Ньютоновская механика для начинающих: разделы и сферы применения

Рассказываем, что такое «ньютоновская механика» и зачем она нужна человеку.

Что изучает механика?

Это раздел физики, который изучает движение и взаимодействие тел в пространстве. Само слово происходит от древнегреческого «мэханикэ», что значило «искусство построения машин», и именно это назначение науки стало толчком к зарождению во времена античности одного из разделов классической механики — статики. 

Пока ее основной задачей было решение проблем строительства, ремесленничества, судоходства и военного дела, долгое время это направление так и оставалось на уровне изобретения «простых машин». Однако благодаря нуждам наших предков мы узнали о правиле рычага, понятии центра тяжести и основах гидростатики.

Классическая механика разветвляется на 3 направления:

1. Статика изучает условия равновесия тел и систем под воздействием сил и моментов. 
2. Динамика исследует причины возникновения движения.
3. Кинематика изучает описание движения идеализированных тел без причин их движения.

Почему механику называют «ньютоновской»?

Несмотря на то что движущиеся тела — это первое, на что человек обычно обращает внимание, разделы «динамика» и «кинематика» начали активно развиваться и изучаться только в 17 веке. Серьезный шаг в этих направлениях сделал Галилео Галилей открытием закона инерции и принципа относительности. Затем — Христиан Гюйгенс, чьи исследования теории колебаний привели к изобретению первых точных часов с маятником. И наконец — Исаак Ньютон, открывший закон всемирного тяготения и наиболее полно сформулировавший известные в то время физические законы. Так механика стала «ньютоновской».

Всегда ли применимы законы классической механики?

Нет, не всегда. Несмотря на то что физика считается точной наукой, у человека пока недостаточно знаний, чтобы полностью объяснить строение окружающего мира. На данный момент ученым известно как минимум 3 вида ситуаций, которые не вписываются в рамки классической механики:

1. Свойства микромира. Противоречия классической механики и классической термодинамики привели к тому, что для описания свойств и поведения атомов и их частиц используется квантовая механика . Несмотря на созвучное название, это не отдельный вид классической механики, а самостоятельное направление с собственными научными понятиями, предсказаниями и формулами.
2. Мир при скоростях, близких к световой. Изучением движения тел и частиц в таких условиях занимается релятивистская механика.
3. Системы, в которых существенны квантовые и релятивистские эффекты. Для описания их поведения применяется квантовая теория поля. 
4. Системы с очень большим количеством частиц или степеней свободы. В этом случае более эффективен переход к методам статистической механики.

Таким образом, «ньютоновская» механика действительна только для привычного нам макромира. 

В этой статье мы разобрались только с общими понятиями механики, пока не уделяя внимания формулам и решению задач. Однако если у вас есть такая потребность, всегда можно обратиться за помощью к специалистам ФениксХэлп. Поможем, расскажем и объясним, как решить любую учебную задачу или контрольную работу по физике.