Законы сохранения:

1) импульса – количества движения – произведение скорости на массу движущегося тела6»если сумма внешних сил равна нулю, импульс системы тел остается постоянным при любых происходящих в ней процессах»;

2) момента импульса. Моменты импульса отдельных частиц вращающегося тела могут как угодно изменяться, однако общий момент импульса (сумма моментов импульса отдельных частей тела) остается постоянным. Пример: вращение фигуриста на коньках с руками, вытянутыми в стороны, и с руками, поднятыми над головой;

3) сохранения энергии. Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. Кинетическая энергия механической системы – это энергия механического движения этой системы. Потенциональная энергия – это механическая энергия системы тел, которые взаимодействуют посредством силовых полей (например, гравитационных сил).

4) сохранения заряда. Электрические заряды – это источники электромагнитного поля. «В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов системы остается неизменной во времени, какие бы процессы ни происходили внутри этой замкнутой системы». Этот закон справедлив на всех структурных уровнях материального мира.

– Теорема Эмми Нетер и законы сохранения. «Если некоторая система инвариантна относительно некоторого глобального преобразования, то для неё существует определенная сохраняющая величина».

– Законы сохранения являются следствиями симметрий, существующих

Эволюция представлений о пространстве и времени.

– Знаменитый врач и философ Эмпедокл утверждал реальность изменения и движения, при этом подчеркивал, что пустого пространства не существует.

– В системе Демокрита два пространства: непрерывное пространство как вместилище и математическое пространство, основанное на амерах как масштабных единицах протяжения материи.

– Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойства изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. На математическом уровне суть изотахии заключается в том, что в процессе перемещения атомы проходят один «атом пространства» за один «атом времени».

Евклид обосновал геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве.

К. Птолемей: время бесконечно, пространство конечсно.

Древнегреческие атомисты различали два типа пространства и времени. В их представлениях были реализованы субстанциональные и атрибутивные концепции.

– Аристотель: «пустого пространства не бывает». Время немыслимо и не существует без движения, но оно не есть само движение. Здесь реализована реляционная концепция.

– В гелиоцентрической системе мира Н. Коперника концепция единого однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.

– Космологическая теория Д. Бруно связала воедино бесконечность Вселенной и пространства. Представляя Вселенную как «целое бесконечное», как «единое, безмерное пространство, Бруно делает вывод и о безграничности пространства, ибо оно « не имеет края, предела и поверхности».

– Принцип относительности Галилея: «все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью. Такие системы называются инерциальными.

– Одновременность времени означает… инвариантность законов природы относительно сдвигов во времени.

– Абсолютное пространство – самостоятельная сущность, которая не зависит от находящихся в ней объектов и протекающих процессов. Это положение…классической механики.

– «Любое тело сохраняет состояние покоя или движения равномерно и прямолинейно до тех пор, пока воздействие других тел не выведет его из этого состояния». Это – принцип инерции, сформулированный… Исааком Ньютоном (Первый закон Ньютона).

– «Если система движется равномерно и прямолинейно, то, не выходя за её пределы, никакими приборами невозможно обнаружить факт её движения или покоя, так как такое движение не влияет на ход процессов, протекающих в данной системе. Какое из тел, движущихся равномерно и прямолинейно, а какое покоится однозначно сказать невозможно» (нужна точка отсчета).

– Принцип относительности сформулировал Галилей: «Если законы механики справедливы в одной системе координат, то они справедливы и в любой другой системе, движущейся прямолинейно и равномерно относительно первой» … Такие системы называются инерциальными.

– Понятие инерциального движения ввёл …Г. Галилей («тело, не подверженное воздействию внешних сил, будет двигаться не по кругу, а равномерно по прямой траектории или оставаться в покое).

– Течение времени и пространственные интервалы независимы… а) друг от друга; б) от состояния движения системы отсчета (от преобразования координат).

– При сжатии вращающегося тела скорость его вращения… возрастает

(закон механики).-

– Согласно принципу относительности Галилея, скорость тела в движущейся системе отсчета относительно неподвижной … равна некоторой векторной сумме скорости относительно движущейся системы отсчета и скорости движущейся системы отсчета относительно неподвижной («Правило сложения скоростей» Галилея).

– В классической механике абсолютные пространство и время выступали в качестве структуры мира на теоретическом уровне.

Галилей, Ньютон и Декарт рассматривали различные сочетания концепций пространства и инерции: Галилей признает пустое пространство и круговое инерциальное движение. Декарт дошел до идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое пространство. И только Ньютон объединил пустое пространство и и прямолинейное инерциальное движение.

Взаимодействием материальных элементарных частиц Декарт пытался объяснить все наблюдаемые физические явления: свет, теплоту, электричество, магнетизм. Само же взаимодействие он представлял в виде давления или удара при соприкосновении частиц друг с другом и ввёл, таким образом, в физику идею близкодействия.

Концепция близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет распространяется с конечной скоростью в виде волн. Это привело в дальнейшем к понятию поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие.

– В XIX в. сформулирован принцип близкодействия. Имеет два варианта: 1-й вариант сформулировал М. Фарадей: «взаимодействие между телами переносится полем, от точки к точке, с конечной скоростью. 2-й вариант (уточненный в XX в.): «каждое фундаментальное физическое взаимодействие переносится соответствующим полем, от точки к точке, со скоростью, не превышающей скорость света в вакууме».

– Исторически первым был сформулирован принцип дальнодействия. Автор – Ньютон, который с помощью данного принципа пытался объяснить механизм действия гравитационных сил. Согласно принципу дальнодействия, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных носителей и посредников (агентов взаимодействия).

У Ньютона пространство считалось бесконечным, плоским, «прямолинейным», евклидовым. Оно рассматривалось как абсолютное, пустое, однородное, изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качестве «вместилища» материальных тел, как независимая от них инерциальная система. Время – абсолютно, однородно, равномерно текущее. Фактически классическая механика сводила время к длительности.

И. Кант рассматривал пространство и время как априорные (доопытные) формы чувственного созерцания, вечные категории сознания.

– Коренным отличием специальной теории относительности от предшествующих теорий является признание пространства и времени в качестве внутренних элементов движения материи, структура которых зависит от природы самого движения и является его функцией

– Пространство и время в специальной теории относительности трактуется с точки зрения реляционной концепции

Развитие науки в 20 веке раскрыло новые аспекты зависимости пространства и времени от материальных процессов. Из теории относительности и экспериментальных фактов современной физики следует, что с увеличением скорости движения тел и приближением её к скорости света возрастает масса, относительно сокращаются линейные размеры в направлении движения, замедляются все процессы по сравнению с состоянием покоя тел.

Специальная теория относительности (сокращенно – СТО)

В 1905 г. А. Эйнштейн в работе «К электродинамике движущихся сред» изложил основы специальной теории относительности (СТО). Специальной она называется потому, что эта теория только для равномерного и прямолинейного движения, то есть не охватывает весь мир. В основе этой теории лежат два принципа: 1) постоянства скорости света (300 тыс. км/сек); 2) принцип относительности (равномерное и прямолинейное движение и состояние покоя равноправны и неразличимы).

В классической механике течение времени и пространственные интервалы считались независимыми друг от друга .и от состояния движения системы отсчёта. Таким образом, объектом изучения в механике Ньютона были или материальные точки, или точки пространства, или моменты времени.

Объектом СТО выступают физические события как целостные объекты, в которых объединены понятия материи, движения, пространства, времени. Согласно СТО, физической реальностью обладают не точки пространства и не моменты времени, а только сами события, определенные четырьмя числами X, Y, Z, t в виде законов в едином четырех мерном пространственно-временном континууме.

– Первый постулат СТО: во всех инерциальных системах отсчета все физические явления протекают одинаково (обобщенный принцип относительности). Этот постулат распространяет принцип эквивалентности инерциальных систем классической механики на широкий круг физических явлений. «Законы природы инвариантны относительно смены системы отсчета» – (принцип относительности в специальной теории относительности Эйнштейна – « никакими физическими опытами (механическими и электромагнитными) внутри данной системы отсчета нельзя установить, движется эта система равномерно или покоится». При этом пространство и время являются связанными друг с другом, зависящими друг от друга.

– Второй постулат СТО: во всех инерциальных системах отсчета скорость света одинакова (принцип инвариантности скорости света)…Инвариантность скорости света – принцип постоянства скорости света в вакууме, которая равна 300000 км/сек.). Достичь скорости света электрон не может (v = 0, 9999999 с., где «v» и «с» скорости электрона и света соответственно. При этом масса электрона возрастает в 2500 раз). Движение тел со скоростью, близкой к скорости света, принято называть релятивистским (от лат – относительный)

– Скорость света … а) не зависит от направления движения системы; б) не зависит от скорости движения системы отсчета. В конце 19 в. было доказано, что скорость света – постоянная величина, независящая от движения источника.

– Основу общей теории относительности составляют следующие положения: 1) скорость света есть величина постоянная в любых системах отсчета…2) все физические процессы при одних и тех же условиях протекают одинаково в любых системах отсчета.

– Специальная теория относительности гласит… а) во всех инерциальных системах отсчета все физические явления протекают одинаково (обобщенный принцип относительности );… б) во всех инерциальных системах отсчета скорость света одинакова (принцип инвариантности скорости света). Движение тела со скоростью, близкой к скорости света называется релятивистским (лат. – относительный).

– Существуют микрочастицы – «люксоны», которые имеют скорость света. Это … фотоны и нейтрино (У них практически нет массы покоя, их нельзя затормозить, они всегда движутся со скоростью света).

– Два события, происходящие одновременно в разных местах одной системы, не являются одновременными в другой системе отсчета. Это положение СТО называется… парадоксом универсальности.

– Темп протекания времени в движущейся системе отсчета замедляется в сравнении с темпом тех же процессов в неподвижных системах отсчета. Это … парадокс времени (в специальной теории относительности, или эффект релятивистского замедления времени)

– Длина тела в системе отсчета, относительно которой оно движется, меньше длины, измеренной в системе отсчета, где тело неподвижно. Это… парадокс длины (в СТО – сти – это эффект … релятивистского сокращения длины в направлении движения тела.

– Пространственный и временной интервалы следует считать относительными, зависящими (в спец. теории относительности) от… движения наблюдателя.

Выделим основные релятивистские эффекты (следствия постулатов СТО): а) относительность одновременности; б) относительность расстояний (релятивистское сокращение длин); в) относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени); инвариантность причинно-следственных связей; единство пространства-времени.

– В специальной теории относительности превращение энергии из одного вида в другой соответствует переходу массы из одной формы в другую. Это – показатель … эквивалентности массы и энергии.

Замедление времени. Эффект СТО, согласно которому для движущегося наблюдателя течение времени замедляется.