|
Discuţie:Fizica clasica
De la Concurs incarcare cartela gratis
Fizica clasică cuprinde ramurile fizicii datând de dinainte de "revoluțiile" de la începutul secolului XX, datorate mecanicii cuantice și teoriei relativității. Fizica clasică, denumită și Fizica newtoniană, se definește prin opoziție cu fizica modernă sau fizica secolului XX. Dezvoltări recente ale vechilor teorii din fizică se subsumează tot fizicii clasice, spre exemplu noi descoperiri în fizica fluidelor sau electromagnetism.
Un statut ambiguu îl au ramuri ale fizicii care derivă din discipline "clasice" dar prezintă aspecte calitativ noi. Un astfel de exemplu îl constituie teoria haosului ("chaos theory"), care reprezintă o extensie a mecanicii clasice, însă ale cărei idei sunt chintesențial moderne.
Legile lui Newton sunt trei legi ale fizicii care dau o relație directă între forțele care acționează asupra unui corp și mișcarea acelui corp. Ele au fost enunțate de Sir Isaac Newton în lucrarea sa Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687). Aceste legi formează baza mecanicii clasice și Newton însuși le-a folosit pentru a explica multe rezultate privind mișcarea obiectelor fizice. În al treilea volum al textului, a arătat că aceste legi ale mișcării, combinate cu legea atracției universale, explică legile lui Kepler privind mișcarea planetelor. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Legile_lui_Newton
Principiul I al mecanicii
Orice corp își menține starea de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă atât timp cât asupra sa nu acționează alte forțe sau suma forțelor care acționează asupra sa este nulă.
Inerția. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Legile_lui_Newton
Principiul al II-lea al mecanicii
Newton introduce noțiunea de cantitate de mișcare, ceea ce astăzi se numește impuls. Aceasta este o mărime vectorială egală cu produsul dintre masă și viteză. p = m∙v
Principiul al doilea al mecanicii introduce noțiunea de forță ca fiind derivata impulsului în raport cu timpul. F= dp/dt sau folosind definiția impulsului F= d(mv)/dt. În mecanica newtoniană, se consideră că masa este constantă (independentă de viteză) cât timp se păstrează integritatea corpului, deci F=m(dv)/dt . Adică F= m∙a . sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Legile_lui_Newton
Principiul al III-lea al mecanicii
Când un corp acționează asupra altui corp cu o forță (numită forță de acțiune), cel de-al doilea corp acționează și el asupra primului cu o forță (numită forță de reacțiune) de aceeași mărime și de aceeași direcție, dar de sens contrar. Acest principiu este cunoscut și sub numele de Principiul acțiunii și reacțiunii.sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Legile_lui_Newton
Gravitația este fenomenul fizic natural prin care corpurile fizice se atrag reciproc, cu o forță a cărei intensitate depinde de masele acestora și distanța dintre ele. Este una din cele patru interacțiuni fundamentale din natură cunoscute, alături de interacțiunea electromagnetică, interacțiunea nucleară tare și interacțiunea nucleară slabă.
În fizica modernă gravitația este descrisă de teoria relativității generalizate, dar în cele mai multe situații practice (la scara macroscopică) se poate aplica cu mare exactitate și legea atracției universale a lui Sir Isaac Newton, din mecanica clasică. Aceasta spune că oricare două corpuri acționează unul asupra celuilalt cu o forță de atracție, numită forța gravitațională, direct proporțională cu masele celor două corpuri și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Gravita%C8%9Bie
Natura și motivul existenței forței gravitaționale nu sunt încă deplin elucidate.
În viața de zi cu zi fenomenul este observat pretutindeni ca forța de atracție exercitată de Pământ asupra tuturor corpurilor, forță numită greutate. Valoarea greutății unui corp este direct proporțională cu masa lui și este orientată spre centrul Pământului. Coeficientul de proporționalitate se numește accelerație gravitațională și este egal cu accelerația unui corp care cade liber în cîmpul gravitațional al Pământului. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Gravita%C8%9Bie
La nivel astronomic gravitația este responsabilă, de exemplu, pentru faptul că Luna se rotește în jurul Pământului și că sistemul Pământ-Lună se rotește în jurul Soarelui. De asemenea gravitația este forța care a dus la apariția tuturor planetelor și sateliților naturali ai acestora, prin atracția reciprocă dintre particulele de materie care se roteau în jurul Soarelui. În cadrul unei galaxii, diferitele stele și sisteme stelare sunt menținute împreună tot prin fenomenul gravitației, iar evoluția întregului univers (de exemplu modul în care acesta se dilată în timp) este la rândul ei dictată de forțele de gravitație dintre toate particulele de materie existente. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Gravita%C8%9Bie
Interacțiunea gravitațională est produsă (generată) de întâlnirea (interferența) câmpurilor gravitaționale ale corpurilor (maselor) cosmice. Câmpul gravific este generat de anumite particule din substanța corpului și se manifestă prin câmpul de accelerație normală (perpendiculară) la suprafața corpului. Poate fi măsurat de exemplu direct la suprafața Pământului sau a Lunii. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/Gravita%C8%9Bie
Forță
Forţele sunt adesea descrise ca trageri sau împingeri. Se pot datora unor fenomene diverse, cum ar fi gravitaţia, magnetismul, sau orice altceva cauzează imprimarea de accelerație unei mase.În fizică, o forță este o mărime derivată care determină un obiect cu masă să își modifice viteza.Forța este o mărime vectorială ce are atât modul (valoare scalară sau intensitate) cât și direcție. A doua lege a lui Newton afirmă că un obiect cu masă constantă va fi accelerat proporțional cu forța rezultantă ce acționează asupra sa și invers proporțional cu masa sa. Echivalent, forța rezultantă ce acționează asupra unui obiect este egală cu viteza cu care i se modifică impulsul. Cu alte cuvinte, forța rezultantă ce acționează la un moment dat asupra unui corp este derivata temporală a impulsului.
Forțele ce acționează asupra obiectelor tridimensionale le pot determina pe acestea să se și rotească sau să se deformeze, sau pot cauza o schimbare a presiunii. Tendința unei forțe de a cauza modificarea vitezei de rotație în jurul unei axe se numește moment. Deformarea și presiunea sunt rezultatele forțelor de tensiune din cadrul unui obiect.sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83
Din antichitate, oamenii de știință au folosit conceptul de forță în studiul obiectelor staționare și în mișcare. Studiul forțelor a progresat odată cu descrierile date de filozoful Arhimede în secolul al III-lea î.e.n., privind interacțiunea forțelor în mecanisme simple. Înainte de aceasta, descrierea forțelor de către Aristotel conținea unele greșeli și neînțelegeri fundamentale. În secolul al XVII-lea, Sir Issac Newton a corectat aceste greșeli și a enunțat o teorie ce a rămas neschimbată timp de aproape trei sute de ani.La începutul secolului al XX-lea, Einstein, în teoria relativității generale, a prezis cu succes eșecul modelului lui Newton pentru gravitație, lansând conceptul de continuum spațiu-timp.
Teoria mai recentă cunoscută sub numele de Modelul Standard din fizica particulelor asociază forțe la nivelul mecanicii cuantice. Modelul Standard prezice că unele particule de schimb sunt mijlocul fundamental prin care sunt emise și absorbite forțele. Sunt cunoscute doar patru interacțiuni principale generatoare de forțe: tare, electromagnetică, slabă, și gravitatională. Observațiile din fizica particulelor de energii înalte, efectuate în anii 1970 și 1980 au confirmat că forțele slabe și cele electromagnetice sunt de fapt expresia aceleiași interacțiuni fundamentale.
În sistemul internațional, forța se măsoară în newtoni, dar alte sisteme de unități de măsură definesc și alte unități, dintre care multe sunt în strânsă legătură cu unitățile de măsură pentru masă.sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83
Echilibre
Echilibrul apare atunci când forța rezultantă ce acționează asupra unui obiect este zero (adică suma vectorială a tuturor forțelor este zero). Există două feluri de echilibru: echilibru static și echilibru dinamic. sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83#Echilibre
Echilibrul static
Echilibrul static a fost înțeles înainte de inventarea mecanicii clasice. Obiectele în repaus au forță totală acționând asupra lor egală cu zero.
Cel mai simplu caz de echilibru static are loc atunci când două forțe sunt egale în modul dar de sens contrar. De exemplu, un obiect pe o suprafață orizontală este tras (atras) către centrul Pământului de greutate. În același timp, forțele de la suprafață opun rezistență forței îndreptată în jos printr-o forță egală, îndreptată în sus (denumită forța normală). Situația este una în care forța totală este zero și nu există accelerație.
Împingerea unui obiect pe o suprafață cu frecări poate avea ca efect o situație în care obiectul nu se mișcă deoarece forței aplicate i se opune frecarea statică, generată între obiect și suprafața pe care stă. Pentru o situație fără mișcare, forța de frecare statică echilibrează exact forța aplicată, având ca rezultat absența accelerației. Frecarea statică crește sau scade ca răspuns la forța aplicată, până la o limită superioară determinată de caracteristicile contactului între suprafață și obiect.
Un echilibru static între două forțe este cea mai obișnuită modalitate de a măsura forțele, folosind dispozitive simple, cum ar fi cântarele și balanțele cu resort. De exemplu, un obiect suspendat pe un cântar cu resort vertical este atras de greutatea care acționează asupra lui, echilibrată de o forță aplicată de forța de reacție din resort, egală cu greutatea obiectului. Cu astfel de unelte, s-au descoperit unele legi cantitative ale forțelor: aceea că forța gravitațională este proporțională cu volumul pentru obiecte cu densitate constantă (fapt exploatat multă vreme pentru definirea greutăților standard); principiul lui Arhimede pentru flotabilitate; analiza lui Arhimede privind pârghiile; legea lui Boyle pentru presiunea gazelor; legea lui Hooke pentru resorturi. Acestea au fost formulate și verificate experimental înainte ca Isaac Newton să enunțe cele trei legi ale mișcării.sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83#Echilibre
Echilibrul dinamic
Galileo Galilei a fost primul care a arătat contradicțiile inerente din descrierea forțelor făcută de Aristotel.Echilibrul dinamic a fost descris pentru prima oară de Galilei, care a observat că anumite presupuneri ale fizicii aristoteliene sunt contrazise de observații și de logică. Galilei și-a dat seama că simpla adunare a vitezelor impune inexistența unui sistem de referința absolut. Galilei a concluzionat că mișcarea cu viteză constantă era perfect echivalentă cu repausul. Aceasta contrazicea noțiunea lui Aristotel de stare naturală de repaus la care tind obiectele cu masă. Experimente simple au arătat că înțelegerea de către Galilei a echivalenței repausului cu viteza constantă este corectă. De exemplu, dacă un marinar ar scăpa o ghiulea din vârful catargului unei corăbii care se deplasează cu viteză constantă, fizica aristoteliană ar crede că ghiuleaua cade direct în jos, în timp ce corabia se deplasează sub ea. Astfel, într-un univers aristotelian, ghiuleaua ar cădea în urma bazei catargului unei corăbii în mișcare. Dar, când acest experiment este efectiv efectuat, ghiuleaua cade întotdeauna chiar la baza catargului, ca și cum ar fi știut că se deplasează cu corabia în timp ce era în cădere, separată de aceasta. Deoarece nu există nicio forță orizontală aplicată ghiulelei în timpul căderii, singura concluzie rămasă este aceea că ghiuleaua continuă să se miște cu aceeași viteză ca și corabia în timp ce cade. Astfel, nu este necesară nicio forță pentru a ține ghiuleaua în mișcare cu viteză constantă înainte.
Mai mult, orice obiect ce se deplasează cu viteză constantă trebuie să aibă rezultanta forțelor ce acționează asupra lui egală cu zero. Aceasta este definiția echilibrului dinamic: când toate forțele ce acționează asupra unui obiect se anulează reciproc dar obiectul continuă să se deplaseze cu viteză constantă.
Un caz simplu de echilibru dinamic are loc în cazul mișcării cu viteză constantă pe o suprafață cu frecare cinetică. Într-o astfel de situație, este aplicată o forță în direcția mișcării, în timp ce frecarea cinetică se opune și este exact egală cu forța aplicată. Aceasta dă o rezultantă egală cu zero, dar, deoarece obiectul a pornit cu viteză nenulă, el continuă să se miște cu viteză nenulă. Aristotel a interpretat greșit această mișcare ca fiind cauzată de forța aplicată. Totuși, când se ia în considerare frecarea cinetică, este clar că nu există nicio forță rezultantă ce determină mișcarea cu viteză constantă.sursa: http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83#Echilibre
Modele fundamentale
Toate forțele din univers se bazează pe patru forțe fundamentale. Forțele tare și slabă acționează doar pe distanțe foarte scurte, și sunt cele care țin anumiți nucleoni și anumite nuclee împreună. Forța electromagnetică acționează între sarcini electrice și forța gravitațională acționează între mase. Toate celelalte forțe se bazează pe existența celor patru interacțiuni fundamentale. De exemplu, frecarea este o manifestare a forței electromagnetice ce acționează între doi atomi de pe două suprafeție, și principiului de excluziune al lui Pauli,care nu permite atomilor să treacă unii prin ceilalți. Forțele din resorturi, modelate de legea lui Hooke, sunt și ele rezultatul forțelor electromagnetice și ale principiului de excluziune care acționează împreună, aducând obiectul la poziția sa de echilibru. Forțele centrifuge sunt de fapt manifestări ale accelerației unui sistem de referință în rotație.
Dezvoltarea teoriilor fundamentale ale forțelor a mers pe linia unificării ideilor separate. De exemplu, Isaac Newton a unificat forța răspunzătoare pentru căderea obiectelor la suprafața Pământului cu forța răspunzătoare pentru orbitele corpurilor cerești, dezvoltând teoria gravitației universale. Michael Faraday și James Clerk Maxwell au demonstratat că forțele electrice și cele magnetice sunt una și aceeași, prin dezvoltarea unei teorii consistente a electromagnetismului. În secolul al XX-lea, dezvoltarea mecanicii cuantice a dus la o înțelegere modernă a faptului că primele trei forțe fundamentale (toate cu excepția gravitației) sunt manifestări ale materiei (fermioni) ce interacționează prin schimbul de particule virtuale purtătoare de interacțiuni.Acest model standard din fizica particulelor arată similitudini între forțe și au determinat oamenii de știință să prezică unificarea forțelor slabă și electromagnetică în teoria electro-slabă, confirmată ulterior prin observații. Formularea completă a modelului standard prezice existența unui mecanism Higgs, încă neobservat, dar observațiile oscilațiilor neutrinilor indică faptul că modelul standard este incomplet. O teorie unificată care să permită combinearea interacțiunii electroslabe cu forța tare este considerată o posibilitate, teorii candidat fiind supersimetria propusă pentru a trata unele din problemele nerezolvate din fizică. Fizicienii încă mai încearcă să dezvolte modele unificatoare consistente care să combină toate cele patru interacțiuni fundamentale. Einstein a încercat aceasta și nu a reușit, dar, la începutul secolului al XXI-lea, cea mai populară abordare a acestei chestiuni este teoria corzilor. sursa:
http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83#Echilibre
Forțele nucleare
Există două forțe nucleare care sunt descrise ca interacțiuni ce au loc în teoriile cuantice din fizica particulelor. Forța nucleară tare este forța responsabilă cu menținerea integrității structurale a nucleelor atomice în vreme ce forța nucleară slabăeste răspunzătoare pentru dezagregarea anumiților nucleoni în leptoni și în alte tipuri de hadroni.
Forța tare reprezintă interacțiunile între quarkuri și gluoni, descrise în teoria cromodinamicii cuantice.Forța tare este forța fundamentală mijlocită de gluoni, și care acționează asupra quarkurilor, antiquarkurilor, și asupra gluonilor înșiși. Interacțiunea tare este cea mai puternică dintre cele patru forțe fundamentale.
Forța tare acționează direct doar asupra particulelor elementare. O componentă a acestei forțe este însă observată și între hadroni (cel mai cunoscut exemplu fiind forța ce acționează între nucleoni în cadrul nucleului atomic) ca forță nucleară. Aici, forța tare acționează indirect, transmisă sub formă de gluoni, care fac parte din mezonii virtuali π și ρ, care transmit forța nucleară. Eșecul căutărilor quarkurilor libere a arătat că particulele elementare afectate nu sunt observabile direct. Acest fenoment se numește confinement.
Forța slabă este datorată schimbului de bozoni W și Z, particule masive. Cel mai cunoscut efect al ei îl reprezintă dezintegrarea beta (a neutronilor din nucleele atomice) și fenomenele de radioactivitate asociate acesteia. Numele de slabă provine de la faptul că intenistatea câmpului este de aproximativ 1013 ori mai mică decât a câmpului unei forțe tari. Chiar și așa, ea este mai puternică decât gravitația pe distanțe scurte. A fost dezvoltată și o teorie a interacțiunii electroslabe, care arată că forțele electromagnetice și forța slabă sunt identice la temperaturi de aproximativ 1015 Kelvin. Asemenea temperaturi au fost testate în acceleratoarele moderne de particule și arată starea universului în primele momente ale Big Bangului.sursa:
http://ro.wikipedia.org/wiki/For%C8%9B%C4%83#Echilibre
