- •Содержание
- •2.2. Трансдисциплинарная идея моделирования природы
- •2.3. Трансдисциплинарная идея единства объекта и его окружения
- •2.4. Трансдисциплинарная идея пространственно-временных отношений в природе
- •2.5. Трансдисциплинарная идея целостности природы
- •2.6. Трансдисциплинарная идея экспериментальной достоверности
- •2.7. Роль трансдисциплинарных идей в целостном понимании природы
- •3.1.2. Концепция единого пространства-времени.
- •3.1.3. Концепция моделирования объектов
- •3.1.4. Концепция контролируемого воздействия.
- •3.1.5. Специфика классических моделей химии и биологии
- •3.2. Образ природы в неклассическом естествознании
- •3.2.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании
- •3.2.2. Концепция моделирования состояний
- •3.2.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц
- •3.2.4.Концепция макросостояний объектов
- •3.2.5. Концепция флуктуации и их корреляций
- •3.2.6. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире
- •Лекция №4.
- •4. Концепция измерения в классическом естествознании. Классические измерительные системы. Проблема измерения в классическом естествознании. Единицы измерения и системы единиц
- •4.1. Проблема измерения в классическом естествознании
- •4.2. Единицы измерения и системы единиц
- •4.3. Возникновение систем мер.
- •4.4.Возникновение и распространение метрической системы мер.
- •4.5. Эталоны.
- •4.6. Атомные часы.
- •Лекция №5.
- •5.1. Временные отношения в природе
- •5.2. Пространственные отношения в природе
- •5.3. Движение частицы. Взаимосвязь Пространства и времени
- •5.4. Целостное описание пространства-времени
- •Лекция №6.
- •6.1. Моделирование
- •6.2. Традиции атомизма и непрерывности в естествознании.
- •6.3. Фундаментальные физические модели объектов
- •6.4. Масса как универсальная характеристика инертности и гравитаци.
- •6.5. Импульс как фундаментальная характеристика объекта
- •6.6. Полная энергия и полный момент как фундаментальные характеристики объекта
- •6.7. Роль фундаментальных законов сохранения в описании природы
- •Лекция №7.
- •7.1. Воздействие и взаимодействие
- •7.2. Характеристики контролируемого воздействия на частицу
- •7.3. Фундаментальные силы
- •7.4. Механическая энергия и динамика частицы
- •7.5. Энергия взаимодействия в системе частиц
- •Лекция №8.
- •8.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании
- •8.2. Концепция моделирования состояний
- •8.2.1. Неклассические представления о характеристиках объектов и состояний
- •8.2.2. Фундаментальные модели неклассической физики
- •Лекция №9.
- •9.1. Ограничение воздействия на микроуровне как фундаментальный закон природы
- •9.2. Микросостояние одной микрочастицы.
- •9.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц
- •Лекция №10.
- •10.1. Тепловое равновесие как макросостояние.
- •10.2. Детерминированное и стохастическое движения. Ограничение воздействия на макроуровне как фундаментальный закон природы
- •10.3. Макропараметры как характеристики объектов и их макросостояний в тепловом равновесии
- •10.4. Два способа описания природы на макроуровне.
- •Лекция №11.
- •11.1. Флуктуации и их роль в описании природы
- •11.2. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире
- •11.3. Флуктуации и неальтернативная корреляция между ними в макромире
- •11.4. Универсальные корреляции между флуктуациями в неклассической физике.
- •Лекция №12.
- •12. Физические принципы создания современной эталонной базы. Использование явления сверхпроводимости.
- •12.1. Свойство сверхпроводимости
- •12.2. Изотопический эффект
- •12.3. Функциональные устройства на магнитных вихрях в сверхпроводниках второго рода
- •12.4 Высокотемпературная сверхпроводимость
- •Лекция №13.
- •13. Явление Зеемана. Явление Джозефсона.
- •13.2. Явление Джозефсона.
- •Лекция №14.
- •14. Явление Мессбауэра. Другие эффекты квантовой физики
- •14.1. Краткая история жизни знаменитого ученого. Научные достижения
- •14.2. Предыстория вопроса
- •14.3. Открытие Мёссбауэра
- •14.4. Природа эффекта
- •14.5. Мёссбауэровские изотопы
- •14.6. Общие применения метода
- •14.7. Применение эффекта Мессбаура для изучения свойств поверхности и объема кристаллов
- •14.8. Химические применения метода
- •14.9. Выводы
- •Лекция №15.
- •15.1.Общие сведения.
- •15.2. Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории
- •15.3. Эффект Холла в ферромагнетиках.
- •15.4. Эффект Холла в полупроводниках
- •15.5. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках
- •15.6. Датчик эдс Холла
- •Лекция №16.
- •16. Измерение абсолютного заряда электрона и его удельного заряда. Опыт Милликена. Метод Томсона. Метод магнитной фокусировки Буша.
- •16.1. Инерционный метод измерения заряда. История открытия электрона
- •16.2. Метод магнитной фокусировки Буша
- •16.3. Опыт Милликена
- •Лекция №17.
- •17.1. Шумы, обусловленные дискретностью вещества. Помехи
- •17.2. Дробовый эффект
- •17.3.Критерий устойчивости Найквиста. Формула Найквиста
- •17.4. Естественные пределы точности измерений
- •17.5. Методы повышения точности средств измерений и выполнения измерений
- •17.6. Фундаментальный источник погрешностей измерений. Основные понятия и виды погрешностей
- •17.7. Броуновское движение
- •Список используемой литературы:
6.5. Импульс как фундаментальная характеристика объекта
Как следует из опыта, масса является инвариантной величиной, одинаковой во всех инерциальных системах отсчета. Она в равной мере характеризует и покоящийся, и движущийся материальные объекты, моделируемые частицей. По этой причине она не содержит информации о движении объекта в так называемой лабораторной системе отсчета, которую мы условно принимаем за неподвижную. Скорость объекта, как говорилось выше, хотя она и связана с движением, также нельзя считать полноценной фундаментальной характеристикой движущегося объекта.
Ньютон первым предложил в качестве фундаментальной характеристики движения использовать их комбинацию. При малых скоростях она называется нерелятивистским импульсом р и для частицы имеет вид произведения массы на скорость р=m. Это векторная величина, как оказалось, имеет универсальный смысл, а именно: импульс можно сопоставить объекту не только в модели частицы, но и в других, основанных на ней моделях. Она ориентирована в направлении скорости движения и обладает необходимым свойством сохранения для свободных объектов.
Другую комбинацию из тех же исходных характеристик (массы и скорости) предложил Лейбниц. Ее историческое название «живая сила» со временем было вытеснено современным термином – кинетическая энергия. Это скалярная величина, обозначаемая символом екин, вычисляется для нерелятивистских движений по известной формуле . Естественно, что данная величина для свободных объектов также остается постоянной в силу постоянства скорости.
В течение почти ста пятидесяти лет шел спор о том, какая из этих двух величин является предпочтительной, тем более что они взаимосвязаны следующим отношением: . Сначала победа оставалась за импульсом, но за тем выяснилось, что и кинетическая энергия имеет свои преимущества. В настоящее время как физические величины обе они приобрели равноправие. Но при этом выяснились два обстоятельства. Первое заключается в том, что приведенная выше формула для кинетической энергии является приближенной, справедливой лишь для медленных движений, а потому требующей уточнения. Второе обстоятельство состоит в том, что кинетическая энергия – это лишь часть другой, более общей фундаментальной характеристики – полной энергии.
Приведенное выше выражение для импульса также справедливо только при малых скоростях. В общем случае вводится релятивистский импульс , где (6.1).
Нетрудно видеть, что при релятивистских движениях, когда, несмотря на воздействие окружения, скорость частицы становится практически постоянной, импульс ррел продолжает расти. Иными словами, в этом пределе импульс практически уже не зависит от ее скорости (именно это свойство характерно для импульса света). Сказанное позволяет предположить, что, несмотря на то, что определение импульса основано на скорости, тем не менее, он является самостоятельной физической величиной.
Универсальность импульса как физической характеристики можно продемонстрировать на модели системы частиц. Чтобы проделать это, рассмотрим целый ряд внешне совершенно различных процессов, таких как упругое столкновение биллиардных шаров, распад или слияние ядер или молекул, вылет ракеты за пределы солнечной системы или падение на некую планету кометы из галактического пространства. Все эти процессы сближает то обстоятельство, что к ним можно применить модель изолированной системы материальных объектов. Особенность такой системы состоит в том, что всё ее движение как целого, если смотреть на нее издалека, вовсе можно моделировать одной свободной частицей.
За счет внутренних свойств, которые сейчас мы рассматривать не будем, система может трансформироваться различным образом, наконец, исходные свободные частицы могут сталкиваться между собой и затем либо просто разлетаться в разные стороны, качественно не меняясь, либо рождать вместо себя другие свободные частицы, которые затем также разлетаются. Совокупность таких процессов принято обобщенно называть столкновениями.
Как показала практика, таким системам в любой ИСО также можно сопоставить векторную величину, называемую импульсом системы , где рi – импульс каждой отдельной частицы в данной ИСО. Эта величина, по определению, является аддитивной как для релятивистских, так и нерелятивистских движений. При этом она обладает свойством сохранения во всех процессах, описанных выше. Импульс с полным основанием можно считать фундаментальной физической характеристикой движения.
Пользуясь импульсом, можно определить и скорость системы частиц V, если ее как целое можно моделировать одной частицей
(6.2).
Для изолированных систем она также сохраняется, что является обобщением закона инерции на такие системы.На примере импульса можно показать, насколько неслучайным оказывается выбор истинно фундаментальных характеристик движения. Ведь они раскрывают нюансы пространственно-временного поведения объекта и потому должны нести в себе «отпечатки» свойств пространства-времени. В настоящее время установлена взаимосвязь между ними. Так, оказалось, что свойство импульса сохраняться для изолированных объектов напрямую связано с однородностью пространства, которая проявляется в равноправии всех ИСО, отличающихся друг от друга сдвигом начала системы отсчета вдоль каждой из декартовых осей координат. Если бы пространство не обладало однородностью, импульс не обладал бы качествами фундаментальной характеристикой.