Fundamentele filosofice ale mecanicii
2.1.Conceptul de spatiu si conceptul de timp
Problema spatiului si timpului a preocupat din vechime gandirea omului.
Aceasta chestiune are mai degraba un aspect filosofic, astfel incat de aceasta s-au ocupat mai degraba filosofii decat fizicienii (aici evident facem o distinctie intre fizica si filosofie- distinctie care nu a aparut in stiinta decat relativ tarziu. In consecinta, urmatoarele cateva consideratii pe care le vom face aici tin (mai mult) de filosofie decat de fizica propriu-zisa, sau, mai degraba, atat de fizica cat si de filosofie).
Substanta, materia exista independent de constiinta noastra.
Caracteristica esentiala a materiei este miscarea (inteleasa , in primul rand, ca evolutie, transformare si abea intr-o aproximatie secundara ca miscare, deplasare mecanica).
Miscarea materiei inseamna modificarea formei, a marimii, a pozitiei, a duratei, compozitiei sau succesiunii.
Miscarea materiei se produce in permanenta si ea este evidentiata prin raportare la repere spatiale si temporale.
Toate fenomenele si procesele care au loc in natura se produc intr-un "mediu" care consta din ceea ce numim indeobste spatiu si timp.
Potrivit cu teoriile fizice actuale, spatiul nu poate fi separat de timp, ele coexista si interactioneaza in permanenta. Determinarea oricarui fapt, intamplari din natura, stare, fenomen, proces se poate face printr-o raportare la repere considerate fixe. In "lumea" noastra aceasta raportare se face fata de trei repere zise "spatiale" (sau geometrice) si un al patrulea reper, zis "temporal". Cu alte cuvinte, orice determinare a unui eveniment din lumea noastra se poate face complet numai efectuand patru masuratori : trei geometrice, spatiale si o a patra, temporala.
La nivelul pe care in detinem referitor la cunostintele noastre, spatiul in care evolueaza lumea noastra este un spatiu geometric tridimensional - adica un spatiu cu trei dimensiuni, caracterizat prin asa numitele coordonate spatiale. Aceasta nu inseamna ca nu ar putea fi si un numar mai mare de dimesiuni ale spatiului nostru, dar, cel putin pentru moment, noi nu constientizam decat trei dintre acestea.
In lumea noastra, spatiul este omogern si izotrop - adica nu prezinta puncte privilegiate (toate punctele din spatiu se bucura de aceleasi proprietati, fara deosebire) si izotrop (toate directiile din spatiu au aceleasi proprietati, fara deosebire).
Coordonata temporala (timpul) este obtinuta printr-o singura masuratoare pentru ca timpul este, pina la nivelul cunostintelor noastre, unidimensional , absolut si uniform. El curge intr-o singura directie , este omniprezent si curge cu aceeasi viteza.
Curgerea timpului se face dinspre un domeniu temporal pe care il denumim trecut catre un domeniu temporal pe care il denumim viitor. Acesta caracteristica a timpului este dictata de asa numitul determinism cauzal. Acesta impune ca succesiunea intre evenimente sa fie una cauza-efect.
Cauza este anterioara efectului si efectul este posterior cauzei..
Caracterul absolut al timpului inseamna ca timpul este omniprezent si nu se poate produce nici un eveniment in afara timpului.
Caracterul de uniformitate al timpului arata ca timpul se scurge cu aceeasi viteza pentru toate sistemele.
Vom vedea ca unele dintre consideratiile de mai sus facute asupra spatiului si timpului sufera unele modificari (chiar importante!) in cadrul teoriei relativitatii introdusa de Einstein.
2.2 Elemente sumare asupra proprietatilor spatiului si timpului din perspectiva relativista
Cu toate ca in cadrul acestei tratari este rezervat un intreg capitol teoriei relativiste unele consideratii relativ la spatiu si timp vor fi facute aici, in cele ce urmeaza, pentru a completa imaginea pe care ne-o facem despre aceste categorii filosofice care sunt spatiul si timpul.
Elementul fundamental nou cu care vine teoria relativitatii, fata de principiile imuabile ale fizicii clasice, este cel a interdependentei care exista intre spatiu si timp. Potrivit teoriei moderne a relativitatii (generalizate) nu se poate face o separare intre spatiu si timp. Cu alte cuvinte, acestea sunt interdependente si evolueaza intr-o corelare stansa si inseparabila..
Avem de-a face cu un spatiu cu patru coordonate in care acestea nu au aceleasi dimensiuni. Acest fapt conduce la concluzia ca dintr-o perspectiva relativista, nu mai exista omogenitate a spatiului cuadridimensional (cu patru dimensiuni) si nici izotropie.
Nici punctele din acest spatiu si nici directiile nu mai sunt echivalente. Ca urmare se produc modificari importante in comportarea lungimilor geometrice, dar si a celor temporale sau care se refera la masura masei si chiar, prin aceasta, a energiei. Vom vedea la timpul corespunzator ca aceste modificari se refera la asa numitele:
contractie a lungimilor,
dilatare a timpului precum si la
echivalenta dintre masa si energie.
Intr-o forma mai evoluata a relativitatii - sub forma ei generalizata - vom putea vorbi despre principii noi: principiul covariantei generale (legile fizicii se exprima prin aceeasi forma atat in sisteme inertiale cat si in cele neinertiale), principiul echivalentei locale (intr-un domeniu local se manifesta echivalenta dintre campul fortelor de inertie si campul gravific).
Consecintele acestor principii noi sunt majore.
Intre aceste consecinte enumeram pe cea legata de faptul ca masa inerta este egala cu masa gravitationala, pe cea potrivit careia spatiul din teoria relativitatii generalizate este un spatiu cuadridimensional curb (si nu plan, ca in relativitatea restransa) cu urmari asupra unor fenomene fizice, implicatii imposibile in cadrul relativitatii restranse si de neconceput in cadru fizicii clasice (pierdrea caraterului de rectiliniaritate a razelor luminoase, deplasarea catre lungimi de unda mai mari a liniilor spectrale, modificari in propagarea unor semnale electromagnetice, s.a.).
2.3.Model fizic. Punct material
Existenta noastra se petrece intr-o realitate materiala.
Materia este o prezenta universala si ea exista independent de vointa noastra. Prin organele noastre de simt putem lua cunostinta de existenta materiei, inteleasa ca evolutie, transformare. Relatii asupra acestei miscarii se pot construi printr-o raportare permanenta la repere considerate fixe si alese ca referinta.
De cele mai multe ori studiul unui fenomen, al unui proces, se realizeaza ordonat eliminand aspectele neesentiale, facand abstractie de anumite detalii care - in studiul respectiv - nu sunt relevante.
In toate domeniile putem sa obtinem informatii prin comparatii cu fenomene cunoscute anterior, prin similitudini, al caror grad de aproximare poate fi imbunatatit progresiv prin urmarirea modului in care detalii din ce in ce mai "fine" influenteaza evolutia. In acest mod noi construim modele, sau scenarii, a caror valabilitate o verificam si optimizam progresiv astfel incat, in final, modelul, sau scenariul respectiv, sa fie capabil de a descrie cu un grad de aproximatie cat mai acceptabil fenomenul studiat si, chiar mai mult, sa poata prevedea o anumita evolutie ulterioara a fenomenului.
Principalul mod (si cel mai simplu) de studiu al realitatii este observatia.
Prin observatie noi comparam permanent realitatea inconjuraoare si o raportam la cunostintele obtinute anterior. Pe baza observatiei si a raportarii la cunostinte pe care deja le avem, putem sa stabilim relatii cauzale care sa poata descrie - intr-o prima aproximatie - procesul studiat. Aceste relatii cauzale constituie un "model" sau un "scenariu". Observatiile ulterioare si considerarea unor detalii tot mai "delicate" permit imbunatatirea modelului (sau a scenariului) care va descrie realitatea cu aproximatii din ce in ce mai bune.
Prin aceste procedee nu facem decat sa confirmam ca procesul cunoasterii prezinta un puternic caracter asimptotic.
Filosofic vorbind, niciodata nu putem spune ca "stim totul", si de fapt a afirma asa ceva (ca "stim totul") este o proba de lipsa de modestie si de lipsa de bun simt ! Asadar, intregul proces al cunoasterii comporta construirea de modele si scenarii precum si imbunatatirea acestora. Vom vedea in continuare ca nici un model nu este perfect - o seama de conditii impunandu-se pentru adaptarea modelului la diversele situatii caracteristice fiecarui caz particular. Si tocmai in aceasta consta atractia pe care o prezinta stiinta - atractia noului, a "prinderii" sale si descrierii in ecuatii matematice, in modele tot mai variate si mai sofisticate. In definitiv, daca toate procesele ar decurge identic, interesul nostru ar fi nul fata de ele.
La ora actuala constructia de modele, verificarea lor, adaptarea si optimizarea lor sunt procese care se realizeaza rapid prin intermediul mijloacelor de calcul electronic. Mai mult chiar, putem construi modele si scenarii fara corespondent in realitatea materiala, putem construi lumi ipotetice, abstracte.
Asadar, fizica opereaza cu modele.
Se poate constanta ca, potrivit cu gradul lor de abstractizare, diversele modele se pot aplica la un procent diferit de fenomene.
In mecanica cel mai raspandit model (si, de altfel si cel mai simplu) este cel al punctului material.
Definitie.Punctul material este un model fizic care corespunde unui corp fara alta dimensiune decat masa
Exemple: sunt considerate puncte materiale :
-electronii aflati in miscare in jurul nucleului atomic,
-planetele aflate in miscare in jurul Soarelui,
-un mobil care se deplaseaza intre doua puncte, etc.
Cu alte cuvinte, puncte materiale sunt orice corpuri carora pentru o anumita aplicatie, le putem neglija dimensiunile geometrice, ele pastrand o singura dimensiune: masa.
INTREBARI
1.Ce se intelege prin afirmatia ca materia se afla intr-o continua miscare?
a) faptul ca incepand cu cele mai mici componente ale materiei (particulele elementare) si pana la corpuri ceresti si galaxii, toate acestea se pot afla in miscare de translatie sau de rotatie,
b) aceasta este o afirmatie strict filosofica si nu are un inteles fizic concret,
c) faptul ca toate componentele materiei se afla intr-o continua transformare si evolutie,
d) faptul ca incepand cu cele mai mici componente ale materiei (particulele elementare) si pana la corpuri ceresti si galaxii, toate se afla in miscare de translatie sau de rotatie,
e) componentele materiei, ale substantei, se pot afla in stare de miscare in dependenta directa de sistemul de referinta.
2.Observatia, ca metoda de studiu, are un caracter activ sau pasiv?
a) are caracter pasiv, pentru ca ea presupune doar urmarirea a ceea ce se petrece in cadrul procesului sau fenomenului studiat, fara ca sa intervenim asupra acestuia,
b) are caracter activ, pentru ca ea este insotita permanent de comparatia cu elementele pe care le-am dobandit anterior si pe baza carora putem remarca evolutia procesului studiat,
c) are caracter pasiv, pentru ca aceasta metoda de studiu este diferita de metoda experimentala, in care se executa efectiv anumite operatii spre a se vedea raspunsul sistemului sau fenomenului studiat,
d) are caracter activ, pentru ca ea se realizeaza prin focalizarea interesului cercetatorului asupra fenomenului studiat,
e) are caracter pasiv, pentru ca prin observatie nu se influenteaza evolutia fenomenului sau procesului pe care-l studiem
3. Putem afirma despre procesul cunoasterii ca acesta prezinta un caracter asimptotic?
a) da, pentru ca nu este posibil sa cunoastem totul,
b) da, pentru ca in permanenta, pe masura ce cunoastem din ce in ce mai mult, laturi noi ale fenomenului studiat ni se desvaluie,
c) da, pentru ca procesul cunoasterii este un proces permanent,
d) da, pentru ca prin cunoastere, modelul pe care ni-l creem se apropie tot mai mult de realitate, fara insa a se putea identifica cu aceasta,
e) nu, pentru ca din punct de vedere filosofic cunoasterea lumii nu este posibila.
4. In care caz putem considera Pamantul punct material?
a) atunci cand studiem miscarea sa in jurul Soarelui,
b) atunci cand studiem miscarea sa in jurul axei proprii,
c) Pamantul nu poate fi considerat punct material,
d) atunci cand studiem miscarea sa in cadrul sistemului solar,
e) in cazul in care, pentru studiul respectiv, neglijam orice alta caracteristica in afara de masa.
clasica?
a) spatiul este omogen si izotrop, timpul este unidimensional, absolut si uniform,
b) spatiul si timpul sunt omogene , izotrope, absolute si uniforme,
c) spatiul este omogen si izotrop, timpul este absolut si uniform,
d) spatiul este izotrop, timpul este omogen,
e) spatiul prezinta trei dimensiuni, timpul are o singura dimensiune.
5. Ce inseamna ca spatiul este omogen si izotrop?
a) ca are aceeasi densitate in toate punctele,
b) ca are aceleasi proprietati in toate directiile,
c) ca nu are puncte privilegiate,
d) ca nu are direcvtii privilegiate,
e) ca nu are nici puncte si nici directii privilegiate
6. Ce inseamna ca timpul este absolut si uniform?
a) ca este omniprezent,
b) ca acesta curge cu aceeasi viteza in toate sistemele de referinta,
c) ca nu are momente privilegiate nici in viitor si nici in trecut,
d) ca are o singura dimensiune,
e) ca este omniprezent si se scurge cu aceeasi viteza pentru orice sistem de referinta.
7. Care este intelesul expresiei de determinism cauzal?
a) ca toate lucrurile au o cauza determinata,
b) determinsmul cauzal este o sintagma filosofica si nu are legatura cu obiectul de studiu al fizicii,
c) ca determinarea unui anumit efect este posterioara acestuia,
d) ca determinarea unui efect este anterioara acestuia,
e) determinismul cauzal arata ca intotdeauna efectul urmeaza cauza.
8. Ce modificari importante asupra proprietatilor spatiului si timpului aduce teoria relativitatii generalizate?
a) se pierde izotropia si omogenitatea spatiului ca si uniformitatea timpului,
b) nu se aduc modificari in proprietatile spatiului si timpului,
c) spatiul devine uniform., timpul devine izotrop,
d) modificarile care sunt introduse de teoria relativitatii se refera numai la aspecte ale propagarii luminii si ale dimensiunilor obiectelor, in spatiu si timp,
e) spatiul devine curb, timpul isi pastreaza proprietatile.
|
