Из наблюдений можно заметить, что тела изменяют свою скорость только при наличии не скомпенсированного действия. Т. к. быстрота изменения скорости характеризуется ускорением тела, можем заключить, что причиной ускорения является некомпенсированное действие одного тела на другое. Но одно тело не может действовать на другое, не испытывая его действия на себе. Следовательно, ускорение появляется при взаимодействии тел. Ускорение приобретают оба взаимодействующие тела. Так же из наблюдений можно установить ещё один факт: при одинаковом действии разные тела приобретают разные ускорения.
Инертность - это свойство тела сохранять свою скорость постоянной (то же, что и инерция). Проявляет себя в том, что для изменения скорости тела требуется некоторое время. Процесс изменения скорости не может быть мгновенным.
Например, движущийся по дороге автомобиль не может мгновенно остановиться, для уменьшения скорости требуется некоторое время, а за это время он успевает переместиться на довольно большое расстояние (десятки метров). (Осторожно переходите дорогу!!!)
Мерой инертности является инертная масса.
Масса (инертная) - мера инертности тела.
Чем инертнее тело, тем больше его масса. Чем больше инертность, тем меньше ускорение. Следовательно, чем больше масса тела, тем меньше его ускорение: a ∼ 1 m \boxed{a\sim\frac 1m} .
Данная зависимость записана единственно правильным способом, т. к. форма m ∼ 1 a m \sim \frac 1a не верна. Масса не может зависеть от ускорения, она является свойством тела, а ускорение является характеристикой состояния движения тела.
Данная зависимость подтверждается многочисленными опытными результатами.
Рис. 2 Измерение массы методом взаимодействия тел.
Два тела, скреплённые между собой сжатой пружиной, после пережигания нити, удерживающей пружину, начинают двигаться не которое время с ускорением (рис. 1) . Опыт показывает, что при любых взаимодействиях данных двух тел отношение ускорений тел равно обратному отношению их масс:
\[\frac{a_1}{a_2} = \frac{m_2}{m_1};\]
если взять первую массу за эталонную (m 1 = m эт m_1 = m_\mathrm{эт}), то m 2 = m эт a эт a 2 m_2 = m_\mathrm{эт}\frac{a_\mathrm{эт}}{a_2} .
Масса, измеренная путём взаимодействия (измерения ускорения), называется инертной .
Измерение массы методом взвешивания тел.
Второй способ измерения масс основан на сравнении действия Земли на различные тела. Такое сравнение можно осуществить либо последовательно (сначала определяют растяжение пружины под действием эталонных масс, а потом под действием исследуемого тела в тех же условиях ), либо одновременно располагают на равноплечих рычажных весах на одной чаше исследуемое тело, а на другой эталонные массы (рис. 2).
Рис. 2
|
| Рис. 3 |
Масса, измеренная путём взвешивания, называется гравитационной.
В качестве эталона и той и другой массы принята масса тела, выполненного в форме цилиндра высотой 39 мм 39\ \mathrm{мм} и диаметром 39 мм 39\ \mathrm{мм} , изготовленного из сплава 10 % иридия и 90 % платины (рис. 3).
В 1971 г наши соотечественники Брагинский и Панов придумали и провели опыт по сравнению массы гравитационной и инертной. Оказалось, что с точностью до 10 - 12 10^{-12} % эти массы равны.
Данный факт известен был и ранее, и послужил основанием для формулировки Эйнштейном принципа эквивалентности.
Принцип эквивалентности утверждает, что
1) ускорение, вызванное гравитационным взаимодействием в малой области пространства , и за небольшой интервал времени, неотличимо от ускоренно движущейся системы отсчёта .
2) ускоренно движущееся тело эквивалентно неподвижному телу, находящемуся в гравитационном поле.
Пример 1.
Два тела массами 400 г 400\ \mathrm{г} и 600 г 600\ \mathrm{г} двигались навстречу друг другу и после удара остановились. Какова скорость второго тела, если первое двигалось со скоростью 3 м / с 3\ \mathrm{м}/\mathrm{с} ?
Цели урока:
- Рассмотреть понятие взаимодействия тела и массы.
Задачи урока:
- Показать на опытах, как изменяются скорости тел при их взаимодействии. Ввести понятие массы тела как физической величины , единицы измерения массы в системе СИ.
- Развивать умение находить законы физики в окружающем мире, объяснять явления и процессы из повседневной жизни с точки зрения физики. Развивать внимание, логику.
- Воспитывать аккуратность в записях, точность в изложении физического материала, в формулировках терминов .
Основные термины:
- Взаимодействие - действие тел друг на друга.
- Масса – это физическая величина, характеризующая инертность тела.
ХОД УРОКА
Повторение темы "Инерция"
Ситуативная игра: Ученики – пассажиры автобуса. Изобразите ситуацию:
Работа в парах. Вопросы задаются ребятам по вариантам, они отвечают на них друг другу в паре, затем озвучивают свои ответы перед классом, исправляют ошибки, устраняют недочеты, дополняют ответы товарищей:
Взаимодействие тел
Вы уже знаете, что если на тело (зеленый шарик) действует другое тело (красный шарик), то оно изменяет свою скорость рисунок 4. Говорят, что первое тело подействовало на второе.
А теперь понаблюдаем за красным шариком, который катится с желоба. Оказывается, он тоже изменил свою скорость. Говорят, что второе тело действует на первое.
Подкатим тележки друг к другу, согнув пластинки, и перевяжем их тонкой нитью. Если ее пережечь, пластинки начнут распрямляться, отталкивая друг друга. При этом тележки разъедутся в стороны, приобретя некоторые скорости. Говорят, что произошло взаимодействие тележек. Просмотреть эту ситуацию Вы можете на видео №1. Если масса гирь на правой тележке мала, то за время взаимодействия она приобретает большую скорость
, чем тележка с телом. И наоборот: при избыточной массе гирь скорость тележки с ними будет меньше, чем скорость тележки с телом.
Видео 1. Взаимодействие тележек.
Определение: Действие тел друг на друга называют взаимодействием.
При взаимодействии оба тела меняют свою скорость.
Примеры:
Человек прыгнул с лодки, значит, он приобрел скорость. Но лодка тоже изменила свою скорость – она отплыла назад. Рисунок 6.
При стрельбе из пушки и пушка, и снаряд приобретают скорости: снаряд летит вперед, пушка откатывается назад. Рисунок 7.
Выясним, от чего зависит изменение скорости тел при их взаимодействии?
Демонстрация: прибор для изучения закона сохранения импульса.
Опыт 1: Шарики на цилиндрах одинаковые и скорости их при взаимодействии тоже одинаковые (сравниваем по расстояниям, которые пролетели шарики).
Как вы думаете, изменятся ли скорости шариков, если один пластмассовый шарик поменять на стальной? Как?
Давайте проверим нашу гипотезу на опыте.
Опыт 2: Шарики разные и скорости их при взаимодействии тоже разные, причем скорость металлического шарика меньше скорости пластмассового шарика.
Говорят, что одно тело тяжелее другого, более инертно (т. е. дольше стремится сохранить свою скорость), одно тело массивнее другого, т. е. имеет большую массу.
Рис. 10.
Взаимодействие тел приводит к изменению их скорости.
Скорости, приобретенные телами после взаимодействия, зависят от их массы.
По взаимодействию тел можно судить об их массе.
Масса
Масса
– это физическая величина, характеризующая инертность тела. Чем больше масса тела, тем оно более инертно.
Каждое тело имеет массу – капля воды, человек, Солнце, пылинка и т. д.
Обозначение массы – m.
Единицы измерения массы в системе СИ: = 1 кг.
Другие единицы измерения массы: 1 т = 1000 кг; 1 г = 0, 001 кг; 1 мг = 0,000001 кг
Эталон массы изготовлен из платиново-иридиевого сплава, имеет форму цилиндра высотой примерно 39 мм, и хранится в городе Севре во Франции. (Рисунок 11). С эталона изготовлены копии: в России хранится копия №12, в США – № 20.
Зная массу одного из тел, можно всегда оценить массу другого:
- если при взаимодействии скорости тела меняются одинаково, то массы тел равны.
- если нет, то массу второго тела можно вычислить из соотношения скоростей.
Рассмотрим на рисунке 13 измерение массы методом взаимодействия или взвешивания на весах.
На видео №2 Вы можете просмотреть измерение массы тела на рычажных весах.
На видео №3 просмотрите веселую задачку как измерить массу тела
Способы определения массы тела:
Взаимодействие с эталоном массы (по примерам из опытов). Пусть нам известна масса эталона (1 кг), скорость эталона v1 и скорость тела v2. Чтобы узнать массу тела m, надо составить уравнение m1v1 = m2v2, из которого выразить массу тела: m2 = m1v1 / v .Учитывая, что m1 = 1 кг, получаем m = v1 / v2. Этот способ, конечно, не удобен с практической точки зрения.
Взвешивание (будем изучать на следующем уроке в ходе лабораторной работы). Этот способ более удобный для нас и более привычный.
Вычисление по законам физики, используя формулы (такой способ применяют при вычислении масс планет, звезд и т. д.). Этот способ будем изучать в старших классах.
Контролирующий блок
- 1. Что характеризует масса тела?
- 2. Как можно определить сравнительную массу тела?
- 3. Как можно определить точную массу тела, если известна масса тела, взаимодействующего с ним?
Домашнее задание
2. Тест
Как соотносятся массы тележек, если после пережигания нити, удерживающей легкую пружину, они начали двигаться со скоростями, указанными на рисунке?
а) масса первой тележки в 2 раза больше массы второй тележки
б) масса первой тележки в 2 раза меньше массы второй тележки
в) массы тележек одинаковы
... гравитационное притяжение Луны и Солнца приводит к образованию приливов на морях и океанах. Высота прилива в открытом океане около 1 м, а у берегов – до 18 метров (залив Фанди в Атлантическом океане).
... приливы и отливы бывают не только в океане, но и на суше. При этом происходят перемещения земной поверхности до 50 см.
... инертность железнодорожных составов столь велика, что время торможения поезда достигает 1–2 минут. За это время поезд, скрежеща тормозами, проедет около 1–2 км!
Список литературы
1. Урок на тему: «Инерция» Сарахман И.Д., учитель физики, МОУ СОШ №8, г Моздока, РСО-Алания.
2. Урок на тему: «Взаимодействие» Шустова Л.Ф., учитель физики, Пермский край, Ножовская средняя общеобразовательная школа.
3. Урок на тему: «Масса» Онькова О.В., учитель физики, Новосибирская обл., Мошковский р-н, РМОУ Сокурская СОШ.
4. Перышкин А.В. Физика. Учебник для общеобразовательных учебных заведений 7 класс. – М., ОАО «Московские учебники», 2008
Как утверждает классическая физика, в известном нам мире постоянно происходит взаимодействие тел, частиц между собой. Даже если мы наблюдаем объекты, находящиеся в покое, это не означает, что ничего не происходит. Именно благодаря удерживающим силам между молекулами, атомами и элементарными частицами вы можете видеть предмет в виде доступной нам и понятной материи физического мира.
Взаимодействие тел в природе и жизни
Как мы знаем из собственного опыта, когда падаешь на что-то, бьёшься, с чем-то сталкиваешься, это оказывается неприятно и больно. Толкаете машину или в вас врезается зазевавшийся прохожий. Тем или иным образом вы вступаете во взаимодействие с окружающим миром. В физике данное явление получило определение "взаимодействие тел". Рассмотрим подробно, на какие виды подразделяет их современная классическая наука.
Виды взаимодействия тел
В природе существует четыре вида взаимодействия тел. Первое, всем известное, это гравитационное взаимодействие тел. Масса тел является определяющей в том, насколько сильна гравитация.
Она должна быть достаточно огромных масштабов, для того чтобы мы её смогли заметить. В противном случае наблюдение и регистрация данного вида взаимодействия достаточно затруднительны. Космос является тем местом, где силы гравитации вполне возможно наблюдать на примере космических тел с огромной массой.
Взаимозависимость между гравитацией и массой тела
Непосредственно энергия взаимодействия тел прямо пропорциональна массе и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Это согласно определению современной науки.
Притяжение вас и всех предметов на нашей планете обусловлено тем, что существует сила взаимодействия двух тел, обладающих массой. Поэтому подкинутый вверх предмет притягивается назад к поверхности Земли. Планета достаточно массивна, поэтому сила действия ощутима. Гравитация вызывает взаимодействие тел. Масса тел даёт возможность её проявления и регистрации.
Природа гравитации не ясна
Природа этого явления на сегодня вызывает множество споров и предположений, кроме фактического наблюдения и видимой взаимосвязи между массой и притяжением, не выявлена сила, вызывающая гравитацию. Хотя на сегодня проходит ряд экспериментов, связанных с обнаружением гравитационных волн в космическом пространстве. Более точное предположение в своё время высказал Альберт Эйнштейн.
Он сформулировал гипотезу, что гравитационная сила является порождением искривления ткани пространства-времени расположенными в нем телами.
Впоследствии, при вытеснении пространства материей, оно стремится восстановить свой объем. Эйнштейн предположил, что существует обратно пропорциональная зависимость между силой и плотностью материи.
Примером наглядной демонстрации этой зависимости могут служить чёрные дыры, имеющие немыслимую плотность материи и гравитацию, способную притянуть не только космические тела, но и свет.
Именно благодаря влиянию природы гравитации сила взаимодействия тел обеспечивает существование планет, звёзд и прочих космических объектов. Кроме этого, вращение одних объектов вокруг других присутствует по этой же причине.
Электромагнитные силы и прогресс
Электромагнитное взаимодействие тел несколько напоминает гравитационное, но намного сильнее. Взаимодействие положительно и отрицательно заряженных частиц является причиной его существования. Собственно, это и вызывает возникновение электромагнитного поля.
Оно генерируется телом (телами) либо поглощается или вызывает взаимодействие заряженных тел. Этот процесс играет очень важную роль в биологической деятельности живой клетки и перераспределении веществ в ней.
Помимо этого, наглядным примером электромагнитного проявления сил является обычный электрический ток, магнитное поле планеты. Человечество достаточно обширно применяет эту силу для передачи данных. Это мобильная связь, телевидение, GPRS и многое другое.
В механике это проявляется в виде упругости, трения. Наглядный эксперимент, демонстрирующий наличие данной силы, всем известен из школьного курса физики. Это натирание шёлковой тканью эбонитовой полочки. Возникшие на поверхности частицы с отрицательным зарядом обеспечивают притяжение лёгких предметов. Повседневный пример - это расчёска и волосы. После нескольких движений пластмассой по волосам возникает притяжение между ними.
Стоит упомянуть о компасе и магнитном поле Земли. Стрелка намагничена и имеет концы с положительно и отрицательно заряженными частицами, как следствие, реагирует на магнитное поле планеты. Поворачивается своим "положительным" концом по направлению отрицательных частиц и наоборот.
Малы размеры, но огромна сила
Что касается сильного взаимодействия, то его специфика несколько напоминает электромагнитный вид сил. Причиной тому служит наличие положительных и отрицательно заряженных элементов. Подобно электромагнитной силе, наличие разноимённых зарядов приводит к взаимодействию тел. Масса тел и расстояние между ними очень малы. Это область субатомного мира, где подобные объекты именуются частицами.
Эти силы действуют в области атомного ядра и обеспечивают связь между протонами, электронами, барионами и прочими элементарными частицами. На фоне их размеров, по сравнению с большими объектами, взаимодействие заряженных тел значительно сильнее, чем при электромагнитном типе сил.
Слабые силы и радиоактивность
Слабый вид взаимодействия связан непосредственно с распадом неустойчивых частиц и сопровождается высвобождением разного вида излучения в виде альфа-, бета- и гамма-частиц. Как правило, вещества и материалы с подобными характеристиками называют радиоактивными.
Этот вид сил называется слабым вследствие того, что слабее электромагнитного и сильного типа взаимодействия. Однако он мощнее, чем гравитационное взаимодействие. Дистанции в данном процессе между частицами весьма малы, порядка 2·10 −18 метров.
Факт обнаружения силы и определения её в ряд фундаментальных произошёл достаточно недавно.
С открытием в 1896 году Анри Беккерель явления радиоактивности веществ, в частности солей урана, было положено начало изучения этого вида взаимодействия сил.
Четыре силы создали Вселенную
Вся Вселенная существует благодаря четырём фундаментальным силам, открытым современной наукой. Они породили космос, галактики, планеты, звезды и различные процессы в том виде, в каком мы это наблюдаем. На данном этапе считается полным определение фундаментальных сил в природе, но, возможно, со временем мы узнаем о наличии новых сил, и знание природы мироздания станет на шаг ближе к нам.
Вам уже известно, что тела, если бы на них не действовали другие тела, трение и сопротивление воздуха, постоянно бы двигались или находились в состоянии покоя.
Давайте проведем опыт.
Прикрепленную к тележке пластину согнем и перевяжем нитью. Если поджечь нить — пластина разогнется, но при этом тележка окажется на том же месте.
Повторим этот опыт с двумя одинаковыми тележками. К согнутой пластине приставим еще одну такую же тележку. После того, как перегорит нить и пластина выпрямится, тележки переместятся на некоторое расстояние друг от друга. При действии одного тела на другое их скорость изменилась.
Таким образом, тела меняют свою скорость только при взаимодействии, то есть при действии одного тела на другое.
Понаблюдайте за игрой в бильярд или керлинг. При действии одного тела на другое, то есть при их взаимодействии, скорость изменяется у обоих тел.
Вспомните известный мультфильм «Приключения капитана Врунгеля». С помощью бутылок с шампанским он смог продолжил свой путь на яхте «Беда». Во время взаимодействия пробки от шампанского и самой бутылки оба этих тела двигались в противоположные стороны, тем самым придавали яхте движение вперед.
Проведем еще один опыт с тележками. Теперь на одну из тележек поставим дополнительный груз. Понаблюдаем, как изменятся скорости тележек при таких условиях.
Многие из вас, используя свой жизненный опыт, уже догадались, что произойдет.
После того как перегорит нить, тележки переместятся на некоторое расстояние. Конечно, тележка с дополнительным грузом изменит свою скорость меньше, чем без груза. Сравнивая изменение скоростей после взаимодействия, можем судить об их массах: если скорость одной тележки в три раза больше, то ее масса, соответственно, будет меньше в три раза.
Рассмотрим примеры.
По дороге движутся два автомобиля с одинаковой скоростью. Один автомобиль грузовой, другой - легковой. Какому из них понадобиться больше времени для того, чтобы остановиться?
Очевидно, что больше времени для остановки понадобиться грузовому автомобилю.
Какую тележку тяжелее сдвинуть с места: пустую или полностью нагруженную? Тяжелее сдвинуть с места нагруженную тележку.
Сделаем вывод: тело большей массы более инертно, то есть дольше «пытается» сохранять свою скорость неизменной. Тело меньшей массы менее инертно, так как его скорость изменяется больше.
Таким образом, мерой инертности тел является масса тела.
Масса тела — это физическая величина, которая является мерой инертности тела.
Массу тела можно найти не только сравнивая изменение скоростей тел при их взаимодействии, но и путем взвешивания.
Массу обозначают буквой m «эм».
В международной системе единиц СИ за единицу массы принят один килограмм.
Килограмм — это масса эталона. Международный эталон килограмма хранится во Франции. В соответствии с эталоном изготовлено 40 точнейших копий, одна из которых хранится в России, а именно в Санкт-Петербурге в Институте метрологии.
Для измерения массы используют и другие единицы: тонна, грамм, миллиграмм.
1т=1000кг
1 кг=1 000г
1кг=1 000 000мг
1г=0,001кг
1 мг=0,000001кг
Массу тела можно определить при помощи весов. В жизни вам встречались различные виды весов:
-рычажные,
-пружинные,
-электронные.
Мы будем использовать лабораторные весы. Их еще называют рычажными весами. Принцип взвешивания на рычажных весах заключается в уравновешивании. На одну чашу весов помещают тело, массу которого необходимо узнать. На другую чашу весов помещают гири, масса которых нам известна.
В состоянии равновесия суммарная масса гирь будет равна массе взвешиваемого тела.
При взвешивании должны соблюдаться определенные правила:
1. Проверьте чаши весов перед началом взвешивания: они должны находиться в равновесии.
2. Взвешиваемое тело положите на левую чашу весов, а гири на правую.
3. Уравновесив обе чаши, подсчитайте общую массу гирь, которая вам понадобилась.
Запомните, что при взаимодействии двух тел их скорости изменяются. Скорость изменяется больше у того тела, масса которого меньше и наоборот. Измерив скорости, мы сможем вычислить массу тела. А также массу тела мы можем определить с помощью весов.
Взаимодействие тел. Опыт показывает, что при сближении тел (или систем тел) характер их поведения меняется. Поскольку эти изменения носят взаимный характер, говорят, что тела взаимодействуют друг с другом . При разведении тел на очень большие расстояния (на бесконечность) все известные на сегодняшний день взаимодействия исчезают.
Галлилей первым
дал правильный ответ на вопрос, какое
движение характерно для свободных
(т.е. не
взаимодействующих тел). Вопреки
существующему тогда мнению, что свободные
тела “стремятся” к состоянию покоя
(),
он утверждал, что при отсутствии
взаимодействия тела находятся в состоянии
равномерного движения (
),
включающего покой как частный случай.
Инерциальные системы отсчета. В рамках формального математического подхода, реализуемого в кинематике, утверждение Галилея выглядит бессмысленным, поскольку равномерное в одной системе отсчета движение может оказаться ускоренным в другой, которая “ничем не хуже” исходной. Наличие взаимодействия позволяет выделить особый класс систем отсчета, в которых свободные тела движутся без ускорения (в этих системах большинство законов природы имеют наиболее простую форму). Такие системы называются инерциальными.
Все инерциальные системы эквивалентны друг другу, в любой из них законы механики проявляются одинаково. Это свойство было также отмечено Галилеем в сформулированном им принципе относительности: никаким механическим опытом в замкнутой (т.е. не сообщающейся с внешним миром) системе отсчета невозможно установить покоится ли она или равномерно движется. Любая система отсчета, равномерно движущаяся относительно инерциальной тоже является инерциальной.
Между инерциальными и неинерциальными системами отсчета существует принципиальное отличие: находящийся в замкнутой системе наблюдатель способен установить факт движения с ускорением последних, “не выглядывая наружу”(напр. при разгоне самолета пассажиры ощущают, что их “вдавливает” в кресла). В дальнейшем будет показано, что в неинерциальных системах геометрия пространства перестает быть евклидовой.
Законы Ньютона как основа классической механики. Сформулированные И.Ньютоном три закона движения в принципе позволяют решить основную задачу механики , т.е. по известным начальному положению и скорости тела определить его положение и скорость в произвольный момент времени.
Первый закон Ньютона постулирует существование инерциальных систем отсчета.
Второй закон Ньютона утверждает, что в инерциальных системах ускорение тела пропорционально приложенной силе , физической величине, являющейся количественной мерой взаимодействия. Величину силы, характеризующей взаимодействие тел, можно определить, например, по деформации упругого тела, дополнительно введенного в систему так, что взаимодействие с ним полностью компенсирует исходное. Коэффициент пропорциональности между силой и ускорением называют массой тела :
(1) F= ma
Под действием одинаковых сил тела с большей массой приобретают меньшие ускорения. Массивные тела при взаимодействии в меньшей степени меняют свои скорости, “стремясь сохранить естественное движение по инерции”. Иногда говорят, что масса является мерой инертности тел (рис. 4_1).
К классическим свойствам массы следует отнести 1) ее положительность (тела приобретают ускорения в направлении приложенных сил), 2) аддитивность (масса тела равна сумме масс его частей), 3) независимость массы от характера движения (напр. от скорости).
Третий закон утверждает, что взаимодействия оба объекта испытывают действия сил, причем эти силы равны по величине и противоположно направлены.
Типы фундаментальных взаимодействий. Попытки классификации взаимодействий привели к идее выделения минимального набора фундаментальных взаимодействий , при помощи которых можно объяснить все наблюдаемые явления. По мере развития естествознания этот набор менялся. В ходе экспериментальных исследований периодически обнаруживались новые явления природы, не укладывающиеся в принятый фундаментальный набор, что приводило к его расширению (например, открытие структуры ядра потребовало введения ядерных сил). Теоретические же осмысление, вцелом стремящееся к единому, максимально экономному описанию наблюдаемого многообразия, неоднократно приволило к “великим объединениям” внешне совершенно несхожих явлений природы (ньютон понял,что падение яблока и движение планет вокруг Солнца являются результатами проявления гравитационных взаимодействий, Эйнштейн установил единую природу электрических и магнитных взаимодействий, Бутлеров опроверг утверждения о различной природе органических и неорганических веществ).
В настоящее время принят набор из четырех типов фундаментальных взаимодействий :гравитационные, электромагнитные, сильное и слабые ядерные . Все остальные, известные на сегодняшний день, могут быть сведены к суперпозиции перечисленных.
Гравитационные взаимодействия обусловлены наличием у тел массы и являются самыми слабыми из фундаментального набора. Они доминируют на расстояниях космических масштабов (в мега-мире).
Электромагнитные взаимодействия обусловлены специфическим свойством ряда элементарных частиц, называемым электрическим зарядом. Играют доминирующую роль в макро мире и микромире вплоть на расстояниях, превосходящих характерные размеры атомных ядер.
Ядерные взаимодействия играют доминирующую роль в ядерных процессах и проявляются лишь на расстояниях, сравнимых с размером ядра, где классическое описание заведомо неприменимо.
В настоящее время стали весьма популярны рассуждения о биополе , при помощи которого “объясняется” ряд не очень надежно установленных на эксперименте явлений природы, связанных с биологическими объектами. Серьезное отношение к понятию биополя зависит от того, какой конкретный смысл. Вкладывается в этот термин. Если понятие биополя используется для описания взаимодействий с участием биологических объектов, сводящихся к четырем фундаментальным, такой подход не вызывает принципиальных возражений, хотя введение нового понятия для описания “старых” явлений противоречит общепринятой в естествознании тенденции к минимизации теоретического описания. Если же под биополем понимается новый тип фундаментальных взаимодействий, проявляющийся на макроскопическом уровне (возможности существования которого априорно, очевидно, отрицать бессмысленно), то для столь далеко идущих выводов необходимы очень серьезные теоретические и экспериментальные обоснования, сделанные на языке и методами современного естествознания, которые до настоящего времени представлены не были.
Законы Ньютона и основная задача механики. Для решения основной задачи механики (определение положения тела в произвольный момент времени по известным начальному положению и скорости) достаточно найти ускорение тела как функцию времени a (t). Эту задачу решают законы Ньютона (1) при условии известных сил. В общем случае силы могут зависеть от времени, положения и скорости тела:
(2) F=F (r,v, t) ,
т.е. для нахождения ускорения тела необходимо знать его положение и скорость. Описанная ситуация в математике носит название дифференциального уравнения второго порядка :
(3)
,
(4)
В математике показывается, что задача (3-4) при наличии двух начальных условий (положение и скорость в начальный момент времени) всегда имеет решение и притом единственное . Т.о. основная задача механики в принципе всегда имеет решение, однако найти его часто бывает весьма трудно.
Детерминизм Лапласа . Немецкий математик Лаплас применил аналогичную теорему о существовании и единственности решения задачи типа (3-4) для системы из конечного числа уравнений для описания движения всех взаимодействующих друг с другом частиц реального мира и пришел к выводу о принципиальной возможности расчета положения всех тел в любой момент времени. Очевидно, что это означало возможность однозначного предсказанная будущего (хотя бы в принципе) и полную детерменированность (предопределенность) нашего мира. Сделанное утверждение, носящее скорее философский, а не естественно научный характер, получило название детерминизма Лапласа . При желании из него можно было сделать весьма далеко идущие философские и социальные выводы о невозможности влиять на предопределенный ход событий. Ошибочность этого учения состояла в том, что атомы или элементарные частицы (“материальные точки”, из которых составлены реальные тела) на самом деле не подчиняются классическому закону движения (3), верному лишь для макроскопических объектов (т.е. обладающих достаточно большими массами и размерами). Правильное с точки зрения сегодняшней физики описание движения во времени микроскопических объектов, какими являются составляющие макроскопические тела атомы и молекулы, дается уравнениями квантовой механики, , позволяющими определить только вероятность нахождения частицы в заданной точке, но принципиально не дающего возможности расчета траекторий движения для последующих моментов времени.