Юрий Трифонов - Властелин механики. 7 великих законов в понятном изложении

Именно механика является наиболее хорошо изученным разделом физики . Его гораздо легче исследовать, потому что всегда можно создать прототип или рабочую модель, а на её примере выявить закономерность. Хотя периодически и появляются пробелы из серии «что такое механическая энергия» или «что является носителем импульса», остальное поддается прямым измерениям.

С законами механических взаимодействий столкнулись ещё при строительстве пирамид. Авантюра безжалостная, бессмысленная и бездумная, однако рабы на своей шкуре испытали все прелести земного притяжения и силы трения. Тогда и стали появляться первые конструкции, способные упростить этот ужасный труд. Первые лифты, рычаги, системы неподвижных и подвижных блоков и другие простые механизмы. Возможно, интересно будет узнать, что первый лифт был придуман одним из египетских рабов, который трудился над строительством пирамиды. Но после того, как он построил это устройство и рассказал об этом фараону, раб был казнён. Цель предположить не сложно. Ведь эти знания не должны были достаться больше никому! Кроме, само собой, фараона.

К большому сожалению, история полна примеров безумного уничтожения и порабощения людей ради неоправданных целей и мы, как люди образованные, должны это понимать. Да и казней из-за излишних знаний предостаточно. Посадить на бочку с порохом за изобретение дельтаплана или сжечь на костре за исследование космоса – в целом-то обычное дело.

Механика является всеобъемлющей. На понимании принципов классической Ньютоновской механики держится и понимание многих других разделов физики. Так, даже элементарные частицы подчиняются законам Ньютона . Именно поэтому важно усвоить все законы механики. Ведь дальнейшее изучение природы будет опираться на эти знания.

Правда тут тоже всё не однозначно. Современные исследования показали, что Ньютоновская механика работает далеко не везде и далеко не всегда . Но это уже совсем другое направление работы. Причем малодоступное Ньютону и физикам того времени из-за отсутствия возможности выполнять столь сложные исследования. От того не стоит так сильно критиковать классическую механику при выявлении некоторых несоответствий в более тонких материях. Кроме того, как мы узнаем чуть позже, труды того же Ньютона часто интерпретировались неправильно, а суть изложения менялась относительно оригинала.

В любом случае, все существующие законы механики позволяют вполне неплохо существовать нам в рамках нашего мира и строить различные машины. Ваш автомобиль или велосипед – это классическая механика и эти устройства работают и подтверждают выведенные законы. По ним были рассчитаны все машины. Всё ещё возникают мысли, что это ошибки? Изучить классическую механику следует обязательно даже если вы собрались её ругать, чтобы было с чем сравнивать.

Выделить самые важные законы механики невозможно. Ведь каждый закон, который был изучен и сформулирован, ценен по-своему. Каждый из них делает вклад в общую картину мира. Но вот отобрать наиболее часто встречающиеся на нашем жизненном пути закономерности вполне можно . Это мы и сделаем. Выберем те, которые встречаются в повседневной жизни чаще других.

Сделать это будет не сложно. Мы вышли из квартиры, и закрывающаяся дверь прищемила палец собственным весом. Только что мы наблюдали закон сохранения механической энергии. Ещё у нас с собой сумка, а она обладает потенциальной энергией. Если выпустить её из рук, то сумка упадет и опять сработает закон сохранения.

Рис.10. Физика всегда работает вокруг нас

При этом первый закон Ньютонаподсказал, что дверь продолжит двигаться по инерции и прищемит нам палец, причем палец испытает такое же воздействие, которое передаст и двери уже по третьему закону Ньютона. Исходя из второго закона Ньютонакто-то толкнет нас в метро с некоторой силой, придавая ускорение, а закон тяготенияпри этом заставит притянуться к полу и упасть.

Закон Паскаляпоможет сработать гидравлическому тормозу на транспортном средстве, которое везет нас на работу или по делам.

Закон Гукарасскажет о том, насколько сильно прогнется стол, когда мы поставим на него баклажку с водой и выдержит ли вообще такую нагрузку. Но в скором времени появится свободное время и благодаря закону сохранения импульсамы полетим в отпуск на реактивном самолете. Дальше будем купаться и закон Архимедане даст утонуть в море.

Примерно так и были выбраны семь значимых законов для рассмотрения. Их работу можно увидеть чуть ли не в каждой секунде нашей жизни.

На базе понимания процессов сохранения строится вся физика. Энергия сохраняется в самых разных процессах. Нас же пока интересует только механика.

Не случайно закон сохранения механической энергии мы разбираем самым первым. Властелин механики просто обязан познать этот принцип для контроля надо окружающим материальным миром.

Начинается всё с простых явлений и заканчивается самыми сложными. Поспорить с существованием данного закона не смогли даже квантовые физики, которые любят регулярно «отменять» классические представления о природе процессов и частенько обращаются к нему.

Базовое представление о факте сохранения энергии заложили ещё античные философы. Более-менее похожее нашему представлению пониманию сформулировал Рене Декарт в 1644 году.

Когда одно тело сталкивается с другим, оно может сообщить ему лишь столько движения, сколько само одновременно потеряет, и отнять у него лишь столько, насколько оно увеличит своё собственное движение.

Правда про количество движения тут стоило бы сказать отдельно, но это совсем другая история. Пока вернемся к сохранению.

Как и во многих других случаях, проще всего разбираться с законом сохранения исходя из механики. Существует тут такой закон сохранения механической энергии. На этом примере и становится понятной основная логика сохранения энергии: если где-то что-то убыло, то где-то столько же этого и прибыло. Кстати, примерно так сформулировал закон сохранения энергии когда-то великий М. В. Ломоносов. Песня немножко из другой оперы, но легко применяется во всей физике.

Анализируя процессы превращения механической энергии очень легко понять и основную суть рассматриваемого вопроса. Ведь исходя из этого очень легко прослеживается постоянный обмен энергией, а не её неожиданное появление и расходование в пустоту.