Законы Ньютона и введение в ОТО

Законы Ньютона, впервые в полной мере были сформулированы в 1687 году Исааком Ньютоном в книге «Математические начала натуральной философии». В ньютоновском изложении механики, широко используемом и в настоящее время, эти законы являются аксиомами, базирующимися на обобщении экспериментальных результатов. Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета. Поэтому он также известен как закон инерции. Инерция — это свойство тела сохранять скорость своего движения неизменной по величине и направлению, когда не действуют никакие силы, а также свойство тела сопротивляться изменению его скорости. В современной физике первый закон Ньютона принято формулировать в следующем виде:

"Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения".

Ниже представлен эксперимент в вакууме, подтверждающий тот факт, что Земля — это инерциальная система отсчёта (ИСО), в которой все материальные тела ("точки") находятся в состоянии покоя, при этом равномерно и прямолинейно движутся к центру масс Земли, которая в свою очередь, движется в своём направлении в космическом пространстве.

Второй закон Ньютона — это дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к материальной точке силой и получающимся от этого ускорением этой точки. Фактически, второй закон Ньютона вводит массу как меру проявления инертности материальной точки в выбранной инерциальной системе отсчёта (ИСО).


Следует учитывать, что нельзя рассматривать частный случай второго закона Ньютона, как эквивалент первого, так как первый закон постулирует существование ИСО, а второй формулируется уже в ИСО. Второй закон Ньютона, в его наиболее распространённом виде, записывается следующим образом:

В инерциальных системах отсчёта ускорение, приобретаемое материальной точкой, прямо пропорционально вызывающей его силе, не зависит от её природы, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки.

Ньютон не провозглашал, что в природе действует закон тяготения, он строго доказывал этот факт, исходя из наблюдаемой картины движения планет. Из первых двух законов Кеплера он выводит, что движение планет управляется центральной силой, а из третьего закона — притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния. Ньютон в своём труде опирался на существование абсолютной неподвижной системы отсчёта, то есть абсолютного пространства и абсолютного времени, а это представление современная физика отвергает. С другой стороны, в произвольной (например, вращающейся) системе отсчёта закон инерции неверен, поэтому ньютоновская формулировка была заменена постулатом существования инерциальных систем отсчета. Однако, в этой статье доказывается, что пространство-время однородно и непрерывно, а все материальные тела находятся постоянно в движении (Земля, Солнце, Солнечная система, Галактика и т.д.). Единственный статический объект (в узком смысле слова “статический”), так это сам факт движения Всего. Даже если объект неподвижно лежит на земле, то он всё равно движется вместе с Землёй, а его твёрдое (напряжённое) состояние, сохраняется до тех пор, пока в нём сохраняется напряжение (“период полураспада атомов”). Таким образом “состояние покоя” объектов на Земле, рассматривается относительно движения в пределах Земли. Например если мы будем смотреть в телескоп на лежачий камень, находясь скажем - на Луне, то камень будет вращаться вместе с Землёй. С такого положения наблюдателя, Земля вместе с камнем находятся в движении, а увидеть мы его сможем 1 раз в сутки на протяжении какого-то времени. При этом “правило относительности” (релятивизма) проявляется во времени, так как время — это частота событий, происходящих относительно другого события, принятого за единицу измерения физических и психических процессов.

С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133. Согласно этому определению, атом цезия-133 является стандартом для измерений времени и частоты.

Оценивая значение Второго закона Ньютона, А.Эйнштейн писал:

Дифференциальный закон является той единственной формой причинного объяснения, которая может полностью удовлетворять современного физика. Ясное понимание дифференциального закона есть одно из величайших духовных достижений Ньютона… Только переход к рассмотрению явления за бесконечно малое время (т. е. к дифференциальному закону) позволил Ньютону дать формулировку, пригодную для описания любого движения… Так Ньютон пришёл… к установлению знаменитого закона движения: Вектор ускорения × Масса = Вектор силы. Это — фундамент всей механики и, пожалуй, всей теоретической физики.

Третий закон Ньютона является следствием однородности, изотропности, и в узком смысле "зеркальной симметрии" пространства. Современная формулировка в её наиболее распространённом форме, имеет следующий вид:

Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению:

Расстояние между точками в Третьем законе Ньютона — это свойство (характеристика) времени, которое определяет вектор скорости ИСО, или же вектор силы между инерциальными системами, в соответствии с Вторым законом. Ньютон последовательно доказывал факт гравитации, а не изобретал "велосипед". Отсюда следует, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Исходя из этого положения, в 1915—1916 годах Альберт Эйнштейн предложил расширение общей теории относительности (ОТО), с введением специальной теории относительности (СТО).


Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения, использованием уравнений Эйнштейна, для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей. ОТО в настоящее время — самая успешная теория гравитации, хорошо подтверждённая наблюдениями и рутинно используемая в астрономии, а также в инженерных приложениях, таких как системы спутниковой навигации.

Категория: Интересные статьи Просмотров: 438 | Теги: Гравитация, космос, физика
Всего комментариев:0
avatar