Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


Ћекци€ 4. ‘ундаментальные свойства материального мира




ѕлан лекции:

1.—имметри€.

2.«аконы сохранени€.

3.‘ундаментальные взаимодействи€.

4.–азвитие представлений о физических пол€х.

5. онцепци€ обменного взаимодействи€.

6. онцепци€ корпускул€рно-волнового дуализма в современной физике.

7.ќсновные положени€ квантовой механики.

8.—труктура микромира.

 

—имметри€

ѕон€тие материи как неуничтожимой и несотворимой основы всего сущего сложилось еще во времена античности. — другой стороны, наблюдение посто€нных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении материи как важнейшем ее свойстве. »де€ Ђсохранени€ї по€вилась в науке как чисто философска€ догадка о наличии чего-то стабильного в вечно мен€ющемс€ мире. ≈динство изменени€ и сохранени€ находит выражение в пон€тии Ђсимметри€ї. —имметри€ Ц инвариантность (неизменность) объекта по отношению к наложенным на него преобразовани€м. ѕреобразовани€, дающие симметричный объект, называютс€ симметричными. ”ровень симметрии определ€етс€ количеством (спектром) возможных симметричных преобразований. „ем однородней, равновесней система, т.е. чем соразмерней ее части, тем больше число возможных дл€ нее симметричных преобразований, т.е. тем она более симметрична. ѕоэтому представление о симметрии св€зывают с равновесностью и соразмерностью частей системы. —имметри€ физических систем про€вл€етс€ в существовании законов сохранени€. —начала законы сохранени€, как и принцип относительности, были установлены опытным путем, обобщением огромного количества экспериментальных фактов. «начительно позднее пришло понимание глубокой взаимосв€зи этих законов со свойствами симметрии физических систем, что позволило осмыслить их всеобщность. ѕри этом симметри€ понимаетс€ как инвариантность законов, вход€щих в них величин и описываемых ими свойств природных объектов относительно некоторой группы преобразований при переходе от одной системы отсчета к другой. Ќапример, в специальной теории относительности дл€ всех инерциальных систем отсчета, движущихс€ с разными скорост€ми, инвариантны скорость света в вакууме, электрический зар€д, законы природы.

Ќаличие симметрии приводит к тому, что дл€ данной системы существует сохран€юща€с€ величина. “аким образом, если известны свойства симметрии системы, можно определить дл€ нее законы сохранени€ и наоборот.

—в€зь между симметрией пространства-времени и фундаментальными законами сохранени€ установила в начале XX в. Ё. ЌЄтер (1882 Ц 1935). ѕространство и врем€ однородны, а следовательно, симметричны относительно произвольных сдвигов начала отсчета. »зотропность пространства делает его симметричным относительно поворота координатных осей.

¬ажнейша€ симметри€ природы была вы€влена в рел€тивистской теории: все €влени€ природы инвариантны относительно сдвигов, поворотов и отражений в едином четырехмерном пространстве-времени. ƒанные симметрии по своей сути €вл€ютс€ Ђглобальнымиї, охватывающими все пространство-врем€. «аконы сохранени€, обусловленные глобальной симметрией, €вл€ютс€ фундаментальнейшими законами природы.   ним относ€тс€:

закон сохранени€ импульса, св€занный с однородностью пространства;

закон сохранени€ момента импульса, св€занный с изотропностью пространства;

закон сохранени€ энергии, св€занный с однородностью времени.

“аким образом, каждому преобразованию глобальной симметрии пространства-времени соответствует закон сохранени€ определенной величины. ƒанные законы выполн€ютс€ дл€ замкнутых систем, тела которых взаимодействуют между собой, а внешние воздействи€ скомпенсированы.

 

«аконы сохранени€

«акон сохранени€ импульса.  ак указано выше, импульсом называетс€ произведение массы частицы на еЄ скорость (2.5). «акон сохранени€ импульса: в замкнутой системе тел суммарный импульс (векторна€ сумма импульсов, вход€щих в систему тел) есть величина посто€нна€.

ƒанный закон выполн€етс€ как в макромире, где позвол€ет рассмотреть взаимодействи€ тел при ударе и определ€ет возможность движени€ тел без опоры Ц реактивного движени€, так и в микромире, при взаимодействи€х микрообъектов. Ёто дает возможность определ€ть характеристики и изучать особенности превращени€ микрочастиц по фотографи€м их столкновений (методом толстослойных фотоэмульсий).

«акон сохранени€ момента импульса. ¬ классической механике моментом импульса частицы относительно точки называетс€ векторное произведение радиуса-вектора частицы на ее импульс:

. (4.1)

«акон сохранени€ момента импульса: в замкнутой системе тел суммарный момент импульса относительно неподвижной точки есть величина посто€нна€.

ћомент импульса важнейша€ характеристика вращающихс€ систем, св€зывающа€ распределение массы объекта и скорость его вращени€. »зменение распределени€ массы в такой системе вследствие закона сохранени€ момента импульса приводит к изменению быстроты вращени€. ƒвижение фигуристки резко ускор€етс€, когда она прижимает к груди ранее разведенные в стороны руки.

¬ращение Ц одно из наиболее общих свойств космических объектов различных уровней. ѕланеты, их спутники, звезды вращаютс€ вокруг своих осей. —путники обращаютс€ вокруг планет, планеты Ц вокруг —олнца, —олнечна€ система Ц вокруг центра √алактики и т.д. ƒанные €влени€ объ€сн€ютс€ сохранением результирующего момента импульса систем, которым они обладали при возникновении, например вследствие неравномерности распределени€ частиц вещества.

«акон сохранени€ момента импульса позвол€ет количественно описать движение всех небесных тел в центральном поле т€готени€, создаваемом —олнцем. ѕримен€€ его, можно получить второй закон  еплера, описывающий изменение скорости планеты при ее движении по эллиптической орбите вокруг —олнца, а также объ€снить резкое увеличение скорости комет при их приближении к —олнцу.

ћикрообъекты обладают изначально присущим им собственным моментом импульса, не св€занным с движением, Ц спином. —пин €вл€етс€ одной из важнейших характеристик микрочастиц, имеющей чисто квантовую природу, а поэтому принимающую лишь определенный дискретный набор разрешенных значений. ѕо величине спина микрочастицы дел€тс€ на частицы с целым спином Ц бозоны и частицы с полуцелым спином Ц фермионы.   бозонам относитс€, например, фотон, а фермионами €вл€ютс€ электрон, протон, нейтрон. «акон сохранени€ момента импульса распростран€етс€ и на микромир, спин также €вл€етс€ сохран€ющейс€ величиной.

«акон сохранени€ энергии. »де€ единства различных форм движени€ материи, их взаимного превращени€ привело к формированию пон€ти€ энергии как единой меры различных форм движени€ материи. ƒанное пон€тие св€зывает воедино все €влени€ природы. ѕри этом в соответствии с различными формами движени€ рассматривают разные формы энергии: механическую, внутреннюю, электромагнитную, €дерную и др. Ёнерги€ характеризует систему относительно возможных в ней превращений одних форм движени€ в другие.

«акон сохранени€ энергии: в замкнутой системе энерги€ может превращатьс€ из одной формы в другую, переходить от одних тел к другим, но ее суммарна€ величина остаетс€ неизменной.

“аким образом, энерги€ не исчезает и не создаетс€ из ничего, она может измен€тьс€ лишь при взаимодействии системы с другими объектами. ѕри этом изменение энергии системы тел при переходе из одного состо€ни€ в другое не зависит от того, каким способом осуществл€етс€ этот переход, следовательно, энерги€ Ц однозначна€ функци€ состо€ни€ системы.

¬ макромире энерги€ любой системы мен€етс€ непрерывно и может принимать любые значени€. ¬ микромире, если движение частицы ограничено в пространстве, ее энерги€ имеет дискретный спектр, то есть дл€ взаимодействующего микрообъекта возможны лишь определенные значени€ энергии.

–ел€тивистска€ механика св€зала массу тела (m) с его полной энергией () в отсутствии внешних полей

≈=mc2,

где с Ц скорость света в вакууме.

Ёто привело к объединению законов сохранени€ энергии и массы, раздельно существовавших в классической механике.

 





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2016-11-24; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 549 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

—вобода ничего не стоит, если она не включает в себ€ свободу ошибатьс€. © ћахатма √анди
==> читать все изречени€...

2133 - | 1882 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.013 с.