Законы физики

• закон тяготения;
• закон движения (второй закон Ньютона);
• система методов для математического исследования (математический анализ).

В совокупности эта триада достаточна для полного  исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. До Эйнштейна  никаких принципиальных поправок к  указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат оказалось  необходимым значительно развить.

Отметим, что  теория тяготения Ньютона уже  не была, строго говоря, гелиоцентрической. Уже в задаче двух тел планета  вращается не вокруг Солнца, а вокруг общего центра тяжести, так как не только Солнце притягивает планету, но и планета притягивает Солнце. Наконец, выяснилась необходимость  учесть влияние планет друг на друга.

Со временем оказалось, что закон всемирного тяготения позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать  движения небесных тел, и он стал рассматриваться  как фундаментальный. В то же время  ньютоновская теория содержала ряд  трудностей. Главная из них —  необъяснимое дальнодействие: сила притяжения передавалась непонятно как через  совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания. Кроме того, если Вселенная, как тогда  предполагали, евклидова и бесконечна, и при этом средняя плотность  вещества в ней ненулевая, то возникает гравитационный парадокс. В конце XIX века обнаружилась ещё одна проблема: расхождение теоретического и наблюдаемого смещения перигелия Меркурия.

На протяжении более двухсот лет после Ньютона  физики предлагали различные пути усовершенствования ньютоновской теории тяготения. Эти  усилия увенчались успехом в 1915 году, с созданием общей теории относительности  Эйнштейна, в которой все указанные  трудности были преодолены. Теория Ньютона оказалась приближением более общей теории, применимым при  выполнении 2 условий:

Гравитационный  потенциал в исследуемой системе не слишком велик.

Скорости  движения в этой системе незначительны  по сравнению со скоростью света. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                               ГЛАВА 3. ЗАКОН  КУЛОНА

Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным  законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы. Он сформулирован  для неподвижных точечных зарядов  в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно  считать заряды, размеры которых  значительно меньше расстояния между  ними. Сила взаимодействия в воздухе  почти не отличается от силы взаимодействия в вакууме (она слабее менее чем  на одну тысячную)

.

Шарль Огюстен  Кулон использовал для определения  силы взаимодействия зарядов крутильные весы, которые состоят из палочки, подвешенной на проволочке. На одном  конце палочки был закреплён  бузиновый шарик, на другом - противовес; ещё один такой же бузиновый шарик  был закреплён на крышке весов. Его  достали, зарядили, привели в соприкосновение  с первым шариком, врезультате чего оба шарика приобрели заряд одного знака и стали отталкиваться, при этом проволока весов закрутилась  на угол α1. После этого шарики сблизили до угла α2= α1/2, при этом верхний конец  нити пришлось повернуть на 7/2α1, то есть общий угол закручивания нити составил 4α1. Так как сила, упругости  при деформации кручения прямо пропорциональна углу закручивания, то она увеличилась в 4 раза, следовательно, увеличилась в 4 раза и сила отталкивания. Углы закручивания были малыми, поэтому расстояние между шариками уменьшилось во столько же раз, во сколько и угол, то есть в 2 раза. Отсюда следует, что сила взаимодействия зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. После этого одного из шариков касались таким же незаряженным, заряд уменьшался в 2 раза, во столько же раз уменьшалась и сила взаимодействия, следовательно, она прямо пропорциональна произведению зарядов. Обобщив эти выводы, в 1785 году Кулон установил

Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта сила называется кулоновской. Она направлена вдоль  прямой, соединяющей тела, то есть является центральной. Кулоновская сила может  быть как силой притяжения, так  и силой отталкивания; положительной  считают силу отталкивания. Поэтому  закон Кулона можно записать в  векторном виде:

                                           

Закон Кулона по форме похож на закон всемирного тяготения. Сила взаимодействия двух тел, обладающих массой, пропорциональна  произведению их масс, а сила взаимодействия тел, обладающих зарядом пропорциональна  произведению их зарядов. Сила обоих  взаимодействий обратно пропорциональна  квадрату расстояния между телами. Но гравитационные силы - всегда силы притяжения, массы всегда положительны, а кулоновские  силы могут быть и силами притяжения и силами отталкивания, так как  существуют заряды двух видов: положительные и отрицательные - причём заряды одинакового знака отталкиваются.

Вычисления  при помощи закона Кулона требуют  определения единицы заряда. Но создать  эталон заряда невозможно, так как  утечка заряда с тела неизбежна. Наиболее разумно было бы принять за единицу  измерения заряд электрона, что  и сделано в атомной физике, но во времена появления электростатики об элементарных частицах ещё не знали.

Можно установить единицу измерения заряда через  закон Кулона, это рационально  сделать так, чтобы коэффициент k был равен единице. Именно так  определяется единица заряда в абсолютной (гауссовой) системе единиц. Точечный заряд, действующий в вакууме  на равный ему заряд, находящийся  на расстоянии 10-2 м с силой 10-5 Н  равен 1 СГСЭq.

В Международной  системе единиц (СИ) единица заряда также является производной. 1 Кулон (Кл) равен заряду, проходящему за 1 секунду через поперечное сечение  проводника при силе тока в нём  в 1 ампер. Связь между единицами  заряда:

1Кл=3*109 СГСЭq.

e=1,6*10-19 Кл = 4,8*10-10 СГСЭq.

В системе  СИ коэффициент k в законе Кулона не равен единице и имеет размерность:

k=9*109 Н*м2/Кл2

Многие уравнения  электродинамики упрощаются при  записи коэффициента k в виде

k=1/4πε0 ,где  ε0=8,85*10-12 Кл2/(Н*м2) - электрическая постоянная.

                              ГЛАВА 4. ЗАКОН  ОМА

Закон Ома  — это физический закон, определяющий связь между напряжением, силой  тока и сопротивлением проводника в  электрической цепи. Назван в честь  его первооткрывателя Георга Ома.

Закон Ома  гласит:

Сила  тока в однородном участке цепи прямо  пропорциональна  напряжению, приложенному к участку, и обратно  пропорциональна  электрическому сопротивлению  этого участка.

И записывается формулой:

                                                    

Где: I —  сила тока (А),

        U — напряжение (В)

        R — сопротивление (Ом)

Следует иметь  в виду, что закон Ома является фундаментальным (основным) и может  быть применён к любой физической системе, в которой действуют  потоки частиц или полей, преодолевающие сопротивление. Его можно применять  для расчёта гидравлических, пневматических, магнитных, электрических, световых, тепловых потоков и т. д., также, как и  Правила Кирхгофа, однако, такое  приложение этого закона используется крайне редко в рамках узко специализированных расчётов.

Закон Ома в интегральной форме

 

Закон Ома  для участка электрической цепи имеет вид:

 или  или

— напряжение или разность потенциалов

— сила тока,

— сопротивление.

Закон Ома в дифференциальной форме

Сопротивление зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.

Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой  зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома  описывает исключительно электропроводящие  свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

                                                      

      — вектор плотности тока,

      — удельная проводимость,

  — вектор напряжённости электрического поля.

Все величины, входящие в это уравнение, являются функциями координат и, в общем  случае, времени. Если материал анизотропен, то направления векторов плотности  тока и напряжённости могут не совпадать. В этом случае удельная проводимость является тензором ранга  
 

                                     ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Огромное  разнообразие фактов в области атомных  явлений заставляет изобретать и  вводить в обиход новые физические понятия. Вещество состоит из элементарных частиц - элементарных квантов вещества. Свет также состоит из фотонов - квантов  энергии. Поиски ответов на вопросы, чем является свет - волной или ливнем фотонов, чем является пучок электронов - ливнем элементарных частиц или волной, побуждает еще дальше отступить  от механического мировоззрения. Физика и формулирует законы, управляющие  совокупностями, а не индивидуумами. В квантовой физике описываются  не свойства, а вероятности, формулируются  законы, управляющие изменениями  во времени вероятностей, относящиеся  к большим совокупностям индивидуумов, а не законы, раскрывающие будущее  системы, как это присуще классической физике.

    Таким образом, немногим более ста лет  назад наука была описательной: описание движения твердых тел или жидкостей  в механике и гидродинамике, свойств  электрических и магнитных полей  в электродинамике, реакции атомов и молекул в химии. Затем цели физики изменились: от описания она  перешла к объяснению. Прогресс науки, осуществленный Планком. Эйнштейном, Резерфордом, Бором. Зоммерфельдом, Шредингером, Гейзенбергом, Паули, Дираком, привел к открытию кванта действия, атома, обладающего ядром, квантованных орбит, квантовой механики, динамики атома. Следующий этап в  развитии физики открылся работами М.Склодовской-Кюри, позволившими приступить к изучению внутреннего строения атомного ядра. Исследования структуры атома выявили огромное разнообразие элементарных частиц, что заставило физиков искать в этом разнообразии единство и пытаться строить концепцию объединения физики. Классический этап в развитии физики с построением квантовой теории уступил место неклассическому. Сегодня физика начинает переход к постнеклассическому этапу своего развития. Сложившаяся на неклассическом этапе развития физики картина мира является принципиально незавершенной - ощущается все большая потребность в переходе к эволюционной парадигме. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

              Список используемой литературы

1    Открытая физика 2.5 (http://college.ru/physics/)

2. Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И. Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. – М.: Дрофа, 2002.
3. Учебник по физике 9 кл.: А.В. Перышкин 2009 г.
4. Википедия — свободная энциклопедия