Общая теория относительности

ВВЕДЕНИЕ.@

Предмет физики. Греческое слово «physis» в переводе означает «при­рода», поэтому наука о природе, наука, изучающая общие закономерности яв­лений приро­ды, простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материи называется физи­кой. Можно утверждать, что физика является фундаментом, на кото­ром строятся все естественные и прикладные науки.

Развитие физики и, в частности, механики было обусловлено потребностями мореплавания, военного дела и строительства. К началу XVIII века был заложен фундамент физической науки. В ос­нову физики в средние века легли великие идеи Исаака Ньютона (1643-1727), Николая Коперника (1478-1543), Галилео Галилея (1564-1642), Михаила Ломо­носова (1711-1765). Начиная с конца XVIII в. развитие физики сопровождается бурным прог­рес­сом техники. Изучение тепловых процессов привело к созданию нового раз­дела фи­зики - термодинамики, а ее законы позволили конструировать тепловые машины. В конце XIX в. и в начале ХХ в. появилось много новых открытий в об­ласти электричества и магнетизма. В физике выделяются новые разделы: элек­тродинами­ка, радиотехника, радиоэлектроника. Начиная со второй половины ХХ века, физикой интенсивно изучались свойс­тва атомов, атомных ядер, элементарных частиц, получили и научились управлять атомной и ядерной энергией.

Большинство естественных наук имеют специальные физические разде­лы: астрофизика - в астрономии, биофизика - в биологии, металлофизика - в металлове­дении, физическая химия - в химии. Связь физики с другими науками взаимна: развиваясь с помощью физи­ки, эти науки обогащают физику своими достижениями и ставят перед нею но­вые задачи, разрешая которые физика развивается и совершенствуется сама.

Физика позволяет создавать приборы и вырабатывать методы исследова­ния, необходимые для успешного развития всех естественных и прикладных наук. Проектирование любого технологического процесса требует знаний законов физи­ки, чтобы правильно рассчитать оптимальные термоди­намические условия проведение процесса, получения максимального выхода продукта при ми­нимуме затрат. Растущая связь физики и техники обуславливает значительную роль курса фи­зики в технологическом университете, как фундаментальной базы для теоретичес­кой подготовки инженера-механика, инженера-технолога и др., без которой их прак­тическая деятельность невозможна.

Понятие материи и движения. Весь окружающий мир, вся природа пред­ставляет собой материю. Мате­рия - это вся объективная реальность, существую­щая независимо от нашего соз­нания.В современной науке всё многообразие материи делят условно на следующие виды: физический вакуум, физические поля, эле­ментарные частицы, атомы и молекулы, макроскопические тела различных размеров, планеты, звезды, галактики, системы галактик. Осо­бый тип макроскопических тел - живая материя.

Неотъемлемым свойством материи и формой ее существования является дви­жение. Движение включает в себя все происходящие измене­ния и процессы, начиная от простого перемещения и кончая мышлением. В мире нет ма­терии без движения, нет движения без материи. Современная наука выделяет три основные группы форм движения мате­рии: в неорганической природе, в живой природе, в обществе. В каж­дой из групп имеется множество форм движения, что обусловлено множеством видов материи. Все формы движения связаны между собой. К первой группе относятся: пространственное перемещение; изменение полей; процессы прев­ращения элементарных частиц; тепловые про­цессы; звуковые колебания; изме­нения в космических системах и др. Пере­чис­ленные формы движения изучает физи­ка. Процессы взаимодействия и движения атомов и молекул составляют химическую форму движе­ния. Этот тип движения изучает химия. Вторую и третью группы, включающие биологическую и со­ци­альную формы движений, изучают биология и различные общественные науки

Механика - часть физики, изучающая закономерности механического движе­ния и причины, вызывающие или изменяющие это движение. Механиче­ское движе­ние - это изменение взаимного расположения материальных точек, тел или их час­тей в пространстве с течением времени.

Механика, изучающая движение макроскопических тел со скоростями, значи­тельно меньшими скорости света в вакууме (с=3×10⁸м/с), называется клас­сической механикой Галилея-Ньютона. Законы движения макроскопических тел со скоростя­ми, сравнимыми со скоростью света, изучаются релятивисткой механикой, в основе которой лежит специальная теория относительности А.Эйнштейна.

Законы движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, элементарных час­тиц), обладающих двойственной природой (они обладают и свойствами час­тицы, и свойствами волны), описываются с помощью квантовой механики, которая была разработана М.Планком, Э.Шредингером, В.Гейзенбергом, П.Дираком. Квантовая механика делится на нерелятивистскую квантовую механику, изучающую движение микрочастиц со скоростями, значи­тельно меньшими скорости света и релятивистскую квантовую механику, изу­чающую движение микрочастиц со скоростями, сравнимыми со скоростью света.

Механика делится на три раздела: статику, кинематику, динамику. Ста­тика изучает законы равновесия системы тел. Она подробно изучается в курсе теоретиче­ской механики. Поэтому в предлагаемом пособии этот раздел мы опускаем.

1. КИНЕМАТИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ. @