Základné fyzikálne pravidlá. Fyzikálne zákony sú zákony života

Ani jedna oblasť ľudskej činnosti sa nezaobíde bez exaktných vied. A bez ohľadu na to, aké zložité sú medziľudské vzťahy, aj tie sa riadia týmito zákonmi. ponúka zapamätať si fyzikálne zákony, s ktorými sa človek stretáva a zažíva každý deň svojho života.

Najjednoduchší, ale najdôležitejší zákon je Zákon zachovania a premeny energie.

Energia akéhokoľvek uzavretého systému zostáva konštantná pre všetky procesy prebiehajúce v systéme. A my sme v takom uzavretom systéme a sme. Tie. koľko dávame, toľko dostávame. Ak chceme niečo získať, musíme pred tým dať rovnakú sumu. A nič iné!

A my, samozrejme, chceme dostať veľký plat, ale nie chodiť do práce. Niekedy vzniká ilúzia, že „blázni majú šťastie“ a mnohým padá šťastie na hlavu. Prečítajte si akúkoľvek rozprávku. Hrdinovia musia neustále prekonávať obrovské ťažkosti! Potom plávať v studenej vode, potom vo vriacej vode.

Muži priťahujú pozornosť žien dvorením. Ženy sa zasa starajú o týchto mužov a deti. A tak ďalej. Takže, ak chcete niečo získať, najprv si dajte námahu.

Sila akcie sa rovná sile reakcie.

Tento fyzikálny zákon v zásade odráža predchádzajúci. Ak osoba spáchala negatívny čin - vedomý alebo nie - a potom dostal odpoveď, t.j. opozície. Niekedy sú príčina a následok oddelené v čase a vy nemôžete okamžite pochopiť, odkiaľ vietor fúka. Hlavne si musíme uvedomiť, že nič sa nedeje len tak.

Zákon páky.

Archimedes zvolal: Dajte mi oporu a ja pohnem Zemou!". Ak zvolíte správnu páku, môžete uniesť akúkoľvek váhu. Vždy by ste mali odhadnúť, ako dlho bude páka potrebná na dosiahnutie konkrétneho cieľa a vyvodiť záver pre seba, stanoviť si priority: musíte vynaložiť toľko úsilia na vytvorenie správnej páky a presunúť túto váhu, alebo je jednoduchšie odísť sám a robiť iné činnosti.

Pravidlo gimletu.

Pravidlom je, že udáva smer magnetického poľa. Toto pravidlo odpovedá na večnú otázku: kto za to môže? A upozorňuje, že za všetko, čo sa nám deje, si môžeme sami. Nech je to akokoľvek urážlivé, nech je to akokoľvek ťažké, nech sa to na prvý pohľad zdá akokoľvek nespravodlivé, vždy si musíme byť vedomí toho, že od samého začiatku sme boli príčinou my sami.

zákon nechtov.

Keď chce človek zatĺcť klinec, neklope niekde pri klinci, ale presne po hlavičke klinca. Ale samotné klince do stien nelezú. Vždy si treba vybrať správne kladivo, aby ste si klinec nezlomili klinec. A pri bodovaní je potrebné vypočítať úder, aby sa klobúk neohol. Nech je to jednoduché, starajte sa jeden o druhého. Naučte sa myslieť na svojho blížneho.

A nakoniec zákon entropie.

Entropia je mierou neusporiadanosti systému. Inými slovami, čím väčší chaos v systéme, tým väčšia entropia. Presnejšia formulácia: pri spontánnych procesoch vyskytujúcich sa v systémoch sa entropia vždy zvyšuje. Všetky spontánne procesy sú spravidla nezvratné. Vedú k skutočným zmenám v systéme a nie je možné ho vrátiť do pôvodného stavu bez vynaloženia energie. Zároveň nie je možné presne (100%) zopakovať jeho počiatočný stav.

Aby sme lepšie pochopili, o akom poriadku a neporiadku hovoríme, založme si experiment. Nasypte čierne a biele pelety do sklenenej nádoby. Najprv dáme čiernych, potom bielych. Pelety budú usporiadané v dvoch vrstvách: čierna na dne, biela na vrchu - všetko je v poriadku. Potom nádobu niekoľkokrát pretrepte. Pelety sa rovnomerne premiešajú. A bez ohľadu na to, ako veľmi potom touto nádobou zatrasieme, je nepravdepodobné, že by sme dosiahli, aby boli pelety opäť usporiadané v dvoch vrstvách. Tu to je, entropia v akcii!

Za usporiadaný sa považuje stav, kedy boli pelety usporiadané v dvoch vrstvách. Za neusporiadaný sa považuje stav, keď sú pelety rovnomerne premiešané. Návrat do usporiadaného stavu si vyžaduje takmer zázrak! Alebo opakovaná starostlivá práca s peletami. A narobiť v banke zmätok si nevyžaduje takmer žiadne úsilie.

Koleso auta. Keď je nafúknutá, má prebytok voľnej energie. Koleso sa môže pohybovať, čo znamená, že funguje. Toto je rozkaz. Čo ak prepichnete koleso? Tlak v ňom klesne, voľná energia „odíde“ do prostredia (rozplynie sa) a takéto koleso už nebude schopné pracovať. Toto je chaos. Vrátiť systém do pôvodného stavu, t.j. aby ste dali veci do poriadku, musíte urobiť veľa práce: prilepiť kameru, namontovať koleso, napumpovať ho atď., Potom je to opäť nevyhnutná vec, ktorá sa môže hodiť.

Teplo sa prenáša z horúceho telesa na studené a nie naopak. Opačný proces je teoreticky možný, ale prakticky sa to nikto nepodujme, pretože bude potrebné obrovské úsilie, špeciálne inštalácie a vybavenie.

Aj v spoločnosti. Ľudia starnú. Domy chátrajú. Skaly klesajú do mora. Galaxie sú rozptýlené. Akákoľvek realita, ktorá nás obklopuje, má spontánne tendenciu k neporiadku.

Ľudia však často hovoria o poruche ako o slobode: Nie, nechceme poriadok! Daj nám takú slobodu, aby si každý mohol robiť, čo chce!» Ale keď si každý robí, čo chce, toto nie je sloboda – to je chaos. V našej dobe mnohí chvália neporiadok, podporujú anarchiu – jedným slovom všetko, čo ničí a rozdeľuje. Ale sloboda nie je v chaose, sloboda je presne v poriadku.

Organizáciou svojho života si človek vytvára rezervu voľnej energie, ktorú potom využíva na realizáciu svojich plánov: práca, štúdium, rekreácia, kreativita, šport atď. Inými slovami, stavia sa proti entropii. Ako inak by sme za posledných 250 rokov mohli nahromadiť toľko materiálnych hodnôt?!

Entropia je mierou neporiadku, mierou nezvratného rozptylu energie. Čím viac entropie, tým viac neporiadku. Dom, v ktorom nikto nebýva, chátra. Železo časom hrdzavie, auto starne. Rozpadnú sa vzťahy, ktoré nikoho nezaujímajú. Také je všetko ostatné v našom živote, úplne všetko!

Prirodzeným stavom prírody nie je rovnováha, ale nárast entropie. Tento zákon neúprosne funguje v živote jedného človeka. Na zvýšenie svojej entropie nemusí nič robiť, deje sa to spontánne, podľa zákona prírody. Aby ste znížili entropiu (poruchu), musíte vynaložiť veľké úsilie. To je akási facka hlúpo pozitívnym ľuďom (pod ležiacim kameňom a netečie voda), ktorých je tu celkom dosť!

Udržanie úspechu si vyžaduje neustále úsilie. Ak sa nevyvíjame, degradujeme. A aby sme si zachovali to, čo sme mali predtým, musíme dnes urobiť viac ako včera. Veci sa dajú udržiavať v poriadku a dokonca aj vylepšovať: ak farba na dome vybledla, dá sa premaľovať, a to ešte krajšie ako predtým.

Ľudia by sa mali snažiť „pacifikovať“ svojvoľné deštruktívne správanie, ktoré prevláda všade v modernom svete, snažiť sa znížiť stav chaosu, ktorý sme rozptýlili do veľkolepých hraníc. A to je fyzikálny zákon, a nie len reči o depresii a negatívnom myslení. Všetko sa buď vyvíja, alebo degraduje.

Živý organizmus sa rodí, vyvíja a umiera a nikto nikdy nepozoroval, že po smrti ožíva, omladzuje a vracia sa do semena alebo lona. Keď hovoria, že minulosť sa nikdy nevráti, potom, samozrejme, majú na mysli predovšetkým tieto životne dôležité javy. Vývoj organizmov nastavuje kladný smer šípky času a zmena z jedného stavu systému do druhého prebieha vždy rovnakým smerom pre všetky procesy bez výnimky.

Valerián Chupin

Zdroj informácií: Tchaikovsky.News

Komentáre (3)

Bohatstvo modernej spoločnosti rastie a bude rásť v čoraz väčšej miere, predovšetkým prostredníctvom univerzálnej práce. Priemyselný kapitál bol prvou historickou formou spoločenskej výroby, kedy sa začala intenzívne využívať univerzálna práca. A najprv ten, ktorý dostal zadarmo. Veda, ako poznamenal Marx, nestála kapitál nič. Vskutku, ani jeden kapitalista nezaplatil odmenu ani Archimedesovi, ani Cardanovi, ani Galileovi, ani Huygensovi, ani Newtonovi za praktické využitie ich myšlienok. Ale je to práve priemyselný kapitál, ktorý v masovom meradle začína využívať mechanickú technológiu, a tým aj všeobecnú prácu v nej stelesnenú. Marx K, Engels F. Soch., zväzok 25, časť 1, s. 116.

Úvod

1. Newtonove zákony

1.1. Zákon zotrvačnosti (prvý Newtonov zákon)

1.2 Zákon pohybu

1.3. Zákon zachovania hybnosti (zákon zachovania hybnosti)

1.4. Zotrvačné sily

1.5. Viskozitný zákon

2.1. Zákony termodynamiky

1. 
   Zákon gravitácie

3.2. Gravitačná interakcia

3.3. Nebeská mechanika

1. 
   Silné gravitačné polia

3.5. Moderné klasické teórie gravitácie

Záver

Literatúra

Úvod

Základné fyzikálne zákony popisujú najdôležitejšie javy v prírode a vo vesmíre. Umožňujú nám vysvetliť a dokonca predpovedať mnohé javy. Takže, spoliehajúc sa iba na základné zákony klasickej fyziky (Newtonove zákony, zákony termodynamiky atď.), ľudstvo úspešne skúma vesmír, posiela kozmické lode na iné planéty.

V tejto práci chcem zvážiť najdôležitejšie fyzikálne zákony a ich vzťah. Najdôležitejšie zákony klasickej mechaniky sú Newtonove zákony, ktoré postačujú na opis javov v makrokozme (bez zohľadnenia vysokých hodnôt rýchlosti alebo hmotnosti, ktoré sa študujú v GR - Všeobecná relativita, alebo SRT - Špeciálna relativita.)

1. 
   Newtonove zákony

Newtonove zákony mechaniky - tri zákony tvoriace základ tzv. klasickej mechaniky. Formuloval I. Newton (1687). Prvý zákon: „Každé telo je naďalej držané v stave pokoja alebo rovnomerného a priamočiareho pohybu, kým a pokiaľ nie je prinútené aplikovanými silami tento stav zmeniť.“ Druhý zákon: "Zmena hybnosti je úmerná použitej hnacej sile a vyskytuje sa v smere priamky, pozdĺž ktorej táto sila pôsobí." Tretí zákon: "Vždy existuje rovnaká a opačná reakcia na akciu, inak sú interakcie dvoch telies proti sebe rovnaké a smerované opačnými smermi."

1.1. Žako ́ n ine ́ rtions (prvý zákon nový ́ tón) : voľné teleso, na ktoré nepôsobia sily od iných telies, je v stave pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu (pojem rýchlosť sa tu vzťahuje na ťažisko telesa pri netranslačnom pohybe). Inými slovami, telesá sa vyznačujú zotrvačnosťou (z latinčiny zotrvačnosťou - „nečinnosť“, „zotrvačnosť“), to znamená fenoménom udržiavania rýchlosti, ak sú na ne kompenzované vonkajšie vplyvy.

Vzťažné sústavy, v ktorých je splnený zákon zotrvačnosti, sa nazývajú inerciálne vzťažné sústavy (ISR).

Zákon zotrvačnosti prvýkrát sformuloval Galileo Galilei, ktorý po mnohých experimentoch dospel k záveru, že na to, aby sa voľné teleso pohybovalo konštantnou rýchlosťou, nie je potrebná žiadna vonkajšia príčina. Predtým bol všeobecne akceptovaný iný uhol pohľadu (od Aristotela): voľné telo je v pokoji a aby sa pohyboval konštantnou rýchlosťou, je potrebné použiť konštantnú silu.

Následne Newton sformuloval zákon zotrvačnosti ako prvý zo svojich troch slávnych zákonov.

Galileov princíp relativity: vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách prebiehajú všetky fyzikálne procesy rovnako. V referenčnej sústave privedenej do stavu pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu vzhľadom na inerciálnu vzťažnú sústavu (podmienečne „v pokoji“) prebiehajú všetky procesy presne rovnakým spôsobom ako v pokojovej sústave.

Treba poznamenať, že koncept inerciálnej vzťažnej sústavy je abstraktný model (niektorý ideálny objekt uvažovaný namiesto skutočného objektu. Ako príklad abstraktného modelu slúži absolútne tuhé teleso alebo beztiažová niť), reálne vzťažné sústavy sú vždy spojené s nejakým objektom a súlad skutočne pozorovaného pohybu telies v takýchto systémoch s výsledkami výpočtov bude neúplný.

1.2 Zákon pohybu - matematická formulácia toho, ako sa teleso pohybuje alebo ako dochádza k pohybu všeobecnejšej formy.

V klasickej mechanike hmotného bodu sú zákonom pohybu tri závislosti troch priestorových súradníc od času alebo závislosť jednej vektorovej veličiny (vektor polomeru) od času tvaru

Pohybový zákon možno nájsť v závislosti od úlohy buď z diferenciálnych zákonov mechaniky, alebo z integrálnych zákonov.

Zákon zachovania energie - základný prírodný zákon, ktorý spočíva v tom, že energia uzavretého systému sa zachováva v čase. Inými slovami, energia nemôže vzniknúť z ničoho a nemôže nikam zmiznúť, môže len prechádzať z jednej formy do druhej.

Zákon zachovania energie sa nachádza v rôznych odvetviach fyziky a prejavuje sa v zachovaní rôznych druhov energie. Napríklad v klasickej mechanike sa zákon prejavuje zachovaním mechanickej energie (súčet potenciálnej a kinetickej energie). V termodynamike sa zákon zachovania energie nazýva prvý termodynamický zákon a hovorí o zachovaní energie celkovo s tepelnou energiou.

Keďže zákon zachovania energie sa nevzťahuje na konkrétne veličiny a javy, ale odráža všeobecný vzorec, ktorý platí všade a vždy, je správnejšie ho nazývať nie zákonom, ale princípom zachovania energie.

Špeciálny prípad - Zákon zachovania mechanickej energie - mechanická energia konzervatívneho mechanického systému sa zachováva v čase. Jednoducho povedané, pri absencii síl, ako je trenie (disipatívne sily), mechanická energia nevzniká z ničoho a nemôže nikde zaniknúť.

Ek1+Ep1=Ek2+Ep2

Zákon zachovania energie je integrálnym zákonom. To znamená, že je tvorený pôsobením diferenciálnych zákonov a je vlastnosťou ich kombinovaného pôsobenia. Niekedy sa napríklad hovorí, že nemožnosť vytvorenia stroja na večný pohyb je spôsobená zákonom zachovania energie. Ale nie je. V skutočnosti sa pri každom projekte perpetum mobile spustí jeden z diferenciálnych zákonov a je to on, kto znefunkční motor. Zákon zachovania energie túto skutočnosť jednoducho zovšeobecňuje.

Podľa Noetherovej vety je zákon zachovania mechanickej energie dôsledkom homogenity času.

1.3. Žako ́ n uložiť ́ a ́ pulz (Žako ́ n uložiť ́ ak ́ kvalita pohybu) tvrdí, že súčet hybností všetkých telies (alebo častíc) uzavretého systému je konštantná hodnota.

Z Newtonových zákonov možno ukázať, že pri pohybe v prázdnom priestore sa hybnosť zachováva v čase a za prítomnosti interakcie je rýchlosť jej zmeny určená súčtom aplikovaných síl. V klasickej mechanike sa zákon zachovania hybnosti zvyčajne odvodzuje ako dôsledok Newtonových zákonov. Tento zákon zachovania však platí aj v prípadoch, keď je newtonovská mechanika nepoužiteľná (relativistická fyzika, kvantová mechanika).

Ako každý zo zákonov zachovania, aj zákon zachovania hybnosti opisuje jednu zo základných symetrií, homogenitu priestoru.

Tretí Newtonov zákon vysvetľuje, čo sa stane s dvoma interagujúcimi telesami. Vezmime si napríklad uzavretý systém pozostávajúci z dvoch telies. Prvé telo môže pôsobiť na druhé nejakou silou F12 a druhé - na prvé silou F21. Ako spolu súvisia sily? Tretí Newtonov zákon hovorí, že akčná sila má rovnakú veľkosť a opačný smer ako reakčná sila. Zdôrazňujeme, že tieto sily pôsobia na rôzne telesá, a preto nie sú vôbec kompenzované.

Samotný zákon:

Telesá na seba pôsobia silami smerujúcimi pozdĺž tej istej priamky, rovnakej veľkosti a opačného smeru: .

1.4. Zotrvačné sily

Newtonove zákony, prísne vzaté, platia len v inerciálnych vzťažných sústavách. Ak úprimne napíšeme pohybovú rovnicu telesa v neinerciálnej vzťažnej sústave, potom sa bude vzhľadom líšiť od druhého Newtonovho zákona. Často sa však na zjednodušenie úvahy zavádza nejaká fiktívna „zotrvačná sila“ a potom sa tieto pohybové rovnice prepisujú do formy veľmi podobnej druhému Newtonovmu zákonu. Matematicky je tu všetko správne (správne), ale z hľadiska fyziky nemožno novú fiktívnu silu považovať za niečo skutočné, ako výsledok nejakej skutočnej interakcie. Ešte raz zdôrazňujeme: „zotrvačná sila“ je len pohodlná parametrizácia toho, ako sa pohybové zákony líšia v inerciálnych a neinerciálnych referenčných sústavách.

1.5. Viskozitný zákon

Newtonov zákon viskozity (vnútorné trenie) je matematický výraz týkajúci sa napätia vnútorného trenia τ (viskozita) a zmeny rýchlosti média v ​​priestoru.

(rýchlosť deformácie) pre tekuté telesá (kvapaliny a plyny):

kde hodnota η sa nazýva koeficient vnútorného trenia alebo dynamický koeficient viskozity (jednotka CGS - poise). Kinematický koeficient viskozity je hodnota μ = η / ρ (jednotka CGS je Stokes, ρ je hustota média).

Newtonov zákon možno získať analyticky metódami fyzikálnej kinetiky, kde sa viskozita zvyčajne uvažuje súčasne s tepelnou vodivosťou a zodpovedajúcim Fourierovým zákonom pre tepelnú vodivosť. V kinetickej teórii plynov sa koeficient vnútorného trenia vypočíta podľa vzorca

kde je priemerná rýchlosť tepelného pohybu molekúl, λ je stredná voľná dráha.

2.1. Zákony termodynamiky

Termodynamika je založená na troch zákonoch, ktoré sú formulované na základe experimentálnych údajov, a preto ich možno akceptovať ako postuláty.

* 1. termodynamický zákon. Je to formulácia zovšeobecneného zákona zachovania energie pre termodynamické procesy. Vo svojej najjednoduchšej forme ho možno napísať ako δQ \u003d δA + d „U, kde dU je celkový rozdiel vnútornej energie systému a δQ a δA sú základné množstvo tepla a elementárna práca vykonaná na Systém, resp.. Treba mať na pamäti, že δA a δQ nemožno považovať za diferenciály v obvyklom zmysle tohto pojmu. Z hľadiska kvantových pojmov možno tento zákon interpretovať takto: dU je zmena energie daného kvantového systému, δA je zmena energie systému v dôsledku zmeny populácie energetických hladín systému a δQ je zmena energie kvantového systému v dôsledku zmeny štruktúry energetické hladiny.

* 2. termodynamický zákon: Druhý termodynamický zákon vylučuje možnosť vytvorenia stroja na večný pohyb druhého druhu. Existuje niekoľko rôznych, no zároveň rovnocenných formulácií tohto zákona. 1 - Clausiov postulát. Proces, pri ktorom nedochádza k žiadnym iným zmenám, okrem prenosu tepla z horúceho telesa na studené, je nevratný, to znamená, že teplo nemôže prejsť zo studeného telesa do horúceho bez ďalších zmien v systéme. Tento jav sa nazýva disipácia alebo disperzia energie. 2 - Kelvinov postulát. Proces, pri ktorom sa práca premieňa na teplo bez akýchkoľvek ďalších zmien v systéme, je nevratný, to znamená, že nie je možné premeniť všetko teplo odobraté zo zdroja s rovnomernou teplotou na prácu bez toho, aby sa v systéme vykonali ďalšie zmeny.

* 3. termodynamický zákon: Nernstova veta: Entropiu akéhokoľvek systému pri absolútnej nulovej teplote možno vždy považovať za rovnú nule

3.1. Zákon gravitácie

Gravitácia (univerzálna gravitácia, gravitácia) (z latinského gravitas - „gravitácia“) je základná interakcia v prírode na veľké vzdialenosti, ktorej podliehajú všetky hmotné telá. Podľa moderných údajov ide o univerzálnu interakciu v tom zmysle, že na rozdiel od iných síl dáva rovnaké zrýchlenie všetkým telesám bez výnimky, bez ohľadu na ich hmotnosť. V kozmickom meradle zohráva rozhodujúcu úlohu predovšetkým gravitácia. Termín gravitácia sa tiež používa ako názov odvetvia fyziky, ktoré študuje gravitačnú interakciu. Najúspešnejšou modernou fyzikálnou teóriou klasickej fyziky popisujúcej gravitáciu je všeobecná teória relativity, kvantová teória gravitačnej interakcie ešte nebola vybudovaná.

3.2. Gravitačná interakcia

Gravitačná interakcia je jednou zo štyroch základných interakcií v našom svete. V rámci klasickej mechaniky je gravitačná interakcia opísaná Newtonovým zákonom univerzálnej gravitácie, ktorý hovorí, že sila gravitačnej príťažlivosti medzi dvoma hmotnými bodmi s hmotnosťou m1 a m2, oddelenými vzdialenosťou R, je

Tu je G gravitačná konštanta rovná m³ / (kg s²). Znamienko mínus znamená, že sila pôsobiaca na teleso sa vždy rovná smeru vektora polomeru smerujúceho k telesu, t.j. gravitačná interakcia vždy vedie k priťahovaniu akýchkoľvek telies.

Gravitačné pole je potenciálne. To znamená, že je možné zaviesť potenciálnu energiu gravitačnej príťažlivosti dvojice telies a táto energia sa po pohybe telies po uzavretom obryse nezmení. Potenciál gravitačného poľa v sebe nesie zákon zachovania súčtu kinetickej a potenciálnej energie a pri štúdiu pohybu telies v gravitačnom poli často výrazne zjednodušuje riešenie. V rámci newtonovskej mechaniky je gravitačná interakcia na veľké vzdialenosti. To znamená, že bez ohľadu na to, ako sa masívne teleso pohybuje, v akomkoľvek bode priestoru závisí gravitačný potenciál iba od polohy telesa v danom časovom okamihu.

Veľké vesmírne objekty - planéty, hviezdy a galaxie majú obrovskú hmotnosť, a preto vytvárajú významné gravitačné polia. Gravitácia je najslabšia sila. Keďže však pôsobí na všetky vzdialenosti a všetky hmotnosti sú kladné, napriek tomu je veľmi dôležitou silou vo vesmíre. Pre porovnanie: celkový elektrický náboj týchto telies je nulový, keďže látka ako celok je elektricky neutrálna. Taktiež gravitácia, na rozdiel od iných interakcií, je univerzálna vo svojom účinku na všetku hmotu a energiu. Neboli nájdené žiadne objekty, ktoré by vôbec nepôsobili gravitačne.

Gravitácia je vďaka svojej globálnej povahe zodpovedná za také rozsiahle efekty, akými sú štruktúra galaxií, čiernych dier a rozpínanie vesmíru, a za elementárne astronomické javy – obežné dráhy planét a za jednoduchú príťažlivosť k zemskému povrchu a padajúce telá.

Gravitácia bola prvou interakciou opísanou matematickou teóriou. V staroveku Aristoteles veril, že predmety s rôznou hmotnosťou padajú rôznymi rýchlosťami. Až oveľa neskôr Galileo Galilei experimentálne určil, že to tak nie je – ak sa odstráni odpor vzduchu, všetky telesá sa zrýchľujú rovnako. Gravitačný zákon Isaaca Newtona (1687) bol dobrým popisom všeobecného správania gravitácie. V roku 1915 Albert Einstein vytvoril Všeobecnú teóriu relativity, ktorá presnejšie popisuje gravitáciu z hľadiska geometrie časopriestoru.

3.3. Nebeská mechanika a niektoré jej úlohy

Úsek mechaniky, ktorý študuje pohyb telies v prázdnom priestore len vplyvom gravitácie, sa nazýva nebeská mechanika.

Najjednoduchšou úlohou nebeskej mechaniky je gravitačná interakcia dvoch telies v prázdnom priestore. Tento problém je vyriešený analyticky až do konca; výsledok jeho riešenia je často formulovaný vo forme troch Keplerovych zákonov.

S rastúcim počtom interagujúcich telies sa problém stáva oveľa komplikovanejším. Takže už známy problém troch telies (teda pohybu troch telies s nenulovými hmotnosťami) nie je možné riešiť analyticky vo všeobecnej forme. Pri numerickom riešení sa nestabilita riešení vzhľadom na počiatočné podmienky prejaví pomerne rýchlo. Pri aplikácii na slnečnú sústavu táto nestabilita znemožňuje predpovedať pohyb planét na mierkach presahujúcich sto miliónov rokov.

V niektorých špeciálnych prípadoch je možné nájsť približné riešenie. Najdôležitejší je prípad, keď je hmotnosť jedného telesa výrazne väčšia ako hmotnosť ostatných telies (príklady: Slnečná sústava a dynamika Saturnových prstencov). V tomto prípade pri prvej aproximácii môžeme predpokladať, že ľahké telesá medzi sebou neinteragujú a pohybujú sa po Keplerovských trajektóriách okolo masívneho telesa. Interakcie medzi nimi môžu byť brané do úvahy v rámci teórie porúch a spriemerované v čase. V tomto prípade môžu vzniknúť netriviálne javy, ako sú rezonancie, atraktory, náhodnosť atď. Dobrým príkladom takýchto javov je netriviálna štruktúra Saturnových prstencov.

Napriek pokusom popísať správanie sústavy veľkého počtu priťahujúcich sa telies približne rovnakej hmotnosti to vzhľadom na fenomén dynamického chaosu nie je možné.

3.4. Silné gravitačné polia

V silných gravitačných poliach sa pri pohybe relativistickými rýchlosťami začínajú prejavovať účinky všeobecnej teórie relativity:

Odchýlka gravitačného zákona od Newtonovho zákona;

Oneskorenie potenciálov spojených s konečnou rýchlosťou šírenia gravitačných porúch; vzhľad gravitačných vĺn;

Nelineárne efekty: gravitačné vlny majú tendenciu vzájomne sa ovplyvňovať, takže princíp superpozície vĺn v silných poliach už neplatí;

Zmena geometrie časopriestoru;

Vznik čiernych dier;

3.5. Moderné klasické teórie gravitácie

Vzhľadom na to, že kvantové účinky gravitácie sú extrémne malé aj v tých najextrémnejších experimentálnych a pozorovacích podmienkach, stále neexistujú žiadne ich spoľahlivé pozorovania. Teoretické odhady ukazujú, že v drvivej väčšine prípadov sa možno obmedziť na klasický popis gravitačnej interakcie.

Existuje moderná kanonická klasická teória gravitácie – všeobecná teória relativity a mnoho hypotéz, ktoré ju spresňujú a teórie rôzneho stupňa vývoja, ktoré si navzájom konkurujú (pozri článok Alternatívne teórie gravitácie). Všetky tieto teórie poskytujú veľmi podobné predpovede v rámci aproximácie, v ktorej sa v súčasnosti vykonávajú experimentálne testy. Nasledujú niektoré z hlavných, najlepšie rozvinutých alebo známych teórií gravitácie.

Newtonova teória gravitácie je založená na koncepte gravitácie, čo je sila na veľké vzdialenosti: pôsobí okamžite na akúkoľvek vzdialenosť. Tento okamžitý charakter akcie je nezlučiteľný s paradigmou poľa modernej fyziky a najmä so špeciálnou teóriou relativity, ktorú v roku 1905 vytvoril Einstein, inšpirovanú prácou Poincarého a Lorentza. Podľa Einsteinovej teórie žiadna informácia nemôže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla vo vákuu.

Matematicky je Newtonova gravitačná sila odvodená od potenciálnej energie telesa v gravitačnom poli. Gravitačný potenciál zodpovedajúci tejto potenciálnej energii sa riadi Poissonovou rovnicou, ktorá nie je invariantná pri Lorentzových transformáciách. Dôvodom neinvariantnosti je, že energia v špeciálnej teórii relativity nie je skalárna veličina, ale ide do časovej zložky 4-vektora. Ukazuje sa, že vektorová teória gravitácie je podobná Maxwellovej teórii elektromagnetického poľa a vedie k negatívnej energii gravitačných vĺn, čo súvisí s povahou interakcie: podobné náboje (hmotnosti) v gravitácii sa priťahujú a nie odpudzujú. v elektromagnetizme. Newtonova teória gravitácie je teda nezlučiteľná so základným princípom špeciálnej teórie relativity - invariantnosť zákonov prírody v akejkoľvek inerciálnej vzťažnej sústave a priama vektorová generalizácia Newtonovej teórie, ktorú prvýkrát navrhol Poincaré v roku 1905 vo svojom diele. práca "O dynamike elektrónu", vedie k fyzicky neuspokojivým výsledkom.

Einstein začal hľadať teóriu gravitácie, ktorá by bola kompatibilná s princípom nemennosti prírodných zákonov vzhľadom na akýkoľvek referenčný rámec. Výsledkom tohto hľadania bola všeobecná teória relativity, založená na princípe identity gravitačnej a zotrvačnej hmoty.

Princíp rovnosti gravitačnej a zotrvačnej hmotnosti

V klasickej newtonovskej mechanike existujú dva koncepty hmotnosti: prvý sa vzťahuje na druhý Newtonov zákon a druhý na zákon univerzálnej gravitácie. Prvá hmotnosť - zotrvačná (alebo zotrvačná) - je pomer negravitačnej sily pôsobiacej na teleso a jeho zrýchlenia. Druhá hmotnosť - gravitačná (alebo, ako sa niekedy nazýva, ťažká) - určuje silu príťažlivosti tela inými telesami a jeho vlastnú silu príťažlivosti. Všeobecne povedané, tieto dve hmotnosti sa merajú, ako je zrejmé z popisu, v rôznych experimentoch, takže nemusia byť navzájom úmerné. Ich prísna proporcionalita nám umožňuje hovoriť o jednej telesnej hmotnosti v negravitačných aj gravitačných interakciách. Vhodnou voľbou jednotiek je možné tieto hmotnosti navzájom vyrovnať.

Samotný princíp predložil Isaac Newton a rovnosť hmotností overil experimentálne s relatívnou presnosťou 10−3. Koncom 19. storočia Eötvös uskutočnil subtílnejšie experimenty, vďaka ktorým sa presnosť overenia princípu dostala na 10−9. V priebehu 20. storočia experimentálne techniky umožnili potvrdiť rovnosť hmotností s relatívnou presnosťou 10−12-10−13 (Braginsky, Dicke atď.).

Niekedy sa princíp rovnosti gravitačných a zotrvačných hmotností nazýva slabý princíp ekvivalencie. Albert Einstein to položil na základ všeobecnej teórie relativity.

Princíp pohybu pozdĺž geodetických línií

Ak sa gravitačná hmotnosť presne rovná zotrvačnej hmotnosti, tak vo výraze pre zrýchlenie telesa, na ktoré pôsobia iba gravitačné sily, sa obe hmotnosti zmenšujú. Zrýchlenie tela, a teda jeho trajektória, preto nezávisí od hmotnosti a vnútornej štruktúry tela. Ak všetky telesá v rovnakom bode v priestore dostanú rovnaké zrýchlenie, potom toto zrýchlenie môže byť spojené nie s vlastnosťami telies, ale s vlastnosťami samotného priestoru v tomto bode.

Opis gravitačnej interakcie medzi telesami teda možno zredukovať na opis časopriestoru, v ktorom sa telesá pohybujú. Je prirodzené predpokladať, ako to urobil Einstein, že telesá sa pohybujú zotrvačnosťou, teda takým spôsobom, že ich zrýchlenie v ich vlastnej referenčnej sústave je nulové. Dráhy telies potom budú geodetické čiary, ktorých teóriu vypracovali matematici ešte v 19. storočí.

Samotné geodetické čiary možno nájsť zadaním analógie vzdialenosti medzi dvoma udalosťami v časopriestore, ktorá sa tradične nazýva interval alebo funkcia sveta. Interval v trojrozmernom priestore a jednorozmernom čase (inými slovami v štvorrozmernom časopriestore) je daný 10 nezávislými komponentmi metrického tenzora. Týchto 10 čísel tvorí priestorovú metriku. Definuje „vzdialenosť“ medzi dvoma nekonečne blízkymi bodmi časopriestoru v rôznych smeroch. Geodetické čiary zodpovedajúce svetovým čiaram fyzických telies, ktorých rýchlosť je menšia ako rýchlosť svetla, sa ukazujú ako čiary najväčšieho správneho času, to znamená času meraného hodinami pevne pripevnenými k telu, ktoré sledujú túto trajektóriu.

Moderné experimenty potvrdzujú pohyb telies po geodetických líniách s rovnakou presnosťou ako je rovnosť gravitačných a zotrvačných hmôt.

Záver

Z Newtonových zákonov okamžite vyplýva niekoľko zaujímavých záverov. Takže tretí Newtonov zákon hovorí, že bez ohľadu na to, ako telesá interagujú, nemôžu zmeniť svoju celkovú hybnosť: vzniká zákon zachovania hybnosti. Ďalej je potrebné požadovať, aby interakčný potenciál dvoch telies závisel len od modulu rozdielu súradníc týchto telies U(|r1-r2|). Potom vzniká zákon zachovania celkovej mechanickej energie interagujúcich telies:

Newtonove zákony sú základnými zákonmi mechaniky. Z nich možno odvodiť všetky ostatné zákony mechaniky.

Zároveň Newtonove zákony nie sú najhlbšou úrovňou formulácie klasickej mechaniky. V rámci Lagrangovej mechaniky existuje len jeden vzorec (zaznamenáva mechanické pôsobenie) a jeden jediný postulát (telesá sa pohybujú tak, že pôsobenie je minimálne), a z toho možno odvodiť všetky Newtonove zákony. Navyše v rámci lagrangeovského formalizmu možno ľahko uvažovať o hypotetických situáciách, v ktorých má akcia inú formu. V tomto prípade sa pohybové rovnice už nebudú podobať Newtonovým zákonom, ale samotná klasická mechanika bude stále použiteľná ...

Riešenie pohybových rovníc

Rovnica F = ma (čiže druhý Newtonov zákon) je diferenciálna rovnica: zrýchlenie je druhá derivácia súradnice vzhľadom na čas. To znamená, že vývoj mechanického systému v čase možno jednoznačne určiť, ak sú špecifikované jeho počiatočné súradnice a počiatočné rýchlosti. Všimnite si, že ak by rovnice popisujúce náš svet boli rovnicami prvého rádu, potom by také javy ako zotrvačnosť, oscilácie a vlny z nášho sveta zmizli.

Štúdium základných fyzikálnych zákonov potvrdzuje, že veda sa postupne rozvíja: každá etapa, každý objavený zákon je etapou vývoja, ale nedáva definitívne odpovede na všetky otázky.

Literatúra:

1. 
   Veľká sovietska encyklopédia (Newtonove zákony mechaniky a iné články), 1977, „Sovietska encyklopédia“
2. 
   Online encyklopédia www.wikipedia.com

Federálna agentúra pre vzdelávanie

GOU VPO Rybinsk Štátna letecká akadémia. P.A. Solovyová

Katedra všeobecnej a technickej fyziky

ESAY

Téma: "Základné fyzikálne zákony"

Skupina ZKS-07

Prednáša Vasilyuk O.V.

Helen Czerski

Fyzik, oceánograf, moderátor populárno-vedeckých programov na BBC.

Pri fyzike uvádzame nejaké vzorce, niečo zvláštne a nepochopiteľné, pre bežného človeka zbytočné. Možno sme už počuli niečo o kvantovej mechanike a kozmológii. Ale medzi týmito dvoma pólmi je presne všetko, čo tvorí náš každodenný život: planéty a sendviče, oblaky a sopky, bubliny a hudobné nástroje. A všetky sa riadia relatívne malým počtom fyzikálnych zákonov.

Tieto zákony môžeme neustále pozorovať v akcii. Vezmite napríklad dve vajcia - surové a varené - a roztočte ich a potom prestaňte. Uvarené vajíčko zostane nehybné, surové sa začne opäť otáčať. Je to preto, že ste zastavili iba škrupinu a kvapalina vo vnútri pokračuje v rotácii.

Toto je jasná demonštrácia zákona zachovania momentu hybnosti. Zjednodušene to možno formulovať takto: keď sa začne otáčať okolo konštantnej osi, systém bude pokračovať v otáčaní, kým ho niečo nezastaví. Toto je jeden zo základných zákonov vesmíru.

Hodí sa nielen vtedy, keď potrebujete rozlíšiť uvarené vajíčko od surového. Môže sa tiež použiť na vysvetlenie, ako Hubblov vesmírny teleskop, ktorý nemá vo vesmíre žiadnu podporu, zameriava šošovku na určitú časť oblohy. Má vo vnútri len rotujúce gyroskopy, ktoré sa v podstate správajú rovnako ako surové vajce. Samotný ďalekohľad sa okolo nich otáča a tým mení svoju polohu. Ukazuje sa, že zákon, ktorý si môžeme vyskúšať v našej kuchyni, vysvetľuje aj zariadenie jednej z najvýznamnejších technológií ľudstva.

Keď poznáme základné zákony, ktorými sa riadi náš každodenný život, prestávame sa cítiť bezmocní.

Aby sme pochopili, ako svet okolo nás funguje, musíme najprv pochopiť jeho základy -. Musíme pochopiť, že fyzika nie sú len divní vedci v laboratóriách alebo zložité vzorce. Je to priamo pred nami, dostupné pre každého.

Kde začať, možno si pomyslíte. Určite ste si všimli niečo zvláštne alebo nepochopiteľné, ale namiesto toho, aby ste o tom premýšľali, ste si povedali, že ste dospelí a nemáte na to čas. Chersky radí takéto veci nezavrhovať, ale začať s nimi.

Ak nechcete čakať, kým sa niečo zaujímavé stane, dajte si do sódy hrozienka a uvidíte, čo sa stane. Sledujte vysychanie rozliatej kávy. Poklepte lyžičkou na okraj šálky a počúvajte zvuk. Nakoniec skúste sendvič zhodiť, aby nespadol maslom nadol.

ZÁKLADNÉ FYZIKÁLNE ZÁKONY

[ Mechanika | Termodynamika | Elektrina | Optika | Atómová fyzika]

ZÁKON ZACHOVANIA A TRANSFORMÁCIE ENERGIE - všeobecný zákon prírody: energia každého uzavretého systému pre všetky procesy prebiehajúce v systéme zostáva konštantná (zachovaná). Energia môže byť premenená iba z jednej formy na druhú a prerozdelená medzi časti systému. Pre otvorený systém sa zvýšenie (zníženie) jeho energie rovná zníženiu (zvýšeniu) energie telies a fyzikálnych polí, ktoré s ním interagujú.

1. MECHANIKA

ARCHIMEDOV ZÁKON - zákon hydro- a aerostatiky: teleso ponorené do kvapaliny alebo plynu je vystavené vztlakovej sile smerujúcej zvisle nahor, ktorá sa číselne rovná hmotnosti kvapaliny alebo plynu vytlačenej telesom a pôsobí v strede gravitácie ponorenej časti tela. FA= gV, kde r je hustota kvapaliny alebo plynu, V je objem ponorenej časti telesa. Inak to možno formulovať takto: teleso ponorené do kvapaliny alebo plynu stráca na svojej hmotnosti toľko, koľko váži ním vytlačená kvapalina (alebo plyn). Potom P= mg - FA Ostatné gr. vedec Archimedes v roku 212. BC. Je základom teórie plaveckých telies.

UNIVERZÁLNY GRAVITAČNÝ ZÁKON - Newtonov gravitačný zákon: všetky telesá sa k sebe priťahujú silou priamo úmernou súčinu hmotností týchto telies a nepriamo úmernou druhej mocnine vzdialenosti medzi nimi: , kde M a m sú hmotnosti interagujúcich telies, R je vzdialenosť medzi týmito telesami, G je gravitačná konštanta (v SI G=6,67,10-11 N.m2/kg2.

GALILEOV PRINCÍP RELATIVITY, mechanický princíp relativity - princíp klasickej mechaniky: v akejkoľvek inerciálnej vzťažnej sústave prebiehajú všetky mechanické javy rovnakým spôsobom za rovnakých podmienok. St princíp relativity.

HOOKOV ZÁKON - zákon, podľa ktorého sú elastické deformácie priamo úmerné vonkajším vplyvom, ktoré ich spôsobujú.

ZÁKON ZACHOVANIA HYBNOSTI - zákon mechaniky: hybnosť akéhokoľvek uzavretého systému vo všetkých procesoch vyskytujúcich sa v systéme zostáva konštantná (zachovaná) a môže byť prerozdelená medzi časťami systému iba v dôsledku ich interakcie.

NEWTONOVE ZÁKONY - tri zákony, ktoré sú základom newtonovskej klasickej mechaniky. 1. zákon (zákon zotrvačnosti): hmotný bod je v stave priamočiareho a rovnomerného pohybu alebo pokoja, ak naň nepôsobia iné telesá alebo je pôsobenie týchto telies kompenzované. 2. zákon (základný zákon dynamiky): zrýchlenie prijaté telesom je priamo úmerné výslednici všetkých síl pôsobiacich na teleso a nepriamo úmerné hmotnosti telesa (). 3. zákon: dva hmotné body na seba vzájomne pôsobia silami rovnakej povahy, rovnakej veľkosti a opačného smeru pozdĺž priamky spájajúcej tieto body ().

PRINCÍP RELATIVITY - jeden z postulátov teórie relativity, ktorý uvádza, že v akýchkoľvek inerciálnych vzťažných sústavách všetky fyzikálne (mechanické, elektromagnetické, atď.) javy za rovnakých podmienok prebiehajú rovnako. Je to Galileiho zovšeobecnenie princípu relativity na všetky fyzikálne javy (okrem gravitácie).

2. MOLEKULÁRNA FYZIKA A TERMODYNAMIKA

ZÁKON AVOGADRO - jeden zo základných zákonov ideálnych plynov: rovnaké objemy rôznych plynov pri rovnakej teplote a tlaku obsahujú rovnaký počet molekúl. Otvorené v roku 1811 Talianmi. fyzik A. Avogadro (1776-1856).

BOYLE-MARIOTTEHO ZÁKON - jeden zo zákonov ideálneho plynu: pre danú hmotnosť daného plynu pri konštantnej teplote je súčin tlaku a objemu konštanta. Vzorec: pV=konšt. Opisuje izotermický proces.

DRUHÝ ZÁKON TERMODYNAMIE - jeden zo základných zákonov termodynamiky, podľa ktorého je nemožný periodický proces, ktorého jediným výsledkom je výkon práce ekvivalentný množstvu tepla prijatého z ohrievača. Iná formulácia: je nemožný proces, ktorého jediným výsledkom je prenos energie vo forme tepla z menej zohriateho telesa na teplejšie. V.z.t. vyjadruje tendenciu systému pozostávajúceho z veľkého počtu chaoticky sa pohybujúcich častíc k samovoľnému prechodu z menej pravdepodobných stavov do stavov pravdepodobnejších. Zakazuje vytvorenie perpetum mobile druhého druhu.

GAY-LUSSACOV ZÁKON - plynový zákon: pre danú hmotnosť daného plynu pri konštantnom tlaku je pomer objemu k absolútnej teplote konštantná hodnota, kde \u003d 1/273 K-1 je teplotný koeficient objemovej expanzie.

DALTONOV ZÁKON - jeden zo základných plynových zákonov: tlak zmesi chemicky neinteragujúcich ideálnych plynov sa rovná súčtu parciálnych tlakov týchto plynov.

PASCALOV ZÁKON - základný zákon hydrostatiky: tlak vytvorený vonkajšími silami na povrchu kvapaliny alebo plynu sa prenáša rovnako vo všetkých smeroch.

PRVÝ ZÁKON TERMODYNAMIE - jeden zo základných zákonov termodynamiky, ktorým je zákon zachovania energie pre termodynamický systém: množstvo tepla Q odovzdané systému sa vynakladá na zmenu vnútornej energie systému U a vykonanie práce A proti vonkajším silám zo strany systému. Vzorec: Q=U+A. Je základom činnosti tepelných motorov.

KARLOV ZÁKON - jeden z hlavných zákonov o plyne: tlak danej hmotnosti ideálneho plynu pri konštantnom objeme je priamo úmerný teplote: kde p0 je tlak pri 00C, \u003d 1/273,15 K-1 je teplota koeficient tlaku.

3. ELEKTRINA A MAGNETIZMUS

AMPERA LAW - zákon interakcie dvoch vodičov s prúdmi; paralelné vodiče s prúdmi v rovnakom smere sa priťahujú a s prúdmi v opačnom smere sa odpudzujú. A.z. nazývaný aj zákon, ktorý určuje silu pôsobiacu v magnetickom poli na malý segment vodiča s prúdom. Otvorené v roku 1820 A.-M. Ampere.

JOUL-LENTZOV ZÁKON - zákon popisujúci tepelný účinok elektrického prúdu. Podľa D. - L.z. množstvo tepla uvoľneného vo vodiči pri prechode jednosmerného prúdu je priamo úmerné druhej mocnine sily prúdu, odporu vodiča a času prechodu.

ZÁKON ZACHOVANIA NÁBOJE - jeden zo základných prírodných zákonov: algebraický súčet elektrických nábojov akéhokoľvek elektricky izolovaného systému zostáva nezmenený. V elektricky izolovanom systéme Z.s.z. umožňuje objavenie sa nových nabitých častíc (napríklad pri elektrolytickej disociácii, ionizácii plynov, vytváraní párov častica-antičastica a pod.), ale celkový elektrický náboj častíc, ktoré sa objavili, musí byť vždy rovný nule.

Coulombov zákon - základný zákon elektrostatiky, vyjadrujúci závislosť sily interakcie dvoch pevných bodových nábojov od vzdialenosti medzi nimi: dva pevné bodové náboje interagujú so silou priamo úmernou súčinu veľkostí týchto nábojov a nepriamo úmernou štvorec vzdialenosti medzi nimi a permitivita prostredia, v ktorom sa náboje nachádzajú. V SI to vyzerá takto: . Hodnota sa numericky rovná sile pôsobiacej medzi dvoma pevnými bodovými nábojmi po 1 C, umiestnenými vo vákuu vo vzdialenosti 1 m od seba. K.z. je jedným z experimentálnych podkladov elektrodynamiky.

PRAVIDLO ĽAVEJ RUKY - pravidlo, ktoré určuje smer sily, ktorá pôsobí na vodič s prúdom v magnetickom poli (alebo pohybujúcu sa nabitú časticu). Hovorí: ak je ľavá ruka umiestnená tak, že natiahnuté prsty ukazujú smer prúdu (rýchlosť častice) a siločiary magnetického poľa (čiary magnetickej indukcie) vstupujú do dlane, potom zatiahnutý palec bude udávať smer sily pôsobiacej na vodič (kladná častica, v prípade negatívnej častice je smer sily opačný).

LENTZ RULE (LAW) - pravidlo, ktoré určuje smer indukčných prúdov, ktoré vznikajú pri elektromagnetickej indukcii. Podľa L.p. indukčný prúd má vždy taký smer, že vlastný magnetický tok kompenzuje zmeny vonkajšieho magnetického toku, ktoré tento prúd vyvolali. L.p. - dôsledok zákona zachovania energie.

ZÁKON OHMA - jeden zo základných zákonov elektrického prúdu: sila jednosmerného elektrického prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu na koncoch tejto časti a nepriamo úmerná jeho odporu. Platí pre kovové vodiče a elektrolyty, ktorých teplota je udržiavaná konštantná. V prípade úplného obvodu je formulovaný nasledovne: sila jednosmerného elektrického prúdu v obvode je priamo úmerná emf zdroja prúdu a nepriamo úmerná impedancii elektrického obvodu.

PRAVIDLO PRAVEJ RUKY - pravidlo, ktoré určuje 1) smer indukčného prúdu vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli: ak je dlaň pravej ruky umiestnená tak, že obsahuje čiary magnetickej indukcie a ohnutý palec smeruje pozdĺž pohyb

vodič, potom štyri vystreté prsty ukážu smer indukčného prúdu; 2) smer čiar magnetickej indukcie priamočiareho vodiča s prúdom: ak je palec pravej ruky umiestnený v smere prúdu, potom smer uchopenia vodiča štyrmi prstami ukáže smer čiar magnetickej indukcie.

FARADAYOVE ZÁKONY - základné zákony elektrolýzy. Prvý Faradayov zákon: hmotnosť látky uvoľnenej na elektróde pri prechode elektrického prúdu je priamo úmerná množstvu elektriny (náboja), ktorá prešla cez elektrolyt (m=kq=kIt). Druhý FZ: pomer hmotností rôznych látok podliehajúcich chemickým premenám na elektródach pri prechode rovnakých elektrických nábojov cez elektrolyt sa rovná pomeru chemických ekvivalentov. Inštaloval ho v rokoch 1833-34 M. Faraday. Zovšeobecnený zákon elektrolýzy má tvar: , kde M je molárna (atómová) hmotnosť, z je valencia, F je Faradayova konštanta. F.p. sa rovná súčinu elementárneho elektrického náboja a Avogadrovej konštanty. F=e.NA. Určuje náboj, ktorého prechod elektrolytom vedie k uvoľneniu 1 mólu monovalentnej látky na elektróde. F = (96484,56 ± 0,27) buniek/mol. Pomenovaný po M. Faradayovi.

ZÁKON ELEKTROMAGNETICKEJ INDUKCIE - zákon popisujúci jav vzniku elektrického poľa pri zmene magnetického poľa (fenomén elektromagnetickej indukcie): elektromotorická sila indukcie je priamo úmerná rýchlosti zmeny magnetického toku. Koeficient proporcionality je určený sústavou jednotiek, znak je Lenzovo pravidlo. Vzorec v SI je: kde Ф je zmena magnetického toku a t je časový interval, počas ktorého k tejto zmene došlo. Objavil M. Faraday.

4. OPTIKA

HUYGENS PRINCÍP – metóda, ktorá umožňuje kedykoľvek určiť polohu čela vlny. Podľa g.p. všetky body, ktorými čelo vlny prechádza v čase t, sú zdrojmi sekundárnych sférických vĺn a požadovaná poloha čela vlny v čase t t sa zhoduje s povrchom obklopujúcim všetky sekundárne vlny. Umožňuje vysvetliť zákony odrazu a lomu svetla.

HUYGENS - FRESNEL - PRINCÍP - približná metóda riešenia problémov šírenia vĺn. G.-F. Položka hovorí: v ktoromkoľvek bode mimo ľubovoľného uzavretého povrchu, pokrývajúceho bodový zdroj svetla, môže byť svetelná vlna excitovaná týmto zdrojom reprezentovaná ako výsledok interferencie sekundárnych vĺn emitovaných všetkými bodmi špecifikovaného uzavretého povrchu. Umožňuje vyriešiť najjednoduchšie problémy ohybu svetla.

ZÁKON ODRAZU VLNY - dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmica zdvihnutá k bodu dopadu lúča ležia v rovnakej rovine a uhol dopadu sa rovná uhlu lomu. Zákon platí pre zrkadlový odraz.

LOM SVETLA - zmena smeru šírenia svetla (elektromagnetická vlna) pri prechode z jedného prostredia do druhého, ktorá sa líši od prvého indexu lomu. Pre lom je splnený zákon: dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmica zdvihnutá k bodu dopadu lúča ležia v rovnakej rovine a pre tieto dve prostredia platí pomer sínusu uhla dopadu k sínus uhla lomu je konštantná hodnota, nazývaná relatívny index lomu druhého prostredia vzhľadom k prvému.

ZÁKON PRIAMOČNEJ DISTRIBÚCIE SVETLA - zákon geometrickej optiky, ktorý spočíva v tom, že v homogénnom prostredí sa svetlo šíri priamočiaro. Vysvetľuje napríklad vznik tieňa a penumbry.

6. ATÓMOVÁ A JADROVÁ FYZIKA.

BOHR POSTULÁTY - hlavné predpoklady zavedené bez dôkazu N. Bohrom a ktoré sú základom BOHROVEJ TEÓRIE: 1) Atómový systém je stabilný iba v stacionárnych stavoch, ktoré zodpovedajú diskrétnej sekvencii hodnôt atómovej energie. Každá zmena tejto energie je spojená s úplným prechodom atómu z jedného stacionárneho stavu do druhého. 2) K absorpcii a emisii energie atómom dochádza podľa zákona, podľa ktorého je žiarenie spojené s prechodom monochromatické a má frekvenciu: h = Ei-Ek, kde h je Planckova konštanta a Ei a Ek sú energie atómu v stacionárnych stavoch

Poďme sa na to trochu pozrieť. Snow tým, že nemôžete vyhrať, chcel povedať, že keďže hmota a energia sú zachované, nemôžete získať jednu bez straty druhej (to znamená E=mc²). Znamená to tiež, že na chod motora potrebujete dodávať teplo, no pri absencii dokonale uzavretého systému určité množstvo tepla nevyhnutne unikne do otvoreného sveta, čo vedie k druhému zákonu.

Druhý zákon – straty sú nevyhnutné – znamená, že kvôli zvyšujúcej sa entropii sa nemôžete vrátiť do predchádzajúceho energetického stavu. Energia sústredená na jednom mieste bude vždy smerovať k miestam s nižšou koncentráciou.

Napokon, tretí zákon – z hry sa nedá vystúpiť – hovorí o najnižšej teoreticky možnej teplote – mínus 273,15 stupňov Celzia. Keď systém dosiahne absolútnu nulu, pohyb molekúl sa zastaví, čo znamená, že entropia dosiahne najnižšiu hodnotu a nebude existovať ani kinetická energia. Ale v skutočnom svete je nemožné dosiahnuť absolútnu nulu - len veľmi blízko k nej.

Sila Archimedes

Po tom, čo staroveký Grék Archimedes objavil jeho princíp vztlaku, údajne zakričal "Heuréka!" (Nájdený!) a nahý bežal po Syrakúzach. Tak hovorí legenda. Objav bol taký dôležitý. Legenda tiež hovorí, že Archimedes objavil princíp, keď si všimol, že voda vo vani stúpa, keď je do nej ponorené telo.

Podľa Archimedovho princípu vztlaku sa sila pôsobiaca na ponorený alebo čiastočne ponorený predmet rovná hmotnosti tekutiny, ktorú predmet vytlačí. Tento princíp má prvoradý význam pri výpočtoch hustoty, ako aj pri navrhovaní ponoriek a iných zaoceánskych plavidiel.

Evolúcia a prirodzený výber

Teraz, keď sme si vytvorili niektoré zo základných pojmov o tom, ako vznikol vesmír a ako fyzikálne zákony ovplyvňujú náš každodenný život, obráťme svoju pozornosť na ľudskú podobu a zistime, ako sme sa dostali do tohto bodu. Podľa väčšiny vedcov má všetok život na Zemi spoločného predka. Aby sa však vytvoril taký obrovský rozdiel medzi všetkými živými organizmami, niektoré z nich sa museli zmeniť na samostatný druh.

Vo všeobecnom zmysle k tejto diferenciácii došlo v procese evolúcie. Populácie organizmov a ich črty prešli mechanizmami, ako sú mutácie. Tí, ktorí mali viac znakov prežitia, ako napríklad hnedé žaby, ktoré sa maskujú v močiaroch, boli prirodzene vybrané na prežitie. Odtiaľ pochádza pojem prirodzený výber.

Tieto dve teórie môžete znásobiť mnohokrát a v skutočnosti to Darwin urobil v 19. storočí. Evolúcia a prírodný výber vysvetľujú obrovskú rozmanitosť života na Zemi.

Všeobecná teória relativity Alberta Einsteina bola a zostáva veľkým objavom, ktorý navždy zmenil náš pohľad na vesmír. Einsteinovým hlavným prelomom bolo vyhlásenie, že priestor a čas nie sú absolútne a gravitácia nie je len sila aplikovaná na objekt alebo hmotu. Gravitácia skôr súvisí so skutočnosťou, že hmotnosť deformuje samotný priestor a čas (časopriestor).

Aby to malo zmysel, predstavte si, že jazdíte po Zemi po priamke vo východnom smere, povedzme, zo severnej pologule. Po chvíli, ak chce niekto presne určiť vašu polohu, budete oveľa na juh a východ od svojej pôvodnej polohy. Je to preto, že Zem je zakrivená. Ak chcete jazdiť rovno na východ, musíte vziať do úvahy tvar Zeme a jazdiť pod uhlom mierne na sever. Porovnajte okrúhlu guľu a list papiera.

Priestor je takmer rovnaký. Pasažierom rakety letiacej okolo Zeme bude napríklad zrejmé, že letia vo vesmíre po priamke. Ale v skutočnosti sa časopriestor okolo nich stáča pod silou zemskej gravitácie, čo spôsobuje, že sa pohybujú vpred a zostávajú na obežnej dráhe Zeme.

Einsteinova teória mala obrovský vplyv na budúcnosť astrofyziky a kozmológie. Vysvetlila malú a neočakávanú anomáliu na obežnej dráhe Merkúra, ukázala, ako sa hviezdne svetlo ohýba, a položila teoretické základy pre čierne diery.

Heisenbergov princíp neurčitosti

Einsteinova expanzia relativity nás naučila viac o fungovaní vesmíru a pomohla položiť základy kvantovej fyziky, čo viedlo k úplne nečakaným rozpakom teoretickej vedy. V roku 1927 zistenie, že všetky zákony vesmíru sú v určitom kontexte flexibilné, viedlo k prekvapivému objavu nemeckého vedca Wernera Heisenberga.

Pri postulovaní princípu neurčitosti si Heisenberg uvedomil, že nie je možné poznať dve vlastnosti častice súčasne s vysokou úrovňou presnosti. Môžete poznať polohu elektrónu s vysokou presnosťou, ale nie jeho hybnosť a naopak.

Neskôr Niels Bohr urobil objav, ktorý pomohol vysvetliť Heisenbergov princíp. Bohr zistil, že elektrón má vlastnosti častice aj vlny. Tento koncept sa stal známym ako dualita vlny a častíc a vytvoril základ kvantovej fyziky. Preto, keď meriame polohu elektrónu, definujeme ho ako časticu v určitom bode v priestore s neurčitou vlnovou dĺžkou. Keď meriame hybnosť, považujeme elektrón za vlnu, čo znamená, že môžeme poznať amplitúdu jeho dĺžky, ale nie polohu.