Главная > Физика > Динамические и статистические законы  



 

 

Динамические и статистические законы

 
инструкция.
В данной работе речь пойдет о закономерностях, деление которых приводит к появлению статистических и динамических. Суть их заключается и подчиняется так называемой причинно-следственной связи, основателем и представителем которой был Пьер Симон Лаплас. Каким образом она(связь) тут выступает побеседуем позднее. Автор попытается показать суть и динамических и статистических закономерностей, причем грань различия меж ними будет показана не размывчатая, а четкая и ясная.
Оглавление:
1. 1. Введение
2. 2. Детерминизм Лапласа
3. 3. Динамические закономерности
4. 4. Статистические закономерности
* * Вероятностный характер микропроцессов
* * Статистическая физика
5. 5. Заключение
6. 6. Литература
Введение.
Современная физика изучает огромнейшее количество разных действий в природе. Не все из них поддаются исследованию и объяснению. Непременно многое человеку еще не понятно, а если понятно то может быть не объяснено сейчас. Тем не менее наука идет вперед и общие (классические) концепции существования природы известны уже сейчас.
Процессы протекающие вокруг нас не постоянно поддаются чёткому объяснению. Как раз на этом этапе перед человеком и встала неувязка сотворения таковых моделей и способов познания, которые бы смогли объяснить непознанное. Непременно в решении данной нелегкой задачки главную роль сыграло не лишь физическое толкование и применение физики, а пришлось обращаться к математики, к прикладной математики и ряду остальных чётких наук. Итог? Постепенное постижение истины.
Как уже говорилось ранее в данной работе речь пойдет о динамических и статистических законах, на которых сейчас и держится современная картина мира. Такое деление законов еще раз подтверждает что непознаное, не точно исчисляемое и объясняемое равномерно становится явью с помощью новейших концепций. Появление статистических способов в познании, а также развитие теории вероятностей ( вот новое орудие современного ученого.
Детерминизм Лапласа.
Причинное объяснение многих физических явлений, т. Е. Реальное воплощение зародившегося еще в древности принципа причинности в естествознании, привело в конце XVIII — начале XIX вв. К неизбежной абсолютизации классической механики. Появилось философское учение — механистический детерминизм, классическим представителем которого был Пьер Симон Лаплас (1749—1827), французский математик, физик и философ. Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерминизма — уверенность в том, что все происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть непознанная разумом необходимость. Суть его можно понять из высказывания Лапласа:
Современные действия имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без предпосылки, которая его произвела... Воля, сколь угодно свободная, не может без определенного мотива породить деяния, даже такие, которые числятся нейтральными... Мы обязаны разглядывать современное состояние Вселенной как итог её предыдущего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное размещение её составных частей, если бы он, не считая того, был довольно широк, чтоб подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых больших тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неявного, и будущее, как и прошедшее, было бы у него перед очами... Кривая, описываемая молекулой воздуха либо пара, управляется столь же строго и точно, как и планетные орбиты: меж ними только та разница, что налагается нашим неведением.
Дальнейшее развитие физики показало, что в природе могут происходить процессы, причину которых тяжело найти. К примеру, процесс радиоактивного распада происходит случаем. Подобные процессы происходят объективно случаем, а не потому, что мы не можем указать их причину из-за недостатка наших знаний. И наука при этом не закончила развиваться, а обогатилась новыми законами, принципами и концепциями, которые показывают ограниченность классического принципа — лапласовского детерминизма. Полностью чёткое описание всего прошедшего и предсказание грядущего для колоссального обилия материальных объектов, явлений и действий — задачка сложная и лишенная объективной необходимости. Даже в самом простом случае классической механики из-за неустранимой неточности измерительных устройств чёткое предсказание состояния даже обычного объекта — материальной точки — также нереально.
Динамические закономерности.
Физические явления в механике, электромагнетизме и теории относительности в основном подчиняются, так называемым динамическим закономерностям. Динамические законы отражают однозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся детерминизму Лапласа.
 
Причина Следствие

Динамические законы – это законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности.
Классическая механика Ньютона.
базу механики Ньютона составляют закон инерции Галилея, два закона открытые Ньютоном, и закон глобального тяготения, открытый также Исааком Ньютоном.
1. 1. Согласно сформулированному Галилеем закону инерции, тело сохраняет состояние покоя либо равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действие со стороны остальных тел не выведет его из этого состояния.
2. 2. Этот закон устанавливает связь меж массой тела, силой и ускорением.
3. 3. Устанавливает связь меж силой деяния и силой противодействия.
4. 4. В качестве IV закона выступает закон глобального тяготения.
Два всех тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной массе сил и обратно пропорциональной квадрату расстояния меж центрами тел.
Уравнения Максвелла.
Уравнения Максвелла – более общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. В учении об электромагнетизме они играются такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле постоянно связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, т. Е. Электрическое и магнитное поля неразрывно соединены друг с другом – они образуют единое электромагнитное поле.
Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрического поля могут быть или электрические заряды, или изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться или движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), или переменными электрическими полями. Уравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе есть электрические заряды, но нет зарядов магнитных.
Уравнения теории относительности.
особая теория относительности, принципы которой определил в 1905 г. А.Эйнштейн, представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. Особая теория частенько именуется релятивистской теорией, а специальные явления, описываемые данной теорией - релятивистским эффектом (эффект замедления времени).
В базе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:
1. 1. принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают способности найти, лежит ли эта система либо движется умеренно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой;
2. 2. принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света либо наблюдающего и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Первый постулат, являясь обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы, утверждает таковым образом, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы отсчета совсем равноправны, т. Е. Явления механические, электродинамические, оптические и др. Во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково.
Согласно второму постулату, постоянство скорости света в вакууме – базовое свойство природы.
общественная теория относительности, называемая время от времени теорией тяготения – итог развития специальной теории относительности. Из нее вытекает, что характеристики пространства-времени в данной области определяются действующими в ней полями тяготения. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства-времени может поменяются от одной области к другой в зависимости от концентрации масс в этих областях и их движения.
Статистические закономерности.
При попытке употреблять однозначные причинно-следственные связи и закономерности к неким физическим действиям нашлась их недееспособность. Возникли многозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся вероятностному детерминизму.

СледствиеПричина Следствие Следствие
 
ПричинаСледствие Причина Причина

Статистические закономерности и законы употребляют теорию вероятностей. Это наука о случайных действиях. В этих рамках следует объяснить следующие понятия:
Достоверные действия, невозможные действия и промежуточные меж достоверными и невозможными случайные действия.
Количественно случайные действия оцениваются при помощи вероятности:
1. 1. Статистическая возможность.
Достоверные и невозможные действия можно разглядывать как частные случаи случайных событий:
возможность достоверна = 1
возможность невозможна = 0
2. 2. Классическая возможность.
данной вероятностью именуется отношение числа элементарных событий к общему числу равнозначных событий.
к примеру рассмотрим куб. У него 6 граней. 6 – это число равнозначных событий. Появление определенной грани – это элементарное событие (в данном случае 1). Следовательно:
P = (
Приведем пример статистического закона, который обрисовывает физические явления, наблюдаемые в физических средах, состоящих из огромного числа частиц:
Закон распределения Максвелла.
Этот закон устанавливает зависимость вероятности в распределении скорости движения молекул газа от скорости движения молекул, причем с вероятной скоростью движется большая часть молекул.
Распределение Гаусса.
либо еще функция Гаусса – это закономерность, подчиняющаяся результатам измерений.

? ?x
Sx = ( среднеквадратичная ошибка.
n
X2
S = ?f(x)dx ( возможность того, что полученый
X1 итог лежит в пределах от X1
до X2.
Вероятностный характер микропроцессов.
Вероятностные процессы также наблюдаются в поведении отдельновзятых микрочастицах:
Y - волновая функция. ( Де Бройля ).
Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц — принципиальная отличительная изюминка квантовой теории. Можно ли волны де Бройля истолковывать как волны вероятности, т. Е. Считать, что возможность найти микрочастицы в разных точках пространства изменяется по волновому закону? Такое толкование волн де Бройля ошибочно уже хотя бы потому, что тогда возможность найти частицу в неких точках пространства может быть отрицательна, что не имеет смысла.
чтоб устранить эти трудности, германский физик М. Борн (1882—1970) в 1926 г. Предположил, что по волновому закону изменяется не сама возможность, а амплитуда вероятности, названная волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волновой функции имеет статистический, вероятностный характер:
квадрат модуля волновой функции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) описывает возможность нахождения частицы в данный момент времени в определенном, ограниченном объеме.
dP
/Y/ = ( возможность обнаружения
dV частицы в данной точке
пространства.
Статистическая физика.
Раздел физики, изучающий закономерности действий, наблюдающихся в макроскопических телах (физические системы, состоящие из огромного числа взаимодействующих частиц).
Статистическая механика.
К концу XIX в. Была создана последовательная теория поведения огромных общностей атомов и молекул – молекулярно-кинетическая теория, либо статистическая механика. Бессчетными опытами была подтверждена справедливость данной теории.
Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются
результатом совокупного деяния большого числа молекул.
Поведение огромного числа молекул анализируется с помощью
статистического способа, который основан на том, что характеристики макроскопической системы в конечном итоге определяются качествами частиц систем, чертами их движения и усредненными значениями кинетических и динамических черт этих частиц (скорости, энергии, давления и т. Д.). К примеру, температура тела определяется скоростью беспорядочного движения его молекул, но так как в хоть какой момент времени различные молекулы имеют разные скорости, то она может быть выражена лишь через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы. Макроскопические свойства тел имеют физический смысл только в случае огромного числа молекул.
После сотворения молекулярной физики термодинамика не утратила собственного значения. Она помогает понять многие явления и с фуррором применяется при расчетах многих принципиальных механических устройств. Общие законы термодинамики справедливы для всех веществ, независимо от их внутреннего строения.
но при расчете разных действий с помощью термодинамики многие физические характеристики, к примеру теплоемкости тел, нужно определять экспериментально. Статистические же способы разрешают на базе данных о строении вещества найти эти характеристики. Но количественная теория твердого и в особенности жидкого состояния вещества совсем сложна. Поэтому в ряде случаев обыкновенные расчеты, основанные на законах термодинамики, оказываются незаменимы.
В настоящее время в науке и технике обширно употребляются как термодинамические, так и статистические способы описания параметров микросистемы.
Термодинамика.
1. 1. Первое начало термодинамики.
Количество теплоты ?Q, сообщенное телу, идет на увеличение его внутренней энергии ?U и на совершение телом работы ?A, т. Е.
?Q = ?U + ?A
Всякая представленная самой себе система стремится перейти в состояние термодинамического равновесия, в котором тела покоятся друг относительно друга, владея одинаковыми температурами и давлением. Достигнув этого состояния, система сама по себе из него не выходит. Означает все термодинамические процессы, приближающиеся к тепловому равновесию, необратимы.
2. 2. Второе начало термодинамики.
Сущность второго начала термодинамики составляет утверждение о невозможности получения работы за счет энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии.
Окружающая нас среда владеет значительными запасами тепловой энергии. Двигатель, работающий лишь за счет энергии находящихся в тепловом равновесии тел, был бы для практики вечным двигателем. Второе начало термодинамики исключает возможность сотворения такового вечного мотора.
Необратимость тепловых действий имеет вероятностный характер. Самопроизвольный переход тела из равновесного состояния в неравновесное не неосуществим, а только подавляюще маловероятен. В конечном итоге необратимость тепловых действий обусловливается колоссальностью числа молекул, из которых состоит тело.
Молекулы газа стремятся к более вероятному состоянию, т. Е. Состоянию с беспорядочным распределением молекул, при котором приблизительно однообразное число молекул движется вверх и вниз, вправо и влево, при котором в каждом объеме находится приблизительно однообразное число молекул, однообразная доля стремительных и медленных молекул в верхней и нижней частях какого-или сосуда. Хоть какое отклонение от такового беспорядка, хаоса, т. Е. От равномерного и беспорядочного перемешивания молекул по местам и скоростям, связана с уменьшением вероятности, либо представляет собой менее вероятное событие. Напротив, явления, связанные с перемешиванием, с созданием хаоса из порядка, увеличивают возможность состояния. Лишь при внешнем воздействии может быть рождение порядка из хаоса, при котором порядок вытесняет хаос. В качестве примеров, демонстрирующих порядок, можно привести созданные природой минералы, построенные человеком огромные и малые сооружения либо просто радующие глаз своеобразные фигуры.
Количественной чертой теплового состояния тела является число микроскопических способов, которыми это состояние может быть осуществлено. Это число именуется статистическим весом состояния; обозначим его буквой W. Тело, предоставленное самому себе, стремится перейти в состояние с огромным статистическим весом. Принято воспользоваться не самим числом W, а его логарифмом, который еще множится на постоянную Больцмана k. Определенную таковым образом величину
S = k lnW
называют энтропией тела.
несложно убедиться в том, что энтропия сложной системы равна сумме энтропии её частей.
Закон, определяющий направление тепловых действий, можно сконструировать как закон возрастания энтропии:
для всех происходящих в замкнутой системе тепловых действий энтропия системы растет; очень вероятное значение энтропии замкнутой системы достигается в тепловом равновесии:
?S ? 0
Данное утверждение принято считать количественной формулировкой второго закона термодинамики, открытого Р.Ю.Клаузиусом (его молекулярно-кинетическое истолкование дано Л.Больцманом).
Идеальному случаю — полностью обратимому процессу замкнутой системы — соответствует не изменяющаяся энтропия. Все естественные процессы происходят так, что возможность состояния растет, что значит переход от порядка к хаосу. Означает, энтропия характеризует меру хаоса, которая для всех естественных действий растет. В данной связи закон о невозможности вечного мотора второго рода, закон о стремлении тел к равновесному состоянию получают свое объяснение. Почему механическое движение переходит в тепловое? Да потому, что механическое движение упорядочено, а тепловое беспорядочно, хаотично.
Заключение.
В заключении необходимо сказать, что из выше произнесенного и описанного все законы и принципы используются сейчас в современной физике, космологии, а также в развивающемся сейчас естествознании и в ряде остальных наук, изучающих природу в целом.
Также нельзя утверждать что статистические законы более чёткие и более применимые в описании явлений вокруг нас по сравнению с динамическими закономерностями и принципами. Ни в коем случае, вед любая из предложенных к рассмотрению совокупность законов разглядывает полностью не идентичные процессы, да и протекают они (процессы) совсем по различному. Поэтому и вышло такое разделение на две составные части.
Литература.
1. 1. Е.В. Ергопуло, Лекции по КСЕ.
2. 2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. М.: 1997
3. 3. Физическая энциклопедия.
4. 4. Р. Фейнман. Характер физических законов.



Еще рефераты
Магнитные измерения
Министерство образования Украины Запорожский государственный технический институт Кафедра ЕПА Выполнил студент группы Э-219 Шило С.И. Принял Андрияс И.А. 2000 Содержание > Общие сведения о магнитных измерениях . Определение задач...

Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структуры
- 1 - Материалы оптоэлектроники. Полупроводниковые светоизлучающие структуры. 1. ФИЗИЧЕСКИЕ базы ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ. 1.1. Предмет оптоэлектроники. Оптоэлектроника представляет собой раздел науки и техники, занимающийся...

Обычный эффект Джозефсона
Петрозаводский Государственный институт Реферат Стационарный эффект Джозефсона: физика и применение дисциплина «Физика сверхпроводников» Выполнил студент V курса физико-технического факультета Сержантов Д. Н. Петрозаводск 2003 Сверхпроводимость -...

Материалы к контрольной по биофизике (ЯМР, МРТ)
Многослойная томография В главе 7 была представлена последовательность, основанная на 90-FID. Основываясь на этом представлении, время нужное для получения изображения равняется произведению времени TR на число шагов фазового кодировки. Если TR равнялось одной секунде, а число шагов ...

Материалы ядерной энергетики
МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ институт. ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ.БАШЛЫКОВ Н.А. МАТЕРИАЛЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ. СОДЕРЖАНИЕ: ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В...