Вопрос 13 Классическая механика (концепция Ньютона)

Класси́ческая меха́ника — вид механики (раздела физики, изучающего законы изменения положений тел в пространстве со временем и причины, это вызывающие), основанный на законах Ньютона и принципе относительности Галилея. Поэтому её часто называют «Ньютоновской механикой».

Классическая механика подразделяется на:

• статику (которая рассматривает равновесие тел)

• кинематику (которая изучает геометрическое свойство движения без рассмотрения его причин)

• динамику (которая рассматривает движение тел).

Существует несколько эквивалентных способов формального математического описания классической механики:

• Законы Ньютона

• Лагранжев формализм

• Гамильтонов формализм

• Формализм Гамильтона — Якоби

Классическая механика даёт очень точные результаты, если её применение ограничено телами, скорости которых много меньше скорости света, а размеры значительно превышают размеры атомов и молекул. Обобщением классической механики на тела, двигающиеся с произвольной скоростью, является релятивистская механика, а на тела, размеры которых сравнимы с атомными — квантовая механика. Квантовая теория поля рассматривает квантовые релятивистские эффекты.

Тем не менее, классическая механика сохраняет своё значение, поскольку:

• она намного проще в понимании и использовании, чем остальные теории

• в обширном диапазоне она достаточно хорошо описывает реальность.

Классическая механика оперирует несколькими основными понятиями и моделями. Среди них следует выделить:

• Пространство. Считается, что движение тел происходит в пространстве, являющимся евклидовым, абсолютным (не зависит от наблюдателя), однородным (две любые точки пространства неотличимы) и изотропным (два любых направления в пространстве неотличимы).

• Время — фундаментальное понятие, постулируемое в классической механике. Считается, что время является абсолютным, однородным и изотропным (уравнения классической механики не зависят от направления течения времени).

• Система отсчёта состоит из тела отсчёта (некоего тела, реального или воображаемого, относительно которого рассматривается движение механической системы), прибора для измерения времени и системы координат.

• Масса — мера инертности тел.

• Материальная точка — модель объекта, имеющего массу, размерами которого пренебрегают в решаемой задаче[1]. Тела ненулевого размера могут испытывать сложные движения, поскольку может меняться их внутренняя конфигурация, например, тело может вращаться или деформироваться. Тем не менее, в определённых случаях к подобным телам применимы результаты, полученные для материальных точек, если рассматривать такие тела, как совокупности большого количества взаимодействующих материальных точек. Материальные точки в кинематике и динамике обычно описывают следующими величинами:

• Радиус-вектор — вектор, проведённый из начала координат в точку расположения тела, характеризует положение тела в пространстве.

• Скорость является характеристикой темпа изменения положения тела со временем, определяется как производная радиус-вектора по времени

• Ускорение — скорость (темп) изменения скорости, определяется как производная скорости по времени

• Импульс (устаревшее название — количество движения) — векторная физическая величина, равная произведению массы материальной точки на её скорость

• Кинетическая энергия — энергия движения материальной точки, определяемая как половина произведения массы тела на квадрат её скорости

• Сила — физическая величина, характеризующая степень взаимодействия тел между собой. Представляет собой функцию координат и скорости материальной точки, определяющую производную её импульса по времени.

Основные Законы:

• Принцип относительности Галилея

• Законы Ньютона

• Закон сохранения импульса

• Закон сохранения энергии