Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Движение предполагает изменение положения

В физике , движение представляет собой явление , при котором объект изменяет свое положение с течением времени. Движение математически описывается в терминах смещения , расстояния , скорости , ускорения , скорости и времени . Движение тела наблюдается путем привязки системы отсчета к наблюдателю и измерения изменения положения тела относительно этой системы координат с изменением во времени. Раздел физики, описывающий движение объектов без ссылки на его причину, - кинематика ; раздел, изучающий силы и их влияние на движение - динамика.

Если объект не изменяется относительно данной системы отсчета, говорят, что объект находится в состоянии покоя , неподвижен , неподвижен , неподвижен или имеет постоянное или неизменное во времени положение относительно своего окружения. Поскольку не существует абсолютной системы отсчета, абсолютное движение не может быть определено. [1] Таким образом, можно считать, что все во Вселенной находится в движении. [2] : 20–21

Движение применяется к различным физическим системам: к объектам, телам, частицам материи, полям материи, излучению, полям излучения, частицам излучения, кривизне и пространству-времени. Можно также говорить о движении образов, форм и границ. Итак, термин движение, в общем, означает непрерывное изменение положений или конфигурации физической системы в пространстве. Например, можно говорить о движении волны или о движении квантовой частицы, где конфигурация состоит из вероятностей занятия определенных позиций.

Основная величина, измеряющая движение тела, - это импульс . Импульс объекта увеличивается с массой объекта и его скоростью. Суммарный импульс всех объектов в изолированной системе (на которую не действуют внешние силы) не изменяется со временем, как описано законом сохранения количества движения . Движение объекта и, следовательно, его импульс не может измениться, если на тело не действует сила . Движение по прямой

Законы движения [ править ]

В физике движение массивных тел описывается двумя связанными друг с другом наборами законов механики. Движение всех крупных и знакомых объектов во Вселенной (таких как автомобили , снаряды , планеты , клетки и люди ) описываются классической механикой , тогда как движение очень маленьких атомных и субатомных объектов описывается квантовой механикой . Исторически Ньютон и Эйлер сформулировали три закона классической механики:

Классическая механика [ править ]

Классическая механика используется для описания движения макроскопических объектов, от снарядов до частей механизмов , а также астрономических объектов , таких как космические корабли , планеты , звезды и галактики . Он дает очень точные результаты в этих областях и является одним из старейших и крупнейших в области науки , техники и технологий .

Классическая механика в основе своей основана на законах движения Ньютона . Эти законы описывают взаимосвязь между силами, действующими на тело, и движением этого тела. Впервые они были составлены сэром Исааком Ньютоном в его работе Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , впервые опубликованной 5 июля 1687 года. Три закона Ньютона:

  1. Тело либо находится в состоянии покоя или движется с постоянной скоростью, до и если внешняя сила не применяется к нему.
  2. Объект будет двигаться в одном направлении вечно или до тех пор, пока внешняя сила не изменит его направление.
  3. Когда одно тело прикладывает силу F ко второму телу (в некоторых случаях, которое стоит на месте), второе тело прикладывает силу F к первому телу. F и - F равны по величине и противоположны по смыслу. Итак, тело, которое проявляет F , пойдет назад. [3] Третий закон движения Ньютона резюмируется утверждением: «Для каждого действия существует равное, но противоположное противодействие».

Три закона движения Ньютона были первыми, кто точно предоставил математическую модель для понимания орбитальных тел в космическом пространстве . Это объяснение объединило движение небесных тел и движение объектов на Земле.

Равномерное движение:

Когда объект движется с постоянной скоростью в определенном направлении через равные промежутки времени, это называется равномерным движением. Например: велосипед движется по прямой с постоянной скоростью.

Уравнения равномерного движения:

Если = конечная и начальная скорость, = время и = смещение, то:

s знак равно v т {\ Displaystyle \ mathbf {s} = \ mathbf {v} t}

Релятивистская механика [ править ]

Современная кинематика, разработанная с учетом электромагнетизма, относит все скорости v к их отношению к скорости света c . Скорость тогда интерпретируется как скорость , гиперболический угол φ, для которого функция гиперболического тангенса tanh φ = v / c . Ускорение , изменение скорости, затем меняет скорость в соответствии с преобразованиями Лоренца . Эта часть механики - специальная теория относительности . Попытки включить гравитацию в релятивистскую механику были предприняты В. К. Клиффордом иАльберт Эйнштейн . В разработке использовалась дифференциальная геометрия для описания искривленной Вселенной с гравитацией; исследование называется общей теорией относительности .

Квантовая механика [ править ]

Квантовая механика - это набор принципов, описывающих физическую реальность на атомном уровне материи ( молекулы и атомы ) и субатомных частиц ( электроны , протоны , нейтроны и даже более мелкие элементарные частицы, такие как кварки ). Эти описания включают одновременное волнообразное и частичное поведение как материи, так и энергии излучения, как описано в дуальности волна-частица : / [4]

В классической механике можно вычислить точные измерения и прогнозы состояния объектов, таких как местоположение и скорость . В квантовой механике, из-за принципа неопределенности Гейзенберга , полное состояние субатомной частицы, такое как ее местоположение и скорость, не может быть определено одновременно. [ необходима цитата ]

Помимо описания движения явлений на атомном уровне, квантовая механика полезна для понимания некоторых крупномасштабных явлений, таких как сверхтекучесть , сверхпроводимость и биологические системы , в том числе функции рецепторов запаха и структуры белка . [ необходима цитата ]

Список "неуловимых" движений человека [ править ]

Люди, как и все известные объекты во Вселенной, находятся в постоянном движении; [2] : 8–9, однако, помимо очевидных движений различных внешних частей тела и передвижения , люди движутся разными способами, которые труднее воспринимать . Многие из этих «незаметных движений» можно заметить только с помощью специальных инструментов и внимательного наблюдения. Людям трудно воспринимать более крупные масштабы неощутимых движений по двум причинам: законы движения Ньютона (особенно третья), которые предотвращают ощущение движения массы, с которой связан наблюдатель, и отсутствие очевидной системы отсчета.что позволит людям легко видеть, что они движутся. [5] Меньшие масштабы этих движений слишком малы, чтобы их можно было обычным образом обнаружить человеческими чувствами .

Вселенная [ править ]

Пространство-время (ткань Вселенной) расширяется, что означает, что все во Вселенной растягивается, как резинка . Это движение наиболее неясно, поскольку это не физическое движение как таковое, а скорее изменение самой природы Вселенной. Основной источник подтверждения этого расширения был предоставлен Эдвином Хабблом, который продемонстрировал, что все галактики и далекие астрономические объекты удаляются от Земли, известный как закон Хаббла , предсказанный универсальным расширением. [6]

Галактика [ править ]

Галактика Млечный Путь движется через пространство и многие астрономы считают , что скорость этого движения, составляет приблизительно 600 километров в секунду (1340000 миль в час) относительно наблюдаемых местоположений других соседних галактик. Еще одна система отсчета - это космический микроволновый фон . Эта система отсчета показывает, что Млечный Путь движется со скоростью около 582 километров в секунду (1 300 000 миль в час). [7] [ неудачная проверка ]

Солнце и солнечная система [ править ]

Млечный Путь вращающийся вокруг своей плотной галактический центр , таким образом, солнце движется по кругу в пределах галактики «s силы тяжести . Вдали от центральной выпуклости или внешнего края типичная скорость звезды составляет от 210 до 240 километров в секунду (от 470 000 до 540 000 миль в час). [8] Все планеты и их луны движутся вместе с солнцем. Таким образом, Солнечная система движется.

Земля [ править ]

Земля вращается или вращается вокруг своей оси . Это подтверждается днем и ночью , на экваторе Земля имеет скорость на восток 0,4651 километра в секунду (1040 миль в час). [9] Земля также вращается вокруг Солнца в орбитальном обороте . Полный оборот вокруг Солнца занимает один год или около 365 дней; в среднем он развивает скорость около 30 километров в секунду (67 000 миль в час). [10]

Континенты [ править ]

Теория тектоники плит говорит нам, что континенты дрейфуют под действием конвекционных токов внутри мантии, заставляя их перемещаться по поверхности планеты с медленной скоростью примерно 2,54 сантиметра (1 дюйм) в год. [11] [12] Однако скорости движения пластин сильно различаются. Самыми быстро движущимися плитами являются океанические плиты, при этом Кокосовая плита продвигается со скоростью 75 миллиметров (3,0 дюйма) в год [13], а Тихоокеанская плита перемещается на 52–69 миллиметров (2,0–2,7 дюйма) в год. С другой стороны, самая медленная плита - Евразийская плита., прогрессирующая со средней скоростью около 21 миллиметра (0,83 дюйма) в год.

Внутреннее тело [ править ]

Человеческое сердце постоянно сокращается, чтобы кровь перемещалась по телу. Было обнаружено, что через более крупные вены и артерии в теле кровь движется со скоростью примерно 0,33 м / с. Хотя существуют значительные различия, и пиковые потоки в полых венах были обнаружены между 0,1 и 0,45 метра в секунду (0,33 и 1,48 фута / с). [14] кроме того, движутся гладкие мышцы полых внутренних органов . Самым известным из них является перистальтика, при которой переваренная пища продвигается по пищеварительному тракту.. Хотя разные продукты проходят через тело с разной скоростью, средняя скорость в тонком кишечнике человека составляет 3,48 километра в час (2,16 миль в час). [15] человек лимфатической системы также постоянно вызывает движение избыточных жидкостей , липидов и иммунной системы , связанных продуктов по всему телу. Было обнаружено, что лимфатическая жидкость движется через лимфатический капилляр кожи со скоростью примерно 0,0000097 м / с. [16]

Ячейки [ править ]

В клетках этого человеческого тела есть много структур , которые перемещаются по всем их. Цитоплазматические потоковый путь , которые клетки перемещаются молекулярными веществами по всей цитоплазме , [17] Различные моторные белки работают как молекулярные моторы в пределах сот и двигаться вдоль поверхности различных клеточных субстратов , таких как микротрубочки , и моторные белки , как правило , питания от гидролиза из аденозинтрифосфат (АТФ) и преобразование химической энергии в механическую работу. [18] везикулыдвижимые моторными белками, как было установлено, имеют скорость приблизительно 0,00000152 м / с. [19]

Частицы [ править ]

В соответствии с законами термодинамики , все частицы из вещества находятся в постоянном хаотическом движении, пока температура выше абсолютного нуля . Таким образом, молекулы и атомы, составляющие человеческое тело, колеблются, сталкиваются и движутся. Это движение можно определить по температуре; более высокие температуры, которые представляют большую кинетическую энергию в частицах, кажутся теплыми для людей, которые ощущают тепловую энергию, передаваемую от объекта, которого касаются, к их нервам. Точно так же, когда прикасаются к предметам с более низкой температурой, чувства воспринимают передачу тепла от тела как ощущение холода. [20]

Субатомные частицы [ править ]

Внутри каждого атома электроны существуют в области вокруг ядра. Эта область называется электронным облаком . Согласно модели атома Бора , электроны имеют высокую скорость , и чем больше ядро, по которому они вращаются, тем быстрее им нужно двигаться. Если электроны «двигаются» вокруг электронного облака по строгим траекториям, как планеты вращаются вокруг Солнца, то электроны должны будут делать это со скоростью, намного превышающей скорость света. Однако нет причин, по которым человек должен ограничивать себя этой строгой концептуализацией, что электроны движутся по траекториям так же, как и макроскопические объекты. Скорее, можно представить электроны как «частицы», которые прихотливо существуют в пределах электронного облака.[21] Внутри атомное ядро , что протоны и нейтроны , которыевероятнотакже передвигаться изза электрическое отталкивание протонов и наличие углового момента оба частиц. [22]

Свет [ править ]

Свет движется со скоростью 299 792 458 м / с, или 299 792,458 километров в секунду (186 282,397 миль / с), в вакууме. Скорость света в вакууме (или c ) также является скоростью всех безмассовых частиц и связанных полей в вакууме, и это верхний предел скорости, с которой могут перемещаться энергия, материя, информация или причинно-следственная связь . Таким образом, скорость света в вакууме - это верхний предел скорости для всех физических систем.

Кроме того, скорость света - неизменная величина: она имеет одно и то же значение независимо от положения или скорости наблюдателя. Это свойство делает скорость света c естественной единицей измерения скорости и фундаментальной постоянной природы.

Типы движения [ править ]

  • Простое гармоническое движение - (например, маятника ).
  • Линейное движение - движение , которое следует по прямому линейному пути, и чье смещение точно такие же , как и ее траектория . [Также известно как прямолинейное движение
  • Взаимное движение
  • Броуновское движение (т.е. случайное движение частиц)
  • Круговое движение (например, орбиты планет)
  • Вращательное движение - движение относительно неподвижной точки. (например, колесо обозрения ).
  • Криволинейное движение - это движение по изогнутой траектории, которая может быть плоской или трехмерной.
  • Вращательное движение
  • Катящееся движение - (как колеса велосипеда)
  • Колебательный - (раскачивается из стороны в сторону)
  • Вибрационное движение
  • Комбинированные (или одновременные) движения - Комбинация двух или более движений, перечисленных выше.
  • Движение снаряда - равномерное горизонтальное движение + вертикальное ускоренное движение

Основные движения [ править ]

  • Линейное движение
  • Круговое движение
  • Колебание
  • Волна
  • Импульс
  • Относительное движение
  • Фундаментальные движения

См. Также [ править ]

  • Кинематика
  • Простые машины
  • Кинематическая цепь
  • Мощность
  • Машина
  • Движение (геометрия)
  • Захвата движения
  • Смещение
  • Переводное движение

Ссылки [ править ]

  1. ^ Wahlin, Lars (1997). «9.1 Относительное и абсолютное движение» (PDF) . Беспроигрышная вселенная . Боулдер, Колорадо: Coultron Research. С. 121–129. ISBN 978-0-933407-03-9. Проверено 25 января 2013 года .
  2. ^ a b Тайсон, Нил де Грасс; Чарльз Цун-Чу Лю ; Роберт Ирион (2000). Единая Вселенная: дома в космосе . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы . ISBN 978-0-309-06488-0.
  3. ^ «Аксиомы или законы движения» Ньютона можно найти в « Началах » на стр. 19 тома 1 перевода 1729 года .
  4. ^ Фейнман, Ричард П. (Ричард Филлипс), 1918-1988. (1989). Лекции Фейнмана по физике . Лейтон, Роберт Б., Сэндс, Мэтью Л. (Мэтью Линзи). Редвуд-Сити, Калифорния: Аддисон-Уэсли. ISBN 978-0-201-51003-4. OCLC  19455482 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Сафкан, Ясар. «Вопрос: Если термин« абсолютное движение »не имеет значения, тогда почему мы говорим, что Земля движется вокруг Солнца, а не наоборот?» . Спросите у экспертов . PhysLink.com . Проверено 25 января 2014 года .
  6. ^ Хаббл, Эдвин (1929-03-15). «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей» . Труды Национальной академии наук . 15 (3): 168–173. Bibcode : 1929PNAS ... 15..168H . DOI : 10.1073 / pnas.15.3.168 . PMC 522427 . PMID 16577160 .  
  7. ^ Когут, А .; Lineweaver, C .; Smoot, GF; Bennett, CL; Banday, A .; Боггесс, Северо-Запад; Cheng, ES; de Amici, G .; Fixsen, DJ; Hinshaw, G .; Джексон, Полицейский; Janssen, M .; Keegstra, P .; Loewenstein, K .; Любин, П .; Mather, JC; Tenorio, L .; Weiss, R .; Wilkinson, DT; Райт, Э.Л. (1993). «Дипольная анизотропия в дифференциальных микроволновых радиометрах COBE на карте звездного неба первого года». Астрофизический журнал . 419 : 1. arXiv : astro-ph / 9312056 . Bibcode : 1993ApJ ... 419 .... 1K . DOI : 10.1086 / 173453 .
  8. Имамура, Джим (10 августа 2006 г.). «Масса галактики Млечный Путь» . Университет Орегона . Архивировано из оригинала на 2007-03-01 . Проверено 10 мая 2007 .
  9. Спросите астрофизика . Центр космических полетов НАСА Гудард.
  10. Уильямс, Дэвид Р. (1 сентября 2004 г.). "Факты о Земле" . НАСА . Проверено 17 марта 2007 .
  11. ^ Персонал. «Временной ряд GPS» . Лаборатория реактивного движения НАСА . Проверено 2 апреля 2007 .
  12. ^ Хуан, Чжэнь Шао (2001). Гленн Элерт (ред.). «Скорость континентальных плит» . Сборник фактов по физике . Проверено 20 июня 2020 .
  13. ^ Мешеде, М .; Удо Баркхаузен, У. (20 ноября 2000 г.). "Эволюция тектонических плит Центра распространения Кокосово-Наска" . Труды программы морского бурения . Техасский университет A&M . Проверено 2 апреля 2007 .
  14. ^ Wexler, L .; Д.Х. Бергель; IT Гейб; Макин Г.С. CJ Mills (1 сентября 1968 г.). «Скорость кровотока в нормальных полых венах человека» . Циркуляционные исследования . 23 (3): 349–359. DOI : 10.1161 / 01.RES.23.3.349 . PMID 5676450 . 
  15. Перейти ↑ Bowen, R (27 мая 2006 г.). «Желудочно-кишечный транзит: сколько времени это займет?» . Патофизиология пищеварительной системы . Государственный университет Колорадо . Проверено 25 января 2014 года .
  16. ^ М. Фишер; UK Franzeck; И. Херриг; У. Костанцо; С. Вен; М. Шиссер; У. Хоффманн; А. Боллинджер (1 января 1996 г.). «Скорость потока отдельных лимфатических капилляров в коже человека». Am J Physiol Heart Circ Physiol . 270 (1): H358 – H363. DOI : 10.1152 / ajpheart.1996.270.1.H358 . PMID 8769772 . 
  17. ^ «Цитоплазматический поток - биология» . Encyclopdia Britannica .
  18. ^ "Двигатели микротрубочек" . rpi.edu . Архивировано из оригинала на 2007-11-30.
  19. ^ Хилл, Дэвид; Хольцварт, Джордж; Бонин, Кейт (2002). «Скорость и силы сопротивления на пузырьках, управляемых моторным белком в клетках». Тезисы заседаний Юго-Восточной секции APS . 69 : EA.002. Bibcode : 2002APS..SES.EA002H .
  20. ^ Температура и BEC. Архивировано 10 ноября 2007 г. на Wayback Machine Physics 2000: Физический факультет Университета штата Колорадо.
  21. ^ «Классные ресурсы» . anl.gov . Аргоннская национальная лаборатория.
  22. ^ Глава 2 Ядерный руководство на науку к стене диаграмме ядерной науки. Национальная лаборатория Беркли.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с движением на Викискладе?