Le mouvement est sa cause et sa direction. La dynamique est une branche de la mécanique qui étudie les raisons du mouvement des corps

Il n'y a pas de mouvement, dit le sage.
L'autre se tut et se mit à marcher devant lui.
Il n'aurait pas pu argumenter plus fortement ;
Loué par tous, la réponse est alambiquée.
Mais, messieurs, cette drôle de cas
Un autre exemple me rappelle :
Après tout, chaque jour le soleil se couche devant nous,
Cependant, l'obstiné Galilée a raison.
A.S. Pouchkine

Qu'est-ce qu'un mouvement mécanique ? Que signifie la relativité du mouvement mécanique ? Quelles sont les caractéristiques du mouvement mécanique ? Quelle est la cause du mouvement mécanique ? Quel était le vrai « Galilée têtu » ?

Leçon-conférence

RELATIVITÉ DU MOUVEMENT MÉCANIQUE... Le mouvement en tant que changement de la position d'un corps dans l'espace par rapport à d'autres corps au cours du temps est appelé mouvement mécanique... Le corps, par rapport auquel le mouvement est considéré, le système de coordonnées associé et l'horloge de mesure du temps forment cadre de réference.

Galilée a créé le personnage relativité du mouvement... Depuis les temps anciens, les gens se sont intéressés à la question de savoir s'il existe un cadre de référence absolument reposant. L'ancien philosophe Ptolémée croyait que notre Terre est un tel système et que le reste des corps célestes et d'autres objets se déplacent par rapport à la Terre. La figure 61, a montre un diagramme du mouvement des corps célestes selon Ptolémée.

Riz. 61. Système de mouvement planétaire : d'après Ptolémée (a) ; d'après Copernic (b, représentations modernes)

Copernic a proposé de décrire le mouvement des planètes dans un référentiel différent, où le Soleil est stationnaire. Le schéma du mouvement planétaire dans ce cas ressemble à celui de la figure 61, b.

Au temps de Galilée, le débat sur la description correcte du mouvement des planètes était sérieux. Mais en raison de la relativité du mouvement, les deux descriptions peuvent être considérées comme équivalentes, elles correspondent simplement à la description de mouvements dans des référentiels différents. Le Soleil, avec d'autres étoiles, se déplace autour du centre de la Galaxie. La galaxie, comme les autres galaxies observées par les astronomes, est également en mouvement. Quelque chose qui pourrait être considéré comme absolument immobile dans l'univers n'a pas été trouvé.

Alors, qu'est-ce que le « Têtu Galilée » n'est-ce pas ? À première vue, il peut sembler que le modèle de trafic copernicien est plus simple que le modèle de Ptolémée. Mais cette simplicité est apparente. Pour observer le mouvement des planètes autour du Soleil, nous devons nous éloigner du système solaire à une distance considérable, ce que nous ne pouvons pas faire même à l'heure actuelle. Nous observons le mouvement, étant sur notre planète, et nous observons, comme l'a écrit Pouchkine, que "le soleil marche devant nous". Peut-être que Galilée n'aurait pas dû être têtu ? Il s'avère que ce n'est pas tout à fait vrai. Les descriptions de mouvement dans différents cadres de référence (Ptolémée et Copernic) sont équivalentes alors que nous étudions cinématique mouvement, c'est-à-dire que nous ne considérons pas les causes du mouvement.

Le mouvement mécanique est de nature relative, c'est-à-dire que le mouvement se produit toujours par rapport à un certain cadre de référence. Dans une description cinématique du mouvement, tous les référentiels sont équivalents.

CARACTÉRISTIQUES DE MOUVEMENT... Jusqu'à présent, nous n'avons parlé que d'une description qualitative du mouvement. Mais dans les sciences naturelles, il est important de pouvoir décrire quantitativement les processus. D'une manière générale, ce n'est pas si facile à faire. Essayez de décrire le mouvement de l'oiseau en vol. Mais si les détails individuels ne vous intéressent pas, vous pouvez simuler le mouvement d'un oiseau comme le mouvement d'un petit objet. En physique, pour désigner un tel objet, le concept est utilisé point matériel.

Le mouvement d'un point matériel est décrit de la manière la plus simple. Cela se produit à l'aide de l'introduction systèmes de coordonnées... Lorsqu'un point matériel se déplace, ses coordonnées changent.

Une caractéristique importante du mouvement d'un point matériel est trajectoire de mouvement... Une trajectoire est une ligne imaginaire dans l'espace le long de laquelle se déplace un point matériel. Cependant, parfois, la trajectoire peut être vue. Par exemple, les balles traçantes laissent une ligne lumineuse dans l'obscurité. Un autre exemple est la traînée d'une "étoile filante" (météore) dans l'atmosphère. Nous pouvons voir les trajectoires des étoiles dans la sphère céleste si nous prenons une photographie de la sphère céleste, en ouvrant longuement l'objectif de la caméra (Fig. 62).

Riz. 62. Photos : pluie de météorites (a) ; mouvement des étoiles, capturé avec une longue exposition (b)

Rappelons que la caractéristique du mouvement, qui montre comment les coordonnées changent avec le temps, s'appelle la vitesse. Un mouvement dans lequel la vitesse reste constante en amplitude et en direction est appelé mouvement uniforme. Le changement de vitesse est appelé accélération. Un point matériel se déplace avec accélération si la vitesse change en valeur numérique, en direction, ou simultanément en valeur et en direction.

Jusqu'à présent, nous avons parlé du mouvement d'un point matériel. Comment décrire le mouvement d'objets plus complexes ? Pour ce faire, vous devez diviser mentalement l'objet en points séparés et décrire le mouvement de chaque point. Dans le cas le plus simple, par exemple, lorsqu'un ballon de football ou la Terre se déplace autour du Soleil, un tel mouvement peut être représenté par un mouvement de translation plus une rotation. Dans un cas plus complexe, par exemple, lorsqu'un oiseau vole, le mouvement de chaque point devra être décrit séparément. C'est exactement ce que font les programmes informatiques qui animent les mouvements d'un personnage sur un écran de contrôle.

MOTIFS DU MOUVEMENT... La section de mécanique qui décrit les raisons du changement dans le mouvement des corps s'appelle dynamique... Le développement historique de la dynamique a suivi un chemin difficile.

L'ancien philosophe grec Aristote croyait que pour le mouvement uniforme du corps, il était nécessaire d'exercer une force sur lui. Galilée, après avoir fait une série d'expériences, est arrivé à la conclusion que le corps se déplace uniformément dans le cas où il n'interagit pas avec d'autres corps. Le fait que ce ne soit pas tout à fait vrai, vous pouvez être convaincu de l'expérience la plus simple (au moins mentale). Imaginez que dans une rame de métro, il y ait une boule au milieu d'un wagon vide. Qu'arrivera-t-il à la balle lorsque la voiture commencera à bouger ? Sans l'action de forces supplémentaires, la balle commencera à se déplacer avec accélération. Pour clarifier la formulation de Galilée, Newton a introduit le concept référentiel inertiel... Un référentiel inertiel est un système dans lequel le corps, en l'absence d'interaction avec d'autres corps, est au repos ou se déplace uniformément. Dans notre exemple, la rame de métro est un référentiel non inertiel. Un tel système est tout référentiel se déplaçant avec accélération par rapport à un référentiel inertiel.

Un système de coordonnées est introduit pour décrire le mouvement d'un objet. Le mouvement le plus simple - le mouvement d'un point matériel - est décrit comme un changement de coordonnées. Pour décrire le mouvement d'objets complexes, il est nécessaire de décrire le mouvement de chaque point. dans lequel vous pouvez briser mentalement l'objet.

Il s'avère qu'à proprement parler, il n'y a pas de référentiels inertiels dans la nature. Par exemple, le bureau du professeur de votre classe tourne avec la Terre et se déplace donc avec une accélération. Cependant, dans de nombreux cas, par exemple, lors de la démonstration d'expériences scolaires, un tel cadre de référence peut être considéré comme approximativement inertiel. Mais si nous essayons de décrire le mouvement des planètes dans ce cadre de référence, alors ce sera complètement faux. Pour décrire le mouvement des planètes, un système de référence inertiel peut être approximativement considéré comme un système dont le centre est situé au centre du Soleil, et les axes sont orientés le long des étoiles. C'est pour cette raison que le mouvement des corps célestes dans le système copernicien est mieux décrit que dans le système de Ptolémée.

Ainsi, nous arrivons à la conclusion, qui est connue comme la première loi de Newton : dans le référentiel inertiel, un corps qui n'interagit pas avec d'autres corps est au repos ou se déplace uniformément.

Mais le mouvement uniforme n'est qu'un cas particulier de mouvement pratiquement irréalisable. Tous les corps que nous observons réellement se déplacent avec accélération. Les raisons du mouvement avec accélération sont formulées dans la deuxième loi de Newton, que vous connaissez également grâce à un cours de physique.

L'accélération d'un corps dans un référentiel inertiel est proportionnelle à la somme de toutes les forces agissant sur lui, et inversement proportionnelle à la masse du corps.

• Quelle est la signification de la relativité du mouvement mécanique ?
• Qu'est-ce qui provoque le mouvement des corps?
• Un homme marche le long d'un radeau se déplaçant le long de la rivière, perpendiculairement à la vitesse du radeau et à une vitesse deux fois supérieure à la vitesse du courant. Dessinez la trajectoire du mouvement de la personne par rapport au rivage.

La raison pour laquelle le corps commence à bouger est l'action d'autres corps sur ce corps. La balle ne roulera que si vous la frappez. Une personne sautera si elle se pousse du sol. Certains corps agissent à distance. Ainsi, la Terre attire tout autour, par conséquent, si vous lâchez la balle, elle commencera immédiatement à se déplacer vers le bas. La vitesse de déplacement d'un corps ne peut aussi changer que lorsque d'autres corps agissent sur ce corps. Par exemple, une balle change brusquement sa vitesse de déplacement, heurtant un mur, et un oiseau fait un virage serré, repoussant l'air avec ses ailes et sa queue.

Tous les exemples ci-dessus et bien d'autres que nous rencontrons à chaque étape indiquent qu'un corps ne peut changer de vitesse que lorsque d'autres corps agissent sur lui. Et vice versa, si aucun autre corps n'agit sur le corps, alors le corps sera au repos ou se déplacera de manière uniforme et rectiligne. Pour la première fois, G. Galileo est arrivé à cette conclusion au début du XVIIe siècle, et un siècle plus tard, I. Newton l'a appelée l'une des lois fondamentales de la mécanique.

La capacité d'un corps à maintenir sa vitesse s'appelle son inertie. Par conséquent, la loi découverte par G. Galileo et formulée par I. Newton est appelée loi d'inertie ou première loi de Newton.

La loi d'inertie n'est pas valable dans tous les référentiels. Par exemple, dans le référentiel associé à une voiture en mouvement, son conducteur se met à avancer lorsqu'il freine fortement, alors qu'aucun corps n'agit sur lui. Debout sur le disque, qui commence à tourner autour de son axe, nous sentons comment une force inconnue nous fait bouger du centre de ce disque. Evidemment, dans ces deux référentiels - une voiture freinante et un disque en rotation, la loi d'inertie n'est pas respectée.

Les référentiels dans lesquels la loi d'inertie est respectée sont appelés référentiels inertiels. Le référentiel associé à la Terre peut être considéré comme inertiel, bien que, comme vous le savez, la Terre (comme le disque dans l'un des exemples précédents) tourne autour de son axe, mais si lentement que seules des mesures très précises montrent le non-respect de la loi d'inertie dans ce référentiel.

Si le corps de référence se déplace uniformément, rectilignement et en translation par rapport au repère inertiel, alors le repère associé à ce corps est également inertiel. Prouvons-le en utilisant la règle de transformation des vitesses lors du passage d'un référentiel à un autre (voir § 2). Soit la vitesse du corps M (voir Fig. 7), mesurée dans le repère 1 égale à v 1, alors la vitesse v2 du même corps, mais mesurée dans le repère 2, se déplaçant par rapport à С 1 avec la vitesse v, est égal à :

v 2 = v 1 - v (7.1)

De (7.1) il s'ensuit que les changements des vitesses Dv 1 et Dv 2 sur l'intervalle de temps Dt devraient être les mêmes, puisque la vitesse v reste inchangée. Par conséquent, les valeurs de l'accélération du corps M, mesurées dans les deux référentiels, seront également les mêmes. En particulier, si le corps M, sur lequel d'autres corps n'agissent pas, se déplace sans accélération, c'est-à-dire uniformément, dans le repère 1, alors son mouvement par rapport au repère С2 sera également uniforme, ce qui signifie que le Le référentiel С 2 peut également être considéré comme inertiel. Ainsi, par exemple, si l'on considère la Terre comme un référentiel inertiel, alors un wagon se déplaçant uniformément, rectilignement et progressivement peut également être considéré comme un référentiel inertiel.

Questions de révision :

· Qu'étudie la dynamique ?

· Quelle est la cause de l'accélération du corps ?

· Donner une définition de l'inertie du corps et formuler la loi d'inertie.

· Quels référentiels sont appelés inertiels ?

· Donner des exemples de référentiels inertiels et ceux dans lesquels la loi d'inertie n'est pas respectée.

Riz. 7. Le référentiel C2 est inertiel, puisqu'il se déplace par rapport au référentiel inertiel C1 en translation, uniformément et rectilignement avec la vitesse v. On montre une méthode pour calculer la vitesse v2 du corps M par rapport au système C2 à partir de la vitesse connue v1 de ce corps dans le système C1.

§ 8. FORCE - MESURE D'INTERACTION DES CORPS : TYPES DE FORCES ET LEUR MESURE

Il n'est pas facile de trouver un adulte qui n'a jamais entendu de sa vie le slogan « Le mouvement, c'est la vie ».


Il existe une autre formulation de cette déclaration, qui sonne quelque peu différemment : « La vie est mouvement ». La paternité de cet aphorisme est généralement attribuée à Aristote - un ancien scientifique et penseur grec qui est considéré comme le fondateur de toute la philosophie et de la science "occidentales".

Aujourd'hui, il est difficile de dire avec une certitude absolue si le grand philosophe grec de l'Antiquité a jamais prononcé une telle phrase, et exactement comment cela sonnait dans ces temps lointains, mais, en regardant les choses avec un esprit ouvert, il faut admettre que la définition ci-dessus de le mouvement est, bien que sonore, mais assez vague et métaphorique. Essayons de comprendre ce qu'est le mouvement d'un point de vue scientifique.

Le concept de mouvement en physique

La physique donne le concept "circulation" une définition très précise et sans ambiguïté. La branche de la physique qui étudie le mouvement des corps matériels et l'interaction entre eux s'appelle la mécanique.

La partie de la mécanique qui étudie et décrit les propriétés du mouvement sans tenir compte de ses causes spécifiques est appelée cinématique. Du point de vue de la mécanique et de la cinématique, le mouvement est considéré comme un changement de la position d'un corps physique par rapport à d'autres corps physiques qui se produit au fil du temps.

Qu'est-ce que le mouvement brownien ?

Les tâches de la physique comprennent l'observation et l'étude de toute manifestation de mouvement qui se produit ou pourrait se produire dans la nature.

L'un des types de mouvement est le mouvement dit brownien, connu de la plupart des lecteurs de cet article du cours de physique de l'école. Pour ceux qui, pour une raison quelconque, n'étaient pas présents à l'étude de ce sujet ou ont eu le temps de l'oublier complètement, expliquons : le mouvement brownien est le mouvement chaotique des plus petites particules de matière.


Le mouvement brownien se produit partout où il y a de la matière dont la température dépasse le zéro absolu. Le zéro absolu est la température à laquelle le mouvement brownien des particules de matière doit s'arrêter. Sur l'échelle Celsius, que nous avons l'habitude d'utiliser au quotidien pour déterminer la température de l'air et de l'eau, la température du zéro absolu est de 273,15 °C avec un signe moins.

Les scientifiques n'ont pas encore réussi à créer les conditions qui provoquent un tel état de la matière ; de plus, il existe une opinion selon laquelle le zéro absolu est une hypothèse purement théorique, mais en pratique, il est impossible à atteindre, car il est impossible d'arrêter complètement les oscillations de la matière. particules.

Le mouvement du point de vue de la biologie

Puisque la biologie est étroitement liée à la physique et, au sens large, en est complètement inséparable, dans cet article nous considérerons le mouvement également du point de vue de la biologie. En biologie, le mouvement est considéré comme l'une des manifestations de l'activité vitale de l'organisme. De ce point de vue, le mouvement est le résultat de l'interaction de forces extérieures à un organisme donné avec les forces internes de l'organisme lui-même. En d'autres termes, les stimuli externes provoquent une certaine réaction du corps, qui se manifeste par le mouvement.

Il convient de noter que bien que les formulations du concept de "mouvement", adoptées en physique et en biologie, soient quelque peu différentes les unes des autres, dans leur essence elles n'entrent pas dans la moindre contradiction, étant simplement des définitions différentes du même concept scientifique.


Ainsi, nous sommes convaincus que le slogan, qui a été discuté au début de cet article, est tout à fait cohérent avec la définition du mouvement du point de vue de la physique, il suffit donc de répéter une fois de plus la vérité commune : le mouvement est la vie, et la vie est mouvement...

Le mouvement est un changement dans quelque chose. Déjà au niveau empirique, il est clair que la nature en tant que multitude de phénomènes naturels n'est pas quelque chose de figé et d'immuable, mais, au contraire, quelque chose qui est en mouvement constant. Le changement du jour à la nuit et des saisons, l'écoulement de l'eau dans les rivières et les précipitations, la rotation des planètes autour du Soleil et l'émergence de nouvelles étoiles - ce ne sont là que quelques-uns des faits sur la base desquels nous pouvons dire que les changements se déroulent tout le temps dans la nature.

L'affirmation du fait du changement constant de tout trouvait déjà son expression dans l'antiquité dans le célèbre dicton d'Héraclite selon lequel « tout coule comme un fleuve ». L'observation empirique nécessite une explication théorique correspondante, dont le contenu principal est la réponse aux questions suivantes : 1) Pourquoi le mouvement se produit-il ? 2) Comment les différents types de mouvements sont-ils liés ? 3) Y a-t-il une direction générale pour le changement ?

De l'Antiquité aux temps modernes, l'explication du mouvement s'est construite, d'une part, sur la base d'observations quotidiennes, et d'autre part, sur la base de prémisses anthropomorphes telles que l'idée de l'opportunité de tout et de l'idéal. comme objectivement substantielle.

En particulier, selon le même Héraclite, « tout naît en vertu du contraire. ... Le cosmos ... naît du feu et brûle à nouveau en cendres après certaines périodes de temps, alternativement pendant l'éternité totale, mais cela se produit selon le destin. L'un des opposés qui conduit à l'émergence du cosmos s'appelle guerre et conflit, et celui qui conduit à la combustion - harmonie et paix, changement - un chemin de haut en bas à travers lequel le cosmos apparaît. En s'épaississant, le feu s'humidifie et, se ralliant, devient eau ; l'eau, en se solidifiant, se transforme en terre : c'est la descente. La terre, à son tour, fond à nouveau, de l'eau en surgit et tout le reste vient de l'eau. »

Selon les conceptions physiques d'Aristote (qui conservèrent son importance jusqu'à la fin de la Renaissance), chaque corps tend à sa place, et la direction et la vitesse de déplacement de ce dernier dépendent de la matière qui le compose. Les corps "légers" (par exemple, le feu) tendent vers le haut et "lourds" (par exemple, les pierres) - vers le bas. Ayant atteint sa place "naturelle", le corps s'immobilise, par conséquent, pour qu'il puisse à nouveau bouger, un moteur est nécessaire. Tout sur Terre bouge, en fin de compte, à la suite de l'action d'un moteur cosmique, qui lui-même, étant idéal, tourne éternellement dans un cercle. La logique de ce raisonnement est la suivante : le mouvement circulaire est un symbole visible de l'infini, c'est-à-dire éternel; le premier moteur est parfait, et l'idéal est éternel ; cela signifie que l'éternel moteur idéal se déplace éternellement en cercle, comme s'il transmettait la force de son mouvement à la Terre ; le terrestre se meut aussi parce qu'il tend vers le premier moteur comme vers la perfection.

Les concepts physiques du "naturel" du repos et de la "violence" du mouvement au Moyen Âge étaient souvent utilisés dans le cadre de ce qu'on appelle. "Théologie naturelle", où ils ont essayé de construire sur leur base une preuve scientifique naturelle de l'existence de Dieu (le premier moteur est Dieu).

Dans les temps modernes, l'anthropomorphisme en physique a été surmonté et, à la suite de recherches théoriques et expérimentales, il est devenu clair que le repos n'est pas un état naturel et absolu des corps et que le mouvement n'est pas toujours violent. En particulier, selon la première loi de la mécanique newtonienne classique, le mouvement et le repos sont des états équiprobables et tout corps se déplace ou se repose éternellement jusqu'à ce qu'il rencontre l'opposition d'autres forces.

La découverte de l'interaction gravitationnelle en tant qu'attraction (loi de la gravitation universelle, XVIIe siècle) et de l'interaction électromagnétique en tant qu'attraction et répulsion (loi de Coulomb sur l'interaction des charges électriques ponctuelles, XVIIIe siècle) a contribué de manière significative à l'affirmation de l'idée générale que le mouvement est une question de propriété intrinsèque, c'est-à-dire idées que le mouvement est l'auto-mouvement de la matière. Le philosophe français Paul Henri Holbach (1723 - 1789) a exprimé cette caractéristique du XVIIIe siècle. pensé comme suit : « Ils nous demanderont : d'où cette nature a-t-elle pris son mouvement ? Nous répondrons cela d'elle-même, car elle est un grand tout, hors duquel rien ne peut exister. Nous dirons que le mouvement est un mode d'existence qui découle nécessairement de l'essence de la matière ; que la matière se meut par sa propre énergie ; qu'il doit son mouvement à ses forces inhérentes.

Selon les concepts physiques modernes, l'ensemble des mouvements observés d'objets physiques est en fait une manifestation de quatre types d'interactions fondamentales : gravitationnelle, électromagnétique, nucléaire forte et faible.

L'interaction gravitationnelle est due à la présence de masse dans les corps, et elle domine dans le mégamonde. La loi de la gravitation universelle est une expression formelle des conditions et de l'ampleur de cette interaction. L'interaction électromagnétique est due à une propriété spécifique d'un certain nombre de particules élémentaires, appelée charge électrique. Il joue un rôle de premier plan dans le macro et le micromonde jusqu'à des distances dépassant la taille des noyaux atomiques. En raison de l'interaction électromagnétique, des atomes et des molécules existent et des transformations chimiques de la matière ont lieu. Les interactions nucléaires ne se manifestent qu'à des distances comparables à la taille d'un noyau atomique. Les quatre types d'interactions fondamentales sont très différents les uns des autres (en particulier, l'interaction gravitationnelle n'est qu'une attraction, et l'interaction électromagnétique existe sous forme d'attraction et de répulsion) et sont causées par des mécanismes très différents. Néanmoins, dans le cadre de la physique théorique, se pose la question de la possibilité de construire une théorie unifiée de toutes les interactions fondamentales. De plus, à la suite d'études expérimentales sur les interactions des particules élémentaires en 1983, il a été constaté qu'à des énergies de collision élevées des particules élémentaires, les interactions faibles et électromagnétiques ne diffèrent pas et elles peuvent être considérées comme une seule interaction électrofaible.

Dans les sciences naturelles modernes, ainsi qu'en philosophie, il est d'usage de parler des niveaux d'organisation de la matière (ils distinguent les niveaux d'organisation physique, chimique, biologique), dont la classification est basée sur l'attribution des types correspondants de mouvement de la matière. En particulier, le mouvement de la matière au niveau physique de son organisation est les 4 interactions fondamentales que nous avons considérées ; mouvement au niveau chimique - la transformation des substances; sur le biologique - le métabolisme à l'intérieur d'un organisme vivant. Les niveaux nommés d'organisation de la matière représentent des formes successives de complication de cette dernière, tandis que chaque niveau suivant n'est pas séparé du précédent par une arête infranchissable, mais est le résultat de son développement naturel. En particulier, les substances organiques peuvent survenir non seulement à la suite de l'activité vitale des organismes biologiques, mais aussi sans elles - à la suite de la synthèse de substances inorganiques. En 1953, le chimiste américain S. Miller a prouvé expérimentalement la possibilité d'une synthèse abiogénique de composés organiques à partir de composés inorganiques. En faisant passer une décharge électrique à travers un mélange de composés inorganiques, il a obtenu des acides organiques.

Le problème de la direction du mouvement, compris dans un sens extrêmement général, peut être interprété comme la théorie de la mort thermique de l'Univers (régression) et comme la théorie de l'auto-organisation (progrès).

L'hypothèse de la mort thermique de l'Univers est une conséquence de la deuxième loi de la thermodynamique. L'un des premiers à exprimer cette hypothèse au milieu du XIXe siècle fut le physicien allemand Rudolf Clausius (1822 - 1888), sur la base de son interprétation de la deuxième loi de la thermodynamique. Il découle du second principe que des processus physiques dirigés et irréversibles existent au niveau macroscopique. Pour comprendre cela, considérons l'exemple suivant. Disons que nous apportons une bouilloire fraîchement bouillie dans la pièce et versons de l'eau dans un verre. Il est clair que la température de l'eau dans la bouilloire est nettement supérieure à la température ambiante. Laissez la température de l'eau être de 100 degrés et la température ambiante de 18 degrés. Que se passe-t-il ensuite ? Évidemment, l'eau se refroidira progressivement et l'air se réchauffera un peu. En fin de compte, la température de l'eau et de l'air s'égalisera et sera, disons, de 18,5 degrés, c'est-à-dire que l'équilibre thermodynamique viendra. Est-il possible que des événements se produisent dans la direction opposée, lorsque la bouilloire avec de l'eau commence à absorber la chaleur de l'air et, par conséquent, se réchauffe à nouveau et que l'air se refroidit en conséquence? Théoriquement, oui, mais la probabilité réelle est proche de zéro.

Notre monde peut être considéré comme un gigantesque système thermodynamique qui est dans un état de déséquilibre. L'énergie est concentrée principalement dans les étoiles chaudes et migre progressivement dans l'espace interstellaire beaucoup plus froid. Tous les moteurs disponibles s'avèrent efficaces, en fin de compte, en raison de l'existence du déséquilibre global spécifié. Il est donc tout à fait naturel de s'interroger sur les perspectives associées à la tendance du système global à l'équilibre thermodynamique.

Selon Clausius, l'entropie de l'univers tend vers son maximum. Il s'ensuit que dans l'Univers, en fin de compte, tous les types d'énergie devraient être convertis en énergie de mouvement thermique, qui est uniformément répartie dans toute la matière de l'Univers. Après cela, tous les processus macroscopiques s'y arrêteront ou une "mort par la chaleur" se produira.

Le système solaire, par exemple, peut être considéré comme un système thermodynamique fermé hors d'équilibre. L'énergie ici est principalement concentrée sur le Soleil. Plus de 95% de l'énergie utilisée par l'homme est l'énergie du Soleil. Évidemment, s'il cesse de nous fournir de l'énergie, et que nous utilisons toutes ses réserves, alors aucun travail ne sera possible.

Ainsi, si l'ensemble du monde environnant est réellement considéré comme un système fermé, auquel s'appliquent les conclusions de la thermodynamique classique, alors lorsque l'équilibre est atteint, il devrait s'agir d'un corps homogène avec une température, une densité de matière et un rayonnement constants, dans lequel aucun la transformation directionnelle de l'énergie sera possible.

Les principales objections à l'hypothèse de la mort thermique de l'Univers sont les suivantes : 1) L'Univers n'est pas un système isolé. 2) Pourquoi l'Univers, existant depuis un temps illimité, n'a-t-il toujours pas atteint l'état d'équilibre thermodynamique ?

Pendant longtemps, il y avait une idée que seuls les objets et les systèmes biologiques ont la capacité de s'auto-organiser. Après l'avènement des ordinateurs, des programmes d'auto-apprentissage et l'émergence de la robotique, il est devenu clair que les objets artificiels peuvent aussi évoluer. Relativement récemment, il est devenu clair que les objets de nature inanimée qui sont apparus naturellement sans la participation humaine peuvent également avoir la capacité de s'auto-organiser. En particulier, les phénomènes de formation de tourbillons stables dans les écoulements instables de liquides et de gaz sont connus en physique ; l'apparition d'un rayonnement ordonné dans les lasers ; la formation et la croissance des cristaux. En chimie - fluctuations de concentration dans la réaction de Belousov - Zhabotinsky.

La nécessité et les lois de l'auto-organisation sont étudiées par synergétique. Le terme « synergétique » a été proposé au début des années 70. XXe siècle. Physicien allemand Hermann Haken (né en 1927). Une grande contribution au développement de la théorie de l'auto-organisation a été apportée par le physicien belge et américain Ilya Prigogine (1917 - 2003). Actuellement, la synergie est un domaine interdisciplinaire de recherche scientifique, dont le sujet est les lois générales de l'auto-organisation dans les systèmes naturels et sociaux.

Pour l'émergence spontanée de structures plus ordonnées à partir de structures moins ordonnées, une combinaison des conditions suivantes est nécessaire :

Ils ne peuvent se former que dans des systèmes ouverts. Pour leur apparition, un apport d'énergie de l'extérieur est nécessaire, ce qui compense les pertes et assure l'existence d'états ordonnés;

Les structures ordonnées apparaissent dans les systèmes macroscopiques, c'est-à-dire les systèmes constitués d'un grand nombre d'atomes, de molécules, de cellules, etc. Le mouvement ordonné dans de tels systèmes est toujours de nature coopérative, car un grand nombre d'objets y sont impliqués.

Il convient de souligner que l'auto-organisation n'est associée à aucune classe particulière de substances. Il n'existe que dans des conditions internes et externes particulières du système et de l'environnement.

Considérez l'exemple le plus simple d'auto-organisation - les cellules de Benard. La structuration (c'est-à-dire l'organisation) d'un liquide initialement homogène peut être observée lors de la convection (mélange de ses couches). Soit au moment initial le liquide au repos à une certaine température constante. Ensuite, commençons à le chauffer par le bas. Au fur et à mesure que l'intensité de chauffage augmente, le phénomène de convection se produit : la couche inférieure de liquide chauffée se dilate, s'allège et a donc tendance à flotter vers le haut. Pour le remplacer, de haut en bas, une couche plus froide et plus dense descend. Au début, cela se produit sporadiquement : des courants ascendants se produisent à un endroit puis à un autre endroit et n'existent pas longtemps. C'est-à-dire que la convection est chaotique. Lorsque la différence de température entre les couches supérieure et inférieure du liquide atteint une certaine valeur critique, l'image change de manière fondamentale. Tout le volume du liquide est divisé en cellules identiques, dans chacune desquelles se produisent déjà des mouvements de convection non amortis des particules liquides le long de trajectoires fermées. Les tailles caractéristiques des cellules de Benard dans le cas d'expériences avec du liquide sont de l'ordre du millimètre (10 -3 m), tandis que l'échelle spatiale caractéristique des forces intermoléculaires se situe dans une plage beaucoup plus petite : 10 -10 m. chaque cellule de Benard contient environ 10 21 molécules. Ainsi, un grand nombre de particules peuvent présenter un comportement cohérent (cohérent).

Les cellules de Benard peuvent se former dans des conditions appropriées dans n'importe quel liquide. De telles cellules se trouvent à la surface du Soleil et existent vraisemblablement dans le manteau terrestre. De plus, selon les concepts astronomiques modernes, la partie observable de l'Univers est également constituée de structures cellulaires - des amas de galaxies.

Outre l'auto-organisation, un autre concept important de synergie est le concept de bifurcation. Le terme "bifurcation" - une fourche ou une scission en deux - dans la terminologie scientifique moderne, sert à décrire le comportement de systèmes complexes soumis à des influences et des contraintes. À un moment donné, de tels systèmes doivent faire un choix critique : suivre l'une ou l'autre branche du développement. L'exemple le plus simple d'un système situé à un point de bifurcation est l'équilibre instable d'une boule à la surface d'une sphère convexe de grand diamètre. La balle peut rouler sur la surface de la sphère dans n'importe quelle direction et pratiquement à tout moment. Dans l'exemple considéré avec les cellules de Benard, le point de bifurcation est l'occurrence aléatoire de cellules droites ou gauchers dans un fluide. Un tableau similaire est observé dans l'évolution biologique : une mutation aléatoire, qui conduira à une restructuration irréversible qualitative de l'organisme, est, dans le langage de la synergie, un point de bifurcation. Ainsi, le concept de bifurcation peut être utilisé pour décrire les changements dans une grande variété de systèmes, y compris écologiques et sociaux.

Les caractéristiques les plus importantes du point de bifurcation sont que, premièrement, son passage transfère le système à un état qualitativement nouveau, et deuxièmement, il est impossible de savoir à l'avance dans quelle direction le système se développera, c'est-à-dire que la bifurcation n'est pas sans ambiguïté déterminé.

Il faut bien comprendre que l'idée principale de la synergétique est de décrire la possibilité d'émergence spontanée (sans l'intervention de l'esprit humain) de structures ordonnées à partir du désordonné ou, selon les termes de I. Prigogine, « de l'ordre à partir du chaos » .

En effet, même dans l'Antiquité, Aristote a expliqué de manière très claire et convaincante la raison du mouvement. Il a posé une question simple : si un âne traîne une charrette en cours de route, quelle est la raison du mouvement de la charrette ? - avoir une réponse intuitive simple - la raison du mouvement de la charrette est l'action de l'âne.

Cette réponse n'a pas été remise en question jusqu'à Galilée, qui a vu l'erreur d'Aristote - la raison du mouvement rectiligne uniforme n'existe pas du tout, si le corps est mis en mouvement, alors en l'absence d'interférence le corps se déplacera indéfiniment :
... le degré de vitesse détecté par un corps est inviolable dans sa nature même, alors que les raisons de l'accélération ou de la décélération sont externes ; cela ne peut être vu que sur le plan horizontal, car en descendant un plan incliné, on observe une accélération et en montant, une décélération. Il s'ensuit que le mouvement horizontal est éternel, car s'il est uniforme, alors il n'est nullement affaibli, ne ralentit pas ou ne se détruit pas.

Cette erreur intuitive est également présente dans les cours de physique : si vous demandez aux élèves avant d'étudier ce sujet (et parfois après l'avoir étudié) « Quelle est la raison du mouvement rectiligne uniforme, par exemple une voiture sur une route rectiligne plate ? » le mouvement de la voiture dans ce cas dans le fonctionnement du moteur. Cette réponse vient du fait qu'en effet, si vous coupez le moteur, la voiture s'arrêtera très rapidement.
C'est pourquoi il est nécessaire d'expliquer en détail les lois fondamentales de la dynamique, en utilisant non seulement les formulations du manuel,
Voici, par exemple, quelles formulations des première, deuxième et troisième lois de Newton peuvent être trouvées dans les manuels :

Auteur 1 Loi de Newton 2 Loi de Newton 3 Loi de Newton
DE. Kabardin Il existe de tels référentiels par rapport auxquels les corps en mouvement de translation gardent leur vitesse constante, si d'autres corps n'agissent pas sur eux.La force agissant sur le corps est égale au produit de la masse du corps par l'accélération donnée par cette force . égale en amplitude et opposée en direction

S.V. Gromov
Grade 10 Tout corps, tant qu'il reste isolé, conserve son état de repos ou son mouvement rectiligne uniforme Si les corps environnants agissent sur une particule de masse m avec une force F, alors cette particule acquiert une telle accélération a que le produit de sa masse et l'accélération sera égale à la force agissante Les forces d'interaction de deux particules sont toujours de même amplitude et dirigées dans des directions opposées le long de la ligne droite les reliant

S.V. Gromov
8e année. Tout corps, tant qu'il reste isolé, conserve son état de repos ou son mouvement rectiligne uniforme Le produit de la masse du corps par son accélération est égal à la force avec laquelle les corps environnants agissent sur lui Les forces avec lesquelles deux corps interagissent sont toujours égales en amplitude et en sens inverse vers

I.K. Kikoin Il existe de tels référentiels, par rapport auxquels un corps en mouvement de translation maintient sa vitesse constante, si d'autres corps n'agissent pas sur lui (ou si l'action d'autres corps est compensée).

Mais aussi retour aux sources primaires :
1 loi (dans la formulation de l'auteur de Newton)
Tout corps maintient un état de repos ou un mouvement rectiligne uniforme, à moins qu'il ne soit forcé de le changer sous l'influence de forces agissantes.
Newton a écrit dans ses Éléments :
La force appliquée est l'action effectuée sur le corps afin de changer son état de repos ou son mouvement rectiligne uniforme.

La force ne se manifeste que dans l'action et après sa fin dans le corps ne reste pas. Le corps continue alors à maintenir son nouvel état en raison de la seule (force) inertie. L'origine de la force appliquée peut être différente : de l'impact, de la pression, de la force centripète.

De plus, il est nécessaire d'effectuer un certain nombre de démonstrations expériences, y compris l'expérience mentale de Galilée.
Les expériences de Galilée. Prenez un plan incliné, placez une boule sur son sommet. Si la balle roule sur un plan incliné et frappe une zone horizontale inégale, elle s'arrêtera bientôt. Si la section horizontale est plate, la balle roulera plus loin. Cela signifie que s'il n'y avait pas d'obstacles au mouvement du côté de la section horizontale, la balle se déplacerait pendant un temps infiniment long. Cela signifie que pour que le corps bouge, l'action d'un autre corps n'est pas nécessaire. Cela signifie qu'il n'y a pas de raisons pour le mouvement rectiligne uniforme.

De plus, Galilée prouve le fait qu'il n'y a aucun changement dans un corps se déplaçant uniformément et rectilignement. Il dit : aucune expérience ne peut prouver la présence d'un mouvement rectiligne uniforme ou son absence. S'il n'y a pas de changements, le mouvement rectiligne uniforme, comme le repos, est un état du corps, pas un processus.

Principales conclusions :
Il n'y a pas de raisons pour un mouvement rectiligne uniforme :

1. Si d'autres corps n'agissent pas sur le corps ou si l'action des corps est compensée, alors le corps se déplace de manière uniforme et rectiligne
2. Si le corps se déplace de manière uniforme et rectiligne, alors les autres corps n'agissent pas sur lui ou l'action des corps est compensée.
3. Si le corps est dans un état de mouvement rectiligne uniforme, alors le référentiel qui lui est associé est inertiel.
4. Les lois de la dynamique ne sont appliquées que dans les référentiels inertiels.

Un autre problème se pose lors de l'étude de la notion d'« inertie ». Ce concept est le plus simple à considérer, le mettant en opposition avec le concept d'inertie, il est donc préférable de le retenir. L'inertie et l'inertie sont des mots qui se ressemblent, mais qui ont des sens différents.
L'inertie est la propriété des corps d'empêcher un changement dans la nature de leur mouvement (vitesse).
L'inertie est un état de mouvement rectiligne uniforme ou de repos.