מכניקה – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
אין תקציר עריכה |
מכניקה, ענף הפיסיקה שעניינו בתיאור תנועתם של גופים (קינמטיקה), בקשר בין תנועה זו לבין הכוחות הפועלים על הגוף (דינמיקה) ובמצבי שיווי משקל (סטטי |
||
שורה 7:
----------------------
בעת העתיקה גילה ארכימדס תגליות חשובות בתחום הסטטיקה (כגון עקרון המנוף ) וההידרוסטטיקה . החוקים
גליליאו היה הדמות המרכזית במעבר למכניקה הקלסית. עיקר תרומתו היה בתחום הקינמטיקה - תיאור התנועה במרחב דו-ממדי ותלת-ממדי, שימוש בציר הזמן , הגדרת המהירות והתאוצה , תיאור הנפילה החופשית והתנועה הפרבולית סמוך לפני הארץ, ותנועת המטוטלת. השג חשוב שלו היה ניסוחו של עקרון ההתמד - גוף יתמיד במהירות קבועה (שיכולה להיות אפסית) גם בהיפסק הכוחות החיצוניים הפועלים עליו (בניגוד לדעת אריסטו). אולם חשיבתו של גליליאו הוגבלה מחמת שני אילוצים חשובים: לא היו בידיו מכשירי מדידה מדויקים, ולא היה לאל ידו להעניק ניסוח מתמטי לכללים שזיהה.
המכניקה הניוטונית
-----------------
ניסוחם המושלם של חוקי המכניקה הקלסית נעשה בידי ניוטון ופורסם בספרו "העקרונות" ב-1687. לאחר שקבע כנקודת מוצא כי הכוחות הפועלים על גוף ניתנים להצגה כמותית (מתמטית), העמיד ניוטון את המכניקה על שלושה חוקים:
1. חוק ההתמד הנזכר לעיל.
2. היחס בין סכום הכוחות הפועל על גוף לבין תאוצתו (קצב שינוי מהירותו) הוא מספר קבוע, הנקרא מסה . המסה היא תכונה מהותית של כל גוף חומרי.
3. כל שני גופים מפעילים זה על זה כוחות שווים בגודלם והפוכים בכיוונם.
מלבד זאת ניסח ניוטון את חוק הכבידה , הנוגע אף הוא לתכונת המסה: כל מסה מושכת אליה כל מסה אחרת, בכוח העומד ביחס ישר למכפלת שתי המסות וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהן. הכבידה היא פעולה ממרחק, שכן אין לה צורך במגע בין הגופים או בקשר פיסי אחר ביניהם.
הצלחת המכניקה הניוטונית היתה כבירה, ולא התעורר צורך כמעט בכל שינוי בה במשך יותר מ-200 שנה. ניוטון ביאר בעזרת חוקיה את תנועות כוכבי הלכת והירחים, כמו גם את תנועותיהם של גופים על פני כדור הארץ, ותופעות טבע שונות כמו הגאות והשפל . פריצת הדרך החשובה ביותר שלו היתה האחדת חוקי הטבע: בניגוד לדעת אריסטו (ששלטה במחשבה המדעית עד לימי גליליאו וניוטון) כאילו יש חוקים שונים לתופעות ארציות ושמיימיות, ניוטון קבע כי חוקים אחידים מושלים בכל התופעות.
חוקי ניוטון מנוסחים לגופים נקודתיים, אך אפשר לישמם גם לגופים בעלי נפח (מוצקים, נוזלים וגזים), אם רואים את החומר שבהם כמורכב מרצף של גופים נקודתיים. כך אפשר לגזור מן המכניקה הניוטונית את חוקי האלסטיות וההידרודינמיקה , לצד תנועת הגוף הקשיח. כל אלה הביאו להתחזקות ההשקפה המכניסטית, שלפיה אפשר להסביר כל תופעה גשמית עפ"י חוקי המכניקה
דטרמיניזם
---------
חוקי ניוטון קובעים קביעה חד-משמעית את התפתחותה של כל מערכת שהיא. קביעת המקום, המהירות והכיוון של כל אחד ממרכיבי המערכת ברגע מסוים (המצב ההתחלתי) מאפשרת לדעת את גורלה של המערכת מכאן ואילך. רעיון זה אומץ בתקופת ההשכלה ואף הורחב אל מעבר לתחומי המכניקה. הדטרמיניזם הדתי והפילוסופי שאב עידוד רב מן הדטרמיניזם של המכניקה נוסח ניוטון.
במכניקה הניוטונית נודע למרחב ולזמן תפקיד פסיבי - הם מהווים מסגרת מוחלטת למערכת. הגופים נמצאים במרחב והאירועים מתרחשים בזמן, אך אינם משפיעים על מבנה המרחב או הזמן . כבר בימיו של ניוטון היו ערעורים על השקפה זו, אך יוקרתו הרבה בלמה לזמן רב את המחשבה על יחסות המרחב ו/או הזמן.
המכניקה הבתר-ניוטונית
---------------------
התפתחות המכניקה במאה ה-18 וה-19 התנהלה בשני כיוונים חשובים. הראשון היה מתן יישומים וניסוחים מחודשים לתורה הניוטונית. המכניקה יושמה לנוזלים ולמוצקים בקלות יחסית, אך נתקלה בקשיים כאשר ניסו ליישמה לגזים. לבסוף, כדי לתאר מערכות שבהן פועל מספר עצום של גופים (מולקולות), פותחה המכניקה הסטטיסטית (במיוחד בידי מקסוול ובולצמן ).
הכיוון השני היה פיתוח ניסוחים חלופיים לניסוחיו של ניוטון . בתחום זה הירבו לפעול לייבניץ , יוהן ודניאל ברנולי , אוילר , ד'אלנבר , לגרנז' והמילטון . כל אלה עמדו בהדרגה על כך שהמכניקה הניוטונית מתקשה בהסברתם של כמה מושגים ותופעות בטבע, ולקראת המאה ה-20 התערערו כמה מעקרונות המכניקה הניוטונית במידה כזו שהיה ברור הצורך בראייתה כמקרה פרטי של מכניקה רחבה יותר.
ב-1905 פרסם אלברט איינשטיין את תורת היחסות הפרטית, הממזגת את מושגי המרחב והזמן ואת מושגי המסה והאנרגיה. זעזוע קשה עוד יותר פגע במכניקה הניוטונית כשפרסם איינשטיין ב-1916 את תורת היחסות הכללית, שייחסה את מבנה המרחב-זמן להתפלגות המסה-אנרגיה בו. מעתה, תופעת הכבידה אינה מוצגת עוד כ"מהותית", אלא כתנועה במרחב עקום.
אי-יכולתה של המכניקה הניוטונית להסביר את התנהגות האלקטרון באטום הביא ב-1924-1925 לניסוחן של שתי תיאוריות חדשות: מכניקת המטריצות (הייזנברג ) ומכניקת הגלים (שרדינגר ), שמהן התפתחה מכניקת הקוונטים . במכניקה זו אין דטרמיניזם במובן הניוטוני, משום שאין אפשרות לדעת בוודאות את מהירותו, כיוונו ומקומו של גוף ברגע מסוים, וממילא אי-אפשר לדעת בוודאות כיצד עתידה מערכת להתפתח. על מקום הדטרמיניזם בא תיאור סטטיסטי של דרכי ההתפתחות האפשריות של המערכת, שלכל אחת מהן צמודה הסתברות כלשהי.
עם זאת, מכניקת הקוונטים מזה ותורות היחסות מזה סוטות מן התוצאות שמספקת המכניקה הניוטונית רק בתנאים קיצוניים - ממדים זעירים ביותר, או כבידה חזקה ביותר, או מהירות גבוהה ביותר. בתנאים הידועים לנו מחיי היומיום, עדיין יפה כוחם של עקרונות ניוטון
| |||