Номер 1, страница 193 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 2.11. Состояние системы тел в механике. Глава 2. Законы механики Ньютона. Динамика - номер 1, страница 193.

Условие.

? 1. Какова структура фундаментальных физических теорий? Поясните на примере механики Ньютона.

Решение.

1. Решение

Фундаментальная физическая теория представляет собой систему знаний, которая описывает и объясняет определенный класс явлений природы. Ее структура, как правило, иерархична и включает в себя следующие основные компоненты:

1. Основание теории. Это ее фундамент, который содержит:
- Базовые понятия и идеализированные модели: Это абстракции, которые вводятся для описания физической реальности (например, материальная точка, абсолютное пространство, инерциальная система отсчета).
- Принципы и постулаты: Это основные утверждения (аксиомы) теории, которые являются обобщением опытных данных и принимаются без доказательств в рамках самой теории.
- Математический аппарат: Совокупность математических средств (например, дифференциальное исчисление, векторный анализ), используемых для формулировки законов и получения количественных предсказаний.

2. Ядро теории. Это центральная часть, включающая в себя фундаментальные уравнения теории, которые являются математическим выражением ее постулатов. Эти уравнения описывают наиболее общие закономерности изучаемых явлений.

3. Следствия. Это совокупность законов, утверждений и предсказаний, которые логически и математически выводятся из ядра теории. Именно эти следствия подвергаются экспериментальной проверке. К ним относятся, например, законы сохранения, решение конкретных физических задач.

4. Область применимости. Каждая теория имеет свои границы, в пределах которых ее выводы и предсказания соответствуют действительности. Определение этих границ является важной частью теории.

Пример: структура механики Ньютона

1. Основание:
- Базовые понятия и модели: материальная точка, сила, масса, импульс, абсолютное пространство, абсолютное время, инерциальная система отсчета.
- Принципы и постулаты: три закона Ньютона.
- Математический аппарат: дифференциальное и интегральное исчисление, векторная алгебра.

2. Ядро:
- Основное уравнение динамики (второй закон Ньютона): $ \vec{F} = m\vec{a} $ или в более общей форме $ \vec{F} = \frac{d\vec{p}}{dt} $.
- Законы, определяющие силы, например, закон всемирного тяготения $ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $.

3. Следствия:
- Законы сохранения импульса, момента импульса и механической энергии (для консервативных систем).
- Вывод законов Кеплера, описывающих движение планет.
- Решение широкого круга задач о движении макроскопических тел (движение снарядов, колебания маятников и т. д.).

4. Область применимости:
- Движение макроскопических тел.
- Скорости движения должны быть значительно меньше скорости света в вакууме ($ v \ll c $).
- Гравитационные поля должны быть достаточно слабыми.
При нарушении этих условий необходимо использовать другие теории: теорию относительности (при $ v \approx c $ и в сильных гравитационных полях) или квантовую механику (для объектов микромира).

Ответ: Фундаментальная физическая теория имеет иерархическую структуру, включающую основание (основные понятия и постулаты), ядро (основные уравнения) и выводимые из них следствия (законы и предсказания), а также четко очерченную область применимости. В механике Ньютона основанием служат понятия пространства, времени, массы, силы и три закона Ньютона; ядром — уравнение $ \vec{F} = m\vec{a} $ и законы для сил; следствиями — законы сохранения, законы Кеплера и др., а область применимости ограничена макромиром и скоростями, малыми по сравнению со скоростью света.