експериментално установи, че това не е така - ако съпротивлението на въздуха се елиминира, всички тела се ускоряват еднакво. Законът за всемирното притегляне на Исак Нютон (1687) описва добре общото поведение на гравитацията. През 1915 г. Алберт Айнщайн създава Общата теория на относителността, която по-точно описва гравитацията от гледна точка на геометрията на пространство-времето.

3.3. Небесна механика и някои нейни задачи

Разделът от механиката, който изучава движението на телата в празното пространство само под въздействието на гравитацията, се нарича небесна механика.

Най-простият проблем на небесната механика е гравитационното взаимодействие на две тела в празно пространство. Този проблем е решен аналитично докрай; резултатът от неговото решение често се формулира под формата на трите закона на Кеплер.

С увеличаването на броя на взаимодействащите си тела задачата става драстично по-сложна. По този начин вече известният проблем с трите тела (т.е. движението на три тела с ненулеви маси) не може да бъде решен аналитично в общ вид. При числено решение нестабилността на решенията спрямо началните условия възниква доста бързо. Приложена към Слънчевата система, тази нестабилност прави невъзможно предсказването на движението на планетите в мащаби, надхвърлящи сто милиона години.

В някои специални случаи е възможно да се намери приблизително решение. Най-важният случай е, когато масата на едно тяло е значително по-голяма от масата на други тела (примери: Слънчевата система и динамиката на пръстените на Сатурн). В този случай, като първо приближение, можем да приемем, че светлинните тела не взаимодействат помежду си и се движат по Кеплерови траектории около масивното тяло. Взаимодействията между тях могат да бъдат взети предвид в рамките на теорията на смущенията и осреднени във времето. В този случай могат да възникнат нетривиални явления, като резонанси, атрактори, хаос и др. Ярък пример за такива явления е нетривиалната структура на пръстените на Сатурн.

Въпреки опитите да се опише поведението на система от голям брой привличащи се тела с приблизително еднаква маса, това не може да бъде направено поради феномена на динамичния хаос.

3.4. Силни гравитационни полета

В силни гравитационни полета, когато се движат с релативистични скорости, ефектите на общата теория на относителността започват да се проявяват:

Отклонение на закона за гравитацията от този на Нютон;

Забавяне на потенциалите, свързани с крайната скорост на разпространение на гравитационни смущения; появата на гравитационни вълни;

Ефекти на нелинейността: гравитационните вълни са склонни да взаимодействат помежду си, така че принципът на суперпозиция на вълни в силни полета вече не е верен;

Промяна на геометрията на пространство-времето;

Появата на черни дупки;

3.5. Съвременни класически теории за гравитацията

Поради факта, че квантовите ефекти на гравитацията са изключително малки дори при най-екстремните експериментални и наблюдателни условия, все още няма надеждни наблюдения за тях. Теоретичните оценки показват, че в по-голямата част от случаите човек може да се ограничи до класическото описание на гравитационното взаимодействие.

Съществува съвременна канонична класическа теория на гравитацията - общата теория на относителността и много изясняващи хипотези и теории с различна степен на развитие, конкуриращи се помежду си (вижте статията Алтернативни теории на гравитацията). Всички тези теории правят много сходни прогнози в рамките на приближението, в което експерименталните тестове се извършват в момента. Следват няколко основни, най-добре развити или известни теории за гравитацията.

Теорията на Нютон за гравитацията се основава на концепцията за гравитацията, която е сила на далечни разстояния: тя действа мигновено на всяко разстояние. Този мигновен характер на действието е несъвместим с полевата парадигма на съвременната физика и по-специално със специалната теория на относителността, създадена през 1905 г. от Айнщайн, вдъхновена от работата на Поанкаре и Лоренц. Според теорията на Айнщайн никаква информация не може да се разпространява по-бързо от скоростта на светлината във вакуум.

Математически, гравитационната сила на Нютон се извлича от потенциалната енергия на тяло в гравитационно поле. Гравитационният потенциал, съответстващ на тази потенциална енергия, се подчинява на уравнението на Поасон, което не е инвариантно спрямо трансформациите на Лоренц. Причината за неинвариантността е, че енергията в специалната теория на относителността не е скаларна величина, а влиза във времевия компонент на 4-вектора. Векторната теория на гравитацията се оказва подобна на теорията на Максуел за електромагнитното поле и води до отрицателна енергия на гравитационните вълни, което е свързано с естеството на взаимодействието: подобни заряди (маса) в гравитацията се привличат и не се отблъскват, т.к. в електромагнетизма. По този начин теорията на гравитацията на Нютон е несъвместима с основния принцип на специалната теория на относителността - инвариантността на законите на природата във всяка инерционна отправна система и директното векторно обобщение на теорията на Нютон, предложено за първи път от Поанкаре през 1905 г. в неговата работа „За динамиката на електрона“, води до физически незадоволителни резултати.

Айнщайн започва да търси теория за гравитацията, която да е съвместима с принципа за инвариантност на законите на природата спрямо всяка отправна система. Резултатът от това търсене беше общата теория на относителността, основана на принципа на идентичността на гравитационната и инертната маса.

Принципът на равенство на гравитационните и инерционните маси

В класическата Нютонова механика има две концепции за маса: първата се отнася до втория закон на Нютон, а втората към закона за всемирното привличане. Първата маса - инерционна (или инерционна) - е съотношението на негравитационната сила, действаща върху тялото, към неговото ускорение. Втората маса - гравитационна (или, както понякога се нарича, тежка) - определя силата на привличане на тялото от други тела и собствената му сила на привличане. Най-общо казано, тези две маси се измерват, както се вижда от описанието, в различни експерименти и следователно изобщо не е необходимо да са пропорционални една на друга. Тяхната строга пропорционалност ни позволява да говорим за една маса на тялото както при негравитационни, така и при гравитационни взаимодействия. Чрез подходящ избор на единици тези маси могат да бъдат направени равни една на друга.

Самият принцип е представен от Исак Нютон и равенството на масите е проверено от него експериментално с относителна точност от 10−3. В края на 19 век Eötvös извършва по-фини експерименти, довеждайки точността на тестване на принципа до 10−9. През 20-ти век експерименталната технология направи възможно потвърждаването на равенството на масите с относителна точност от 10−12-10−13 (Брагински, Дике и др.).

Понякога принципът на равенство на гравитационните и инерционните маси се нарича принцип на слаба еквивалентност. Алберт Айнщайн го основава на общата теория на относителността.

Принципът на движение по геодезически линии

Ако гравитационната маса е точно равна на инертната маса, то в израза за ускорението на тяло, върху което действат само гравитационни сили, двете маси се съкращават. Следователно ускорението на тялото и следователно неговата траектория не зависят от масата и вътрешната структура на тялото. Ако всички тела в една и съща точка на пространството получават еднакво ускорение, тогава това ускорение може да се свърже не със свойствата на телата, а със свойствата на самото пространство в тази точка.

Така описанието на гравитационното взаимодействие между телата може да се сведе до описание на пространство-времето, в което се движат телата. Естествено е да приемем, както направи Айнщайн, че телата се движат по инерция, тоест по такъв начин, че тяхното ускорение в собствената им референтна система е нула. Тогава траекториите на телата ще бъдат геодезични линии, чиято теория е разработена от математиците още през 19 век.

Самите геодезични линии могат да бъдат намерени чрез определяне в пространство-времето на аналог на разстоянието между две събития, традиционно наричан интервал или световна функция. Интервал в триизмерното пространство и едноизмерното време (с други думи, в четириизмерното пространство-време) се дава от 10 независими компонента на метричния тензор. Тези 10 числа формират метриката на пространството. Той определя "разстоянието" между две безкрайно близки точки в пространство-времето в различни посоки. Геодезическите линии, съответстващи на световните линии на физическите тела, чиято скорост е по-малка от скоростта на светлината, се оказват линии на най-голямото собствено време, тоест времето, измерено от часовник, твърдо прикрепен към тялото, следващо тази траектория.

Съвременните експерименти потвърждават движението на телата по геодезически линии със същата точност като равенството на гравитационните и инерционните маси.

Заключение

Някои интересни изводи веднага следват от законите на Нютон. По този начин третият закон на Нютон казва, че без значение как телата си взаимодействат, те не могат да променят своя общ импулс: възниква законът за запазване на импулса. След това трябва да изискваме потенциалът на взаимодействие на две тела да зависи само от модула на разликата в координатите на тези тела U(|r1-r2|). Тогава възниква законът за запазване на общата механична енергия на взаимодействащите тела:

Законите на Нютон са основните закони на механиката. Всички други закони на механиката могат да бъдат извлечени от тях.

В същото време законите на Нютон не са най-дълбокото ниво на формулиране на класическата механика. В рамките на лагранжевата механика има една единствена формула (запис на механично действие) и един единствен постулат (телата се движат така, че действието е минимално) и от това могат да бъдат извлечени всички закони на Нютон. Освен това в рамките на формализма на Лагранж лесно могат да се разглеждат хипотетични ситуации, в които действието има друга форма. В този случай уравненията на движението вече няма да са подобни на законите на Нютон, но самата класическа механика ще продължи да бъде приложима...

Решаване на уравнения на движение

Уравнението F = ma (тоест вторият закон на Нютон) е диференциално уравнение: ускорението е втората производна на координатата по отношение на времето. Това означава, че еволюцията на една механична система във времето може да бъде недвусмислено определена, ако са посочени нейните начални координати и начални скорости. Имайте предвид, че ако уравненията, описващи нашия свят, бяха уравнения от първи ред, тогава такива явления като инерция, трептения и вълни биха изчезнали от нашия свят.

Изучаването на основните закони на физиката потвърждава, че науката се развива прогресивно: всеки етап, всеки отворен закон е етап в развитието, но не дава окончателни отговори на всички въпроси.

Литература:

1. 
   Голяма съветска енциклопедия (Законите на механиката на Нютон и други статии), 1977 г., „Съветска енциклопедия“
2. 
   Онлайн енциклопедия www.wikipedia.com

Федерална агенция за образование

GOU VPO Рибинска държавна авиационна академия на името на. П. А. Соловьова

Катедра „Обща и техническа физика”

РЕЗЮМЕ

Тема: “Основни закони на физиката”

Група ЗКС-07

Учител: Василюк О.В.

Хелън Черски

Физик, океанограф, водещ на научнопопулярни предавания по BBC.

Когато става въпрос за физика, ние си представяме някакви формули, нещо странно и неразбираемо, ненужно за обикновения човек. Може да сме чували нещо за квантовата механика и космологията. Но между тези два полюса се намира всичко, което съставлява нашето ежедневие: планети и сандвичи, облаци и вулкани, мехурчета и музикални инструменти. И всички те се управляват от сравнително малък брой физически закони.

Ние можем постоянно да наблюдаваме тези закони в действие. Вземете например две яйца – сурови и сварени – и ги завъртете, след което спрете. Вареното яйце ще остане неподвижно, суровото ще започне отново да се върти. Това е така, защото сте спрели само черупката, но течността вътре продължава да се върти.

Това е ясна демонстрация на закона за запазване на ъгловия момент. По опростен начин може да се формулира по следния начин: след като започне да се върти около постоянна ос, системата ще продължи да се върти, докато нещо не я спре. Това е един от основните закони на Вселената.

Той е полезен не само когато трябва да различите варено яйце от сурово. Може да се използва и за обяснение как космическият телескоп Хъбъл, без никаква опора в космоса, насочва обектива си към определена част от небето. Той просто има въртящи се жироскопи вътре в него, които по същество се държат по същия начин като сурово яйце. Самият телескоп се върти около тях и така променя позицията си. Оказва се, че законът, който можем да тестваме в нашата кухня, обяснява и структурата на една от най-забележителните технологии на човечеството.

Познавайки основните закони, които управляват нашето ежедневие, ние спираме да се чувстваме безпомощни.

За да разберем как работи светът около нас, първо трябва да разберем неговите основи -. Трябва да разберем, че физиката не е само ексцентрични учени в лаборатории или сложни формули. То е точно пред нас, достъпно за всеки.

Откъде да започнем, може да си помислите. Със сигурност сте забелязали нещо странно или неразбираемо, но вместо да се замислите, сте си казали, че сте възрастен и нямате време за това. Черски съветва да не загърбваме такива неща, а да започнем с тях.

Ако не искате да чакате да се случи нещо интересно, сложете стафиди в содата и вижте какво ще стане. Гледайте как разлятото кафе изсъхва. Докоснете ръба на чашата с лъжица и слушайте звука. Накрая се опитайте да изпуснете сандвича, без да пада с лицето надолу.

ОСНОВНИ ЗАКОНИ НА ФИЗИКАТА

[ Механика | Термодинамика | Електричество | Оптика | Атомна физика]

ЗАКОН ЗА ЗАПАЗВАНЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ НА ЕНЕРГИИТЕ - общ закон на природата: енергията на всяка затворена система остава постоянна (запазена) по време на всички процеси, протичащи в системата. Енергията може само да се преобразува от една форма в друга и да се преразпределя между части на системата. За отворена система увеличаването (намаляването) на нейната енергия е равно на намаляване (увеличаване) на енергията на телата и физическите полета, взаимодействащи с нея.

1. МЕХАНИКА

ЗАКОН НА АРХИМЕД - законът на хидро- и аеростатиката: върху тяло, потопено в течност или газ, действа подемна сила, насочена вертикално нагоре, числено равна на теглото на течността или газа, изместени от тялото, и приложена в центъра на гравитацията на потопената част от тялото. FA= gV, където r е плътността на течността или газа, V е обемът на потопената част от тялото. В противен случай може да се формулира по следния начин: тяло, потопено в течност или газ, губи толкова тегло, колкото тежи течността (или газът), която измества. Тогава P= mg - FA Друга група е отворена. учен Архимед през 212г. пр.н.е. Тя е в основата на теорията за плаващите тела.

ЗАКОН ЗА ВСЕМИРНАТА ГРАВИТАЦИЯ - Закон за гравитацията на Нютон: всички тела се привличат едно към друго със сила, право пропорционална на произведението от масите на тези тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях: , където M и m са масите на взаимодействащи тела, R е разстоянието между тези тела, G е гравитационна константа (в SI G=6.67.10-11 N.m2/kg2.

ПРИНЦИП НА ОТНОСИТЕЛНОСТТА НА ГАЛИЛЕЙ, механичен принцип на относителността - принципът на класическата механика: във всякакви инерционни отправни системи всички механични явления протичат по един и същи начин при едни и същи условия. ср. принцип на относителността.

ЗАКОН НА ХУК - закон, според който еластичните деформации са правопропорционални на външните въздействия, които ги предизвикват.

ЗАКОН ЗА ЗАПАЗВАНЕ НА ИМпулса - закон на механиката: импулсът на всяка затворена система, по време на всички процеси, протичащи в системата, остава постоянен (запазен) и може да бъде преразпределен между частите на системата само в резултат на тяхното взаимодействие.

ЗАКОНИТЕ НА НЮТОН - три закона, залегнали в основата на класическата механика на Нютон. 1-ви закон (закон за инерцията): материалната точка е в състояние на праволинейно и равномерно движение или покой, ако върху нея не действат други тела или действието на тези тела е компенсирано. 2-ри закон (основен закон на динамиката): ускорението, получено от тялото, е право пропорционално на резултата от всички сили, действащи върху тялото, и обратно пропорционално на масата на тялото (). 3-ти закон: две материални точки взаимодействат помежду си чрез сили от едно и също естество, равни по големина и противоположни по посока по правата линия, свързваща тези точки ().

ПРИНЦИП НА ОТНОСИТЕЛНОСТТА - един от постулатите на теорията на относителността, който гласи, че във всякакви инерционни отправни системи всички физически (механични, електромагнитни и др.) явления при едни и същи условия протичат по един и същи начин. Това е обобщение на принципа на относителността на Галилей за всички физически явления (с изключение на гравитацията).

2. МОЛЕКУЛНА ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

ЗАКОНЪТ НА АВОГАДРО е един от основните закони за идеалните газове: равни обеми различни газове при еднаква температура и налягане съдържат еднакъв брой молекули. Открит през 1811 г. в Италия. физик А. Авогадро (1776-1856).

ЗАКОН НА БОЙЛ-МАРИОТ - един от законите на идеален газ: за дадена маса на даден газ при постоянна температура, произведението на налягането и обема е постоянна величина. Формула: pV=const. Описва изотермичен процес.

ВТОРИЯТ ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКАТА е един от основните закони на термодинамиката, според който е невъзможен периодичен процес, единственият резултат от който е извършването на работа, еквивалентна на количеството топлина, получено от нагревателя. Друга формулировка: невъзможен е процес, чийто единствен резултат е преносът на енергия под формата на топлина от по-малко нагрято тяло към по-нагрято. В.З.Т. изразява желанието система, състояща се от голям брой хаотично движещи се частици, да премине спонтанно от по-малко вероятни състояния към по-вероятни състояния. Забранява създаването на вечен двигател от втори вид.

ЗАКОН НА ГЕЙ-ЛУСАК - газов закон: за дадена маса на даден газ при постоянно налягане съотношението на обема към абсолютната температура е постоянна стойност, където = 1/273 K-1 е температурният коефициент на обемно разширение.

ЗАКОНЪТ НА ДАЛТОН е един от основните газови закони: налягането на смес от химически невзаимодействащи идеални газове е равно на сумата от парциалните налягания на тези газове.

ЗАКОНЪТ НА ПАСКАЛ е основният закон на хидростатиката: налягането, създадено от външни сили върху повърхността на течност или газ, се предава еднакво във всички посоки.

ПЪРВИЯТ ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКАТА е един от основните закони на термодинамиката, който е законът за запазване на енергията за термодинамична система: количеството топлина Q, предадено на системата, се изразходва за промяна на вътрешната енергия на системата U и извършване на работа A от системата срещу външни сили. Формула: Q= U+A. Той е в основата на работата на топлинните двигатели.

ЗАКОНЪТ НА ЧАРЛЗ е един от основните закони за газа: налягането на дадена маса идеален газ при постоянен обем е право пропорционално на температурата: където p0 е налягането при 00C, =1/273,15 K-1 е температурният коефициент на натиск.

3. ЕЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗЪМ

ЗАКОН НА АМПЕР - законът за взаимодействие на два проводника с токове; Паралелните проводници с ток в една и съща посока се привличат, а успоредните проводници с ток в противоположна посока се отблъскват. А.з. наричан още закон, който определя силата, действаща в магнитно поле върху малък сегмент от проводник, по който протича ток. Отворен през 1820 г А.-М. Ампер.

ЗАКОН НА ДЖУЛ-ЛЕНЦ - закон, който описва топлинния ефект на електрическия ток. Според Д. – Л.з. количеството топлина, отделено в проводник, когато през него преминава постоянен ток, е право пропорционално на квадрата на тока, съпротивлението на проводника и времето за преминаване.

ЗАКОНЪТ ЗА ЗАПАЗВАНЕ НА ЗАРЯДА е един от основните закони на природата: алгебричната сума на електрическите заряди на всяка електрически изолирана система остава непроменена. В електрически изолирана система З.с.з. позволява появата на нови заредени частици (например по време на електролитна дисоциация, йонизация на газове, създаване на двойки частица-античастица и т.н.), но общият електрически заряд на възникващите частици винаги трябва да бъде равен на нула.

ЗАКОНЪТ НА КУЛОМБ е основният закон на електростатиката, изразяващ зависимостта на силата на взаимодействие между два стационарни точкови заряда от разстоянието между тях: два неподвижни точкови заряда взаимодействат със сила, право пропорционална на произведението на величините на тези заряди и обратно пропорционална на на квадрата на разстоянието между тях и диелектричната проницаемост на средата, в която се намират зарядите. В SI има формата: . Стойността е числено равна на силата, действаща между два неподвижни точкови заряда от 1 C всеки, разположени във вакуум на разстояние 1 m един от друг. К.з. е една от експерименталните обосновки на електродинамиката.

ПРАВИЛО НА ЛЯВАТА РЪКА - правило, което определя посоката на силата, която действа върху проводник с ток (или движеща се заредена частица), намиращ се в магнитно поле. Там се казва: ако лявата ръка е разположена така, че протегнатите пръсти показват посоката на тока (скоростта на частиците), а линиите на магнитното поле (линиите на магнитната индукция) влизат в дланта, тогава протегнатият палец ще показва посоката на силата действаща върху проводника (положителна частица; в При отрицателна частица посоката на силата е противоположна).

ПРАВИЛО (ЗАКОН) на LENZA - правило, което определя посоката на индукционните токове, възникващи по време на електромагнитна индукция. Според Л.п. индуцираният ток винаги има такава посока, че собственият му магнитен поток компенсира промените във външния магнитен поток, причинил този ток. Л.п. - следствие от закона за запазване на енергията.

OMA LAW е един от основните закони на електрическия ток: силата на постоянния електрически ток в даден участък от веригата е право пропорционална на напрежението в краищата на този участък и обратно пропорционална на неговото съпротивление. Важи за метални проводници и електролити, чиято температура се поддържа постоянна. В случай на пълна верига тя се формулира, както следва: силата на постоянен електрически ток във веригата е право пропорционална на ЕДС на източника на ток и обратно пропорционална на общото съпротивление на електрическата верига.

ПРАВИЛО НА ДЯСНАТА РЪКА - правило, което определя 1) посоката на индукционния ток в проводник, движещ се в магнитно поле: ако дланта на дясната ръка е разположена така, че линиите на магнитната индукция да влизат в нея, а свитият палец е насочен по движението

проводник, тогава четири изпънати пръста ще покажат посоката на индукционния ток; 2) посоката на линиите на магнитна индукция на прав проводник с ток: ако палецът на дясната ръка е позициониран по посока на тока, тогава посоката на хващане на проводника с четири пръста ще покаже посоката на магнитната индукция линии.

ЗАКОНИТЕ НА ФАРАДЕЙ - основните закони на електролизата. Първият закон на Фарадей: масата на веществото, отделено върху електрода по време на преминаването на електрически ток, е право пропорционална на количеството електричество (заряд), преминаващо през електролита (m=kq=kIt). Второ F.Z.: съотношението на масите на различни вещества, подложени на химични трансформации върху електродите, когато еднакви електрически заряди преминават през електролита, е равно на съотношението на химичните еквиваленти. Инсталиран през 1833-34 г. от М. Фарадей. Обобщеният закон на електролизата има формата: , където M е моларната (атомна) маса, z е валентността, F е константата на Фарадей. F.p. е равно на произведението на елементарния електрически заряд и константата на Авогадро. F=e.NA. Определя заряда, преминаването на който през електролита води до освобождаване на 1 мол едновалентно вещество на електрода. F=(96484.56 0.27) клетка/мол. Наречен в чест на М. Фарадей.

ЗАКОН ЗА ЕЛЕКТРОМАГНИТНАТА ИНДУКЦИЯ - закон, който описва феномена на възникване на електрическо поле при промяна на магнитно поле (явлението електромагнитна индукция): електродвижещата сила на индукцията е право пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток. Коефициентът на пропорционалност се определя от системата от единици, знакът е правилото на Ленц. Формула в SI: , където Ф е промяната на магнитния поток, а t е периодът от време, през който е настъпила тази промяна. Открит от М. Фарадей.

4. ОПТИКА

ПРИНЦИПЪТ НА ХЮГЕН е метод, който позволява да се определи позицията на фронта на вълната по всяко време. Според г.п. всички точки, през които вълновият фронт преминава в момент t, са източници на вторични сферични вълни, а желаното положение на вълновия фронт в момент t t съвпада с повърхността, обгръщаща всички вторични вълни. Позволява ви да обясните законите на отражението и пречупването на светлината.

ХЮЙГЕНС - ФРЕСНЕЛ - ПРИНЦИП - приближен метод за решаване на задачи за разпространение на вълни. Г.-Ф. стр. гласи: във всяка точка, разположена извън произволна затворена повърхност, покриваща точков източник на светлина, светлинната вълна, възбудена от този източник, може да бъде представена като резултат от интерференцията на вторични вълни, излъчвани от всички точки на определената затворена повърхност. Позволява ви да решите най-простите проблеми на дифракцията на светлината.

ЗАКОН ЗА ОТРАЖЕНИЯ НА ВЪЛНИТЕ - падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът, възстановен в точката на падане на лъча, лежат в една равнина, като ъгълът на падане е равен на ъгъла на пречупване. Законът важи за огледалното отражение.

РЕФРАКЦИЯ НА СВЕТЛИНА - промяна в посоката на разпространение на светлината (електромагнитна вълна) при преминаване от една среда в друга, която се различава от първата по показател на пречупване. За пречупване законът е изпълнен: падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът, възстановен в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина и за тези две среди отношението на синуса на ъгъла на падане към синус от ъгъла на пречупване е постоянна величина, наречена относителен индекс на пречупване на втората среда спрямо първата.

ЗАКОН ЗА ПРАВОЛИНЕЙНОТО РАЗПРОСТРАНЕНИЕ НА СВЕТЛИНАТА - закон на геометричната оптика, който гласи, че светлината се разпространява в хомогенна среда по права линия. Обяснява например образуването на сянка и полусянка.

6. АТОМНА И ЯДРЕНА ФИЗИКА.

ПОСТУЛАТИ НА БОР - основни допускания, въведени без доказателство от Н. Бор и формиращи основата на ТЕОРИЯТА НА БОР: 1) Атомната система е стабилна само в стационарни състояния, които съответстват на дискретна последователност от стойности на атомната енергия. Всяка промяна в тази енергия е свързана с пълен преход на атома от едно стационарно състояние в друго. 2) Поглъщането и излъчването на енергия от атом се извършва съгласно закона, според който излъчването, свързано с прехода, е монохроматично и има честота: h = Ei-Ek, където h е константата на Планк, а Ei и Ek са енергиите на атома в стационарни състояния

Нека разберем това малко. Като каза, че не можете да спечелите, Сноу имаше предвид, че тъй като материята и енергията се запазват, не можете да спечелите едното, без да загубите другото (тоест E=mc²). Това също означава, че трябва да доставяте топлина, за да работи двигателят, но при липса на идеално затворена система, малко топлина неизбежно ще избяга в открития свят, което води до втория закон.

Вторият закон - загубите са неизбежни - означава, че поради увеличаване на ентропията не можете да се върнете към предишното си енергийно състояние. Енергията, концентрирана на едно място, винаги ще се стреми към места с по-ниска концентрация.

И накрая, третият закон - не можете да излезете от играта - се отнася до най-ниската теоретично възможна температура - минус 273,15 градуса по Целзий. Когато системата достигне абсолютната нула, движението на молекулите спира, което означава, че ентропията ще достигне най-ниската си стойност и дори няма да има кинетична енергия. Но в реалния свят е невъзможно да достигнете абсолютната нула - можете само да се доближите много до нея.

Силата на Архимед

След като древногръцкият Архимед открива своя принцип на плаваемост, той твърди, че е извикал „Еврика!“ (Намерих го!) и тичаше гол през Сиракуза. Така гласи легендата. Откритието беше толкова важно. Легендата също така казва, че Архимед открил принципа, когато забелязал, че водата във ваната се покачва, когато в нея се потопи тяло.

Според принципа на Архимед за плаваемостта, силата, действаща върху потопен или частично потопен обект, е равна на масата на течността, която обектът измества. Този принцип е от решаващо значение при изчисленията на плътността, както и при проектирането на подводници и други океански плавателни съдове.

Еволюция и естествен подбор

Сега, след като установихме някои от основните концепции за това как е започнала Вселената и как физическите закони влияят на ежедневния ни живот, нека насочим вниманието си към човешката форма и да разберем как сме стигнали дотук. Според повечето учени целият живот на Земята има общ прародител. Но за да възникне такава огромна разлика между всички живи организми, някои от тях трябваше да се превърнат в отделен вид.

В общ смисъл тази диференциация е станала чрез процеса на еволюция. Популациите от организми и техните черти са преминали през механизми като мутации. Тези с черти, които са били по-благоприятни за оцеляване, като кафявите жаби, които са отлични в камуфлажа в блатото, са били естествено избрани за оцеляване. Оттук идва и терминът естествен подбор.

Можете да умножавате тези две теории много, много пъти и това всъщност прави Дарвин през 19 век. Еволюцията и естественият подбор обясняват огромното разнообразие на живота на Земята.

Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн беше и остава голямо откритие, което завинаги промени нашето виждане за Вселената. Основният пробив на Айнщайн е твърдението, че пространството и времето не са абсолютни и че гравитацията не е просто сила, приложена към обект или маса. По-скоро гравитацията се дължи на факта, че масата огъва пространството и самото време (пространство-време).

За да помислите за това, представете си да карате през Земята по права линия в източна посока, да речем, от Северното полукълбо. След известно време, ако някой иска точно да определи местоположението ви, ще бъдете много по-на юг и изток от първоначалната си позиция. Това е така, защото Земята е извита. За да карате право на изток, трябва да вземете предвид формата на Земята и да карате под ъгъл малко на север. Сравнете кръгла топка и лист хартия.

Космосът е почти същото нещо. Например, ще бъде очевидно за пътниците на ракета, която лети около Земята, че летят по права линия през космоса. Но в действителност пространство-времето около тях се огъва от земната гравитация, което ги кара да се движат напред и да останат в орбитата на Земята.

Теорията на Айнщайн оказа огромно влияние върху бъдещето на астрофизиката и космологията. Тя обясни малка и неочаквана аномалия в орбитата на Меркурий, показа как се огъва звездната светлина и постави теоретичните основи за черните дупки.

Принцип на неопределеността на Хайзенберг

Разширяването на теорията на относителността на Айнщайн ни научи повече за това как работи Вселената и помогна да се положат основите на квантовата физика, което доведе до напълно неочаквано смущение на теоретичната наука. През 1927 г. осъзнаването, че всички закони на Вселената са гъвкави в даден контекст, доведе до зашеметяващото откритие на немския учен Вернер Хайзенберг.

Като постулира своя принцип на несигурност, Хайзенберг осъзна, че е невъзможно да се знаят две свойства на една частица едновременно с високо ниво на точност. Можете да знаете позицията на електрона с висока степен на точност, но не и неговия импулс и обратно.

По-късно Нилс Бор прави откритие, което помага да се обясни принципът на Хайзенберг. Бор открива, че електронът притежава качествата както на частица, така и на вълна. Концепцията стана известна като дуалност вълна-частица и формира основата на квантовата физика. Следователно, когато измерваме позицията на електрон, ние го определяме като частица в определена точка в пространството с неопределена дължина на вълната. Когато измерваме импулс, ние третираме електрона като вълна, което означава, че можем да знаем амплитудата на неговата дължина, но не и неговата позиция.