 |
Fizika egyszerűen |
 |
Üdvözlöm az osztályt
a tudás szentélyében.
Aki figyel és igyekszik,
gömbölyded ötösök
mennyországban fog lubickolni.
Aki azonban enged
a tudatlanság csábításának,
hegyes egyesek
poklában fog fetrengeni.
A KINEMATIKA/mozgástan kizárólagosan a testek mozgására szorítkozik:
- létezik a TÉR és az IDŐ
- benne léteznek az OBJEKTUMok/testek, melyeknek van:
a) HELYZETe (helykoordináta a vonatkoztatási rendszerünkben)
b) SEBESSÉGe (helykoordináta megváltoztatása egységnyi időben a vonatkoztatási rendszerünkben)
c) és GYORSULÁSa (sebesség megváltoztatása egységnyi időben a vonatkoztatási rendszerünkben, ...vonatkoztatási rendszer azért, mert abszolút tér és idő nem létezik, habár mindennapi tapasztalatunk egy földhözragadt preferált vonatkoztatási rendszert sugall: ez Aristoteles szemlélete, melyet az egyház átvett és kétezer év kellett ahhoz, hogy Galilei megkérdőjelezze)
A DINAMIKA/erőtan a testek kölcsönhatását elemzi, kimondja hogy:
- önmaguktól a testek maradnak úgy ahogy vannak, ez a tehetetlenség elve,
- csak akkor változtatnak állapotukon, ha egy másik test HATÁSt gyakorol rájuk,
- a hatás kölcsönös, tehát KÖLCSÖNHATÁS, éspedig olymód, hogy a két hatás ellentétes egymással, és amennyiben egy hatásleltárt csinálunk azt láthatjuk, hogy kölcsönösen kioltják egymást (tehát a két kölcsönható testből álló zárt rendszer összesített állapota marad úgy ahogy volt, a tehetetlenség elve lényegében itt is érvényes)
Látjuk, hogy a világ leírásához nem elég az idő és a tér négy dimenziója és benne a (mozgó) geometriai/anyagtalan testek, azonban további négy dimenzió, az ENERGIA (anyag azaz tömeg, E = m*c2 ) és IMPULZUS (mozgásmennyiség = tömeg és sebesség szorzata, I = m*v ) bevezetésével képesek vagyunk a világ jelenségeinek, működésének teljeskörű leírására. Mielőtt ezt azonban megtesszük, vegyük górcső alá a szimmetra fogalmát:
Szimmetria az építészetben:
Szimmetria a természetben:
Bármennyire is hihetetlenül hangzik, a fenti csodálatos szimmetriákból fakad Newton három törvénye is (!!), mely összefüggést 1915-ben Emmy Noether német matematikus-hölgy bizonyította be. Az energia- és impulzusmegmaradás levezethető abból a kézenfekvő szimmetriából, hogy a fizikai törvények nem függnek attól, hol vesszük fel az időskálánk és koordináta-rendszerünk kezdőpontját, az impulzusmomentum megmaradása pedig a koordináta-rendszerünk tetszőleges elforgathatóságának következménye.
A tér-idő szimmetriából (a világűr bármely pontjára ráfoghatjuk, hogy az a világ közepe, és bármilyen gyorsan mozgó vonatkoztatási rendszerre ráfoghatjuk, hogy valóban ő van nyugalomban) és az anyag létezésének feltételezéséből (megtapasztaltuk, hogy a testek tehetetlenek, aminek mértéke az anyag mennyisége, azaz a test tömege) következik, hogy:
- az ANYAG MEGMARAD (az energia nem vész el, csak átalakul, a tömeg/energia az anyag időbeli vetülete), és
- a test IMPULZUSA SEM VÁLTOZIK önmagától (az impulzus/mozgásmennyiség az anyag térbeli vetülete)
Az IMPULZUSMEGMARADÁS törvénye az az alapelv, mely magába foglalja Newton három törvényét:
- az INERCIA (tehetetlenség) törvénye az impulzusmegmaradás következménye, tömeg a mértéke,
- az ERŐHATÁS az impulzus/mozgásmennyiség egységnyi időben történő megváltozásának mértéke F = ΔI/Δt ("Δ" a változás jele),
- a HATÁS-ELLENHATÁS a két kölcsönható test együttes impulzusának megmaradásán alapul ΔI1 + ΔI2 = 0, tehát dΔI1 = -ΔI2 .
Vegyük észre, hogy Newton törvényei (1680-as évek) az impulzusmegmaradás elvére épülnek (és fordítva: Newton törvényei az impulzusmegmaradást sugallják):
- száz év kellett ahhoz, hogy megfogalmazzák a tömegmegmaradás törvényét (Lomonoszov-Lavoisier-törvény 1780-as évek),
- az energiamegmaradás törvényét hatvan évre rá fogalmazták meg (Joule, Carnot, Clapeyron és Helmholtz munkássága 1840-es évek),
- további hatvan évre rá 1905-ben Albert Einstein speciális relativitáselméletében megfogalmazta az energia és tömeg ekvivaleciáját: E = m*c2 , valamint a négyesimpulzus, azaz a nyugalmi tömeg megmaradásának elvét (megfogalmazva az energia és impulzus kapcsolatát a négyesimpulzus és nyugalmi tömeg összefüggésében),
- majd tíz évre rá 1915-ben Emmy Noether a tér-idő transzlációs szimmetriájához köti az impulzus- és energiamegmaradás törvényét.
A következő állításokat fogalmazhatjuk meg továbbá az impulzus vonatkoztatásában:
- ugyanaz az erőhatás ugyanakkora impulzusváltozást idéz elő bármely testen, függetlenül annak tömegétől ( F*Δt = m * Δv = m * Δv)
- zárt rendszer összimpulzusa változatlan marad az idő folyamán I1 + I2 + I3 + I4 + ... + In = const
|
|
|
|
|