Основные законы и принципы, лежащие в основе БЖД

Законы и принципы диалектики

Категории диалектики могут использоваться мышлением обыденным, конкретно-научным, философским и т.д. В составе теории диалектики отдельные категории включаются в такие ее компоненты, как закон, принцип, требование. В трудах Ф.Энгельса развернуто содержание трех широко известных основных законов диалектики - единства и борьбы противоположностей, перехода количественных изменений в качественные, отрицание отрицания. Закон науки, отображая объективные, устойчивые, существенные, необходимые, повторяющиеся отношения, по своей логической форме есть суждение всеобщности и необходимости. Законы диалектики отличает всеобщность, а отдельные категории оказываются логическим средством формулировки законов; закон фиксирует закономерную связь, выраженную через соотношение категорий. За каждой категорией стоит определенная закономерность. Так формулировка "закон причинности" требует использования общедиалектических категорий "причина" и "следствие". За категориями качества и количества стоит закон перехода количественных изменений в качественные и обратно; за категориями необходимого и случайного - закономерность, выраженная формулой "случайность - форма проявления и дополнение необходимости". При характеристике диалектики используется понятие "требование". Четыре основных требования диалектики можно отметить; во-первых, это объективность и всесторонность рассмотрения; во-вторых, это рассмотрение предмета в развитии; в-третьих, требование учета конкретности истин. Нарушением требования объективности и всесторонности рассмотрения и, следовательно, антиподом диалектики выступают софистика и эклектика. За требованием диалектического метода стоят общедиалектические принципы. Понятие "принцип" или, говоря проще, исходная точка зрения составляет стержень любого мировоззрения. Философское мировоззрение может быть определено как система принципов, составляющих основу того или иного понятия природной и социальной реальности. На уровне принципов, в отличие от отдельно взятых категорий, происходит размежевание различных философских направлений, систем. В своей логической форме принцип сходен с законом, это тоже суждение всеобщности и необходимости: весь мир един (принцип единства мира); все в мире связано (принцип всеобщей связи); мир бесконечен (принцип неисчерпаемости материи); все в мире детерминировано (принцип детерминизма); все в мире развивается (принцип развития или историзма); все в мире противоречиво - быть непротиворечивым значит не существовать (принцип противоречивости). В наше время все более широкое признание получает также принцип системности, как одна из наиболее характерных черт стиля научного мышления ХХ века. Диалектика немыслима вне принципа противоречивости всего сущего или, в иной, более распространенной форме выражения, вне законаединства и борьбы противоположностей. Кратко диалектику можно определить как учение о единстве противоположностей. Каждая пара категорий дает в соотношении своих сторон объективное диалектическое противоречие: движение и покой, тождество и различие, единое и многое, необходимое и случайное, действительное и возможное, сущность и ее проявления и т.д. Это противоположности, а в единстве между ними заложено противоречие. Противоположности или стороны противоречия одновременно находятся в отношениях взаимоисключения, взаимополагания и частичного тождества, взаимопроникновения. Проблема противоречия не расторжима с проблемой сущности движения, тех изменений, которые постоянно совершаются и в бытии и в мышлении. Противоречие как взаимодействие противоположностей трактуется в динамике в качестве сущности или внутреннего источника всякого изменения - от элементарного механического перемещения и до развития. Эта мысль и фигурирует обычно под названием закона единства и борьбы противоположностей. Ее можно передать и так: все в мире объективно противоречиво; каждое противоречие нестационарно, способ существования противоречия - движение, изменение; первый шаг в постижении сущности любых изменений - выявление противоречивости явлений и процессов. Вследствие происходящих в предмете изменений он никогда не бывает равным самому себе и выступает как внутренне противоречивый. Даже простое внешнее сопоставление двух вещей вскрывает единство тождества и различия: каждая вещь одновременно и тождественна с другой, и отлична от другой. Предмет есть единство устойчивости и изменчивости, положительного и отрицательного, отмирающего и нарождающегося и т.д. Каждый предмет, каждое явление есть единство противоположностей. Каждая из сторон единого целого существует лишь постольку, поскольку существует другая, противоположная ей сторона: - сторона - взаимополагание, взаимообусловленность, взаимопроникновение противоположных сторон, свойств, тенденций развития целого - существеннейшая черта всякого единства противоположностей. - сторона - их взаимное отрицание (борьба противоположностей). Итак, сущность диалектического противоречия - такое взаимоотношение и взаимосвязь между противоположностями, когда они взаимно утверждают и отрицают друг друга и борьба между ними служит двигательной силой, источником развития. Борьба противоположностей есть двигательная сила, источник развития: "Развитие есть "борьба" противоположностей". Важная особенность диалектического развития: движение, развитие осуществляется как самодвижение, саморазвитие. Противоречия не есть нечто неподвижное, неизменное. Раз возникнув, они развиваются, проходят определенные стадии, ступени: 1) этап развития, развертывания противоречий; 2) этап разрешения этих противоречий - снятие данного единства, его исчезновение, что совпадает с коренным качественным изменением предмета. Всякой сущности соответствует множество изменчивых ее проявлений, каждое качество внутренне многообразно. Движение - это способ существования противоречия, а противоречие, в свою очередь, сущность или источник движения. Закон единства и борьбы противоположностей носит всеобщий характер, т.е. действует во всех сферах жизни: от наиболее элементарных процессов на уровне физической материи до сложнейших явлений общественной жизни и духовного мира человека. "Единство (совпадение, тождество, равнодействие) противоположностей условно, временно, преходяще, релятивно. Борьба взаимоисключающих противоположностей абсолютна, как абсолютно развитие, движение".Итак, сущность закона единства и борьбы противоположностей: это закон, в силу которого всем вещам, явлениям, процессам свойственны внутренние противоречия, противоположные стороны и тенденции, находящиеся в состоянии взаимосвязи и взаимоотрицания; борьба противоположностей дает внутренний импульс к развитию, ведет к нарастанию противоречий, разрешающихся на известном этапе исчезновением старого и возникновением нового. Идея развития является важнейшим философским принципом и часто диалектику определяют как учение о развитии, науку о законах развития. Предпосылки идеи развития вызревали как в философии, так и в естественных науках. Идеи изменчивости эволюции высказывались Бюффоном, Кантом, Ламарком, Тюрго, Кондорсе. Впервые эта идея реализуется в качестве основополагающего принципа в философии Гегеля. Далее идея историзма как всеобщий, фундаментальный, методологический ориентир подхода ко всему и вся все более утверждается в культуре. Принцип развития ориентирует нас на признание закономерности обновления, неизбежности неожиданного, уникального. Чтобы нарисовать картину развития вообще нужно использовать весь арсенал диалектических категорий, не сводя развитие только к процессу необратимых качественных изменений, имеющих определенную направленность. Развитие - это единство изменений качественных и количественных, обратимых и необратимых, системности и асистемности, закономерного и уникального, преемственности и поступательности и т.д. Такие законы диалектики как закон перехода количественных изменений в качественные и обратно, отрицание отрицания характеризуют определенные стороны процесса развития. Процесс исчезновения, уничтожения старого и возникновения нового получает свое обоснование в законе перехода количественных изменений в качественные и обратно. Вне отношения и взаимодействия одной вещи с другими ничего о них знать невозможно. Вещь - совокупность тех или иных свойств, и познать вещь - значит установить, из каких свойств она состоит? Сами свойства вещи представляют собой проявление чего-то более существенного, что характеризует вещь. Это более существенное - есть качество вещи. Качество определяет вещь именно как эту, а не иную вещь; представляет собой нечто большее, чем простую совокупность даже существенных свойств, ибо оно выражает единство, целостность вещи, ее относительную устойчивость, тождественность с самой собой. Структурность вещи позволяет понять, почему изменение или даже утрата тех или иных свойств вещи не ведет непосредственно к изменению ее качества. Качество вещи тождественно с ее конечностью. Количество. Гегель говорил, что количество есть "снятое качество", т.е. анализ вещей как качества неизбежно приводит нас к категории количества. Количество есть выражение однородности вещей, их подобия, сходства, вследствие чего они могут подвергаться операции увеличения или уменьшения, разделения или объединения. Отличие количества от качества заключается в том, что можно изменить некоторое количество свойства без того, чтобы вещь претерпела какие-либо значительные перемены. Следовательно, количественная определенность не столь тесно связана с состоянием вещи, как качественная. Связь и взаимозависимость качества и количества называется мерой вещи. Категория меры - такое взаимоотношение между этими сторонами объекта, когда качество его основано на определенном количестве, а последнее есть количество определенного качества. На какой-то ступени количественные изменения достигают такого уровня, когда былая гармония качества и количества превращается в дисгармонию. И тогда старое качественное состояние уступает место новому, словом, происходит то обновление существующего, которое и составляет сущность диалектического развития. Новое качество порождает новые количественные изменения. Количественные изменения совершаются непрерывно и постепенно. Качественные изменения происходят в виде перерыва непрерывности, постепенности. Это значит, что развитие, будучи единством количественных и качественных изменений, есть вместе с тем единство непрерывности и прерывности. "... жизнь и развитие в природе включают в себя и медленную эволюцию, и быстрые скачки, перерывы постепенности". Завершая какой-либо процесс, скачок означает момент качественного изменения предмета, перелом, критическую стадию в развитии. Это период наиболее интенсивного развития, когда старое, отжившее преобразуется, расчищая место для новых, более высоких ступеней процесса. Развитие можно представлять в виде "узловой линии мер" (Гегель). Типичные и наиболее общие формы скачков: 1) форма сравнительно быстрого и резкого превращения одного качества в другое; 2) форма постепенного качественного перехода, когда объект изменяется не сразу и не целиком, а отдельными своими сторонами, элементами, путем постепенного наполнения качественных изменений. Формы скачка находятся в зависимости не только от природы объекта, но и от условий, в которых он находится. Этот закон есть такая взаимосвязь и взаимодействие количественных и качественных сторон предмета, в силу которых мелкие, вначале незаметные количественные изменения, постепенно накапливаясь, рано или поздно нарушают меру предмета и вызывают коренные качественные изменения, протекающие в виде скачков и осуществляющиеся в зависимости от природы объектов и условий их развития в разнообразных формах.

Механика и гравитация

Механика[от греч. mechanike (téchne) — наука о машинах, искусство построения машин], наука о механическом движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях между телами. Под механическим движением понимают изменение с течением времени взаимного положения тел или их частиц в пространстве.

Примерами таких движений, изучаемых методами М., являются: в природе — движения небесных тел, колебания земной коры, воздушные и морские течения, тепловое движение молекул и т. п., а в технике — движения различный летательных аппаратов и транспортных средств, частей всевозможных двигателей, машин и механизмов, деформации элементов различных конструкций и сооружений, движения жидкостей и газов и многие др.

Рассматриваемые в М. взаимодействия представляют собой те действия тел друг на друга, результатом которых являются изменения механического движения этих тел. Их примерами могут быть притяжения тел по закону всемирного тяготения, взаимные давления соприкасающихся тел, воздействия частиц жидкости или газа друг на друга и на движущиеся в них тела и др. Обычно под М. понимают т. н. классическую М., в основе которой лежат Ньютона законы механики и предметом которой является изучение движения любых материальных тел (кроме элементарных частиц), совершаемого со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света. Движение тел со скоростями порядка скорости света рассматривается в относительности теории (См. Относительности теория), а внутриатомные явления и движение элементарных частиц изучаются в квантовой механике (См. Квантовая механика).

При изучении движения материальных тел в М. вводят ряд абстрактных понятий, отражающих те или иные свойства реальных тел; таковы: 1) Материальная точка — объект пренебрежимо малых размеров, имеющий массу; это понятие применимо, если в изучаемом движении можно пренебречь размерами тела по сравнению с расстояниями, проходимыми его точками. 2) Абсолютно твёрдое тело — тело, расстояние между двумя любыми точками которого всегда остаётся неизменным; это понятие применимо, когда можно пренебречь деформацией тела. 3) Сплошная изменяемая среда - это понятие применимо, когда при изучении движения изменяемой среды (деформируемого тела, жидкости, газа) можно пренебречь молекулярной структурой среды.

При изучении сплошных сред прибегают к следующим абстракциям, отражающим при данных условиях наиболее существенные свойства соответствующих реальных тел: идеально упругое тело, пластичное тело, идеальная жидкость, вязкая жидкость, идеальный газ и др. В соответствии с этим М. разделяют на: М. материальной точки, М. системы материальных точек, М. абсолютно твёрдого тела и М. сплошной среды; последняя, в свою очередь, подразделяется на теорию упругости, теорию пластичности, гидромеханику, аэромеханику, газовую динамику и др. В каждом из этих разделов в соответствии с характером решаемых задач выделяют: статику — учение о равновесии тел под действием сил, кинематику — учение о геометрических свойствах движения тел и динамику — учение о движении тел под действием сил. В динамике рассматриваются 2 основные задачи: нахождение сил, под действием которых может происходить данное движение тела, и определение движения тела, когда известны действующие на него силы.

Для решения задач М. широко пользуются всевозможными математическими методами, многие из которых обязаны М. самим своим возникновением и развитием. Изучение основных законов и принципов, которым подчиняется механическое движение тел, и вытекающих из этих законов и принципов общих теорем и уравнений составляет содержание т. н. общей, или теоретической, М. Разделами М., имеющими важное самостоятельное значение, являются также теория колебаний (См. Колебания), теория устойчивости равновесия (См. Устойчивость равновесия) и устойчивости движения (См. Устойчивость движения), теория Гироскопа, Механика тел переменной массы, теория автоматического регулирования (см. Автоматическое управление), теория Удара. Важное место в М., особенно в М. сплошных сред, занимают экспериментальные исследования, проводимые с помощью разнообразных механических, оптических, электрических и др. физических методов и приборов.

М. тесно связана со многими др. разделами физики. Ряд понятий и методов М. при соответствующих обобщениях находит приложение в оптике, статистической физике, квантовой М., электродинамике, теории относительности и др. (см., например, Действие, Лагранжа функция, Лагранжа уравнения механики, Механики уравнения канонические, Наименьшего действия принцип). Кроме того, при решении ряда задач газовой динамики (См. Газовая динамика), теории Взрыва, теплообмена в движущихся жидкостях и газах, аэродинамики разреженных газов (См. Аэродинамика разреженных газов), магнитной гидродинамики (См. Магнитная гидродинамика) и др. одновременно используются методы и уравнения как теоретической М., так и соответственно термодинамики, молекулярной физики, теории электричества и др. Важное значение М. имеет для многих разделов астрономии (См. Астрономия), особенно для небесной механики (См. Небесная механика).

Часть М., непосредственно связанную с техникой, составляют многочисленные общетехнические и специальные дисциплины, такие, как Гидравлика, Сопротивление материалов, кинематика механизмов, динамика машин и механизмов, теория гироскопических устройств (См. Гироскопические устройства), внешняя Баллистика, Динамика ракет, теория движения различных наземных, морских и воздушных транспортных средств, теория регулирования и управления движением различных объектов, строительная М., ряд разделов технологии и многое др. Все эти дисциплины пользуются уравнениями и методами теоретической М. Т. о., М. является одной из научных основ многих областей современной техники.

Основные понятия и методы механики. Основными кинематическими мерами движения в М. являются: для точки — её Скорость и Ускорение, а для твёрдого тела — скорость и ускорение поступательного движения и Угловая скорость и Угловое ускорение вращательного движения тела. Кинематическое состояние деформируемого твёрдого тела характеризуется относительными удлинениями и сдвигами его частиц; совокупность этих величин определяет т. н. тензор деформаций. Для жидкостей и газов кинематическое состояние характеризуется тензором скоростей деформаций; кроме того, при изучении поля скоростей движущейся жидкости пользуются понятием о вихре, характеризующем вращение частицы.

Основной мерой механического взаимодействия материальных тел в М. является Сила. Одновременно в М. широко пользуются понятием момента силы (См. Момент силы) относительно точки и относительно оси. В М. сплошной среды силы задаются их поверхностным или объёмным распределением, т. е. отношением величины силы к площади поверхности (для поверхностных сил) или к объёму (для массовых сил), на которые соответствующая сила действует. Возникающие в сплошной среде внутренние напряжения характеризуются в каждой точке среды касательными и нормальными напряжениями, совокупность которых представляет собой величину, называемую тензором напряжений (См. Напряжение). Среднее арифметическое трёх нормальных напряжений, взятое с обратным знаком, определяет величину, называемую Давлением в данной точке среды.

Помимо действующих сил, движение тела зависит от степени его инертности, т. е. от того, насколько быстро оно изменяет своё движение под действием приложенных сил. Для материальной точки мерой инертности является величина, называемая массой (См. Масса) точки. Инертность материального тела зависит не только от его общей массы, но и от распределения масс в теле, которое характеризуется положением центра масс и величинами, называемыми осевыми и центробежными моментами инерции (См. Момент инерции); совокупность этих величин определяет т. н. тензор инерции. Инертность жидкости или газа характеризуется их Плотностью.

В основе М. лежат законы Ньютона. Первые два справедливы по отношению к т. н. инерциальной системе отсчёта (См. Инерциальная система отсчёта). Второй закон даёт основные уравнения для решения задач динамики точки, а вместе с третьим — для решения задач динамики системы материальных точек. В М. сплошной среды, кроме законов Ньютона, используются ещё законы, отражающие свойства данной среды и устанавливающие для неё связь между тензором напряжений и тензорами деформаций или скоростей деформаций. Таков Гука закон для линейно-упругого тела и закон Ньютона для вязкой жидкости (см. Вязкость). О законах, которым подчиняются др. среды, см. Пластичности теория и Реология.

Важное значение для решения задач М. имеют понятия о динамических мерах движения, которыми являются Количество движения, Момент количества движения (или кинетический момент) и Кинетическая энергия, и о мерах действия силы, каковыми служат Импульс силы и Работа. Соотношение между мерами движения и мерами действия силы дают теоремы об изменении количества движения, момента количества движения и кинетической энергии, называемые общими теоремами динамики. Эти теоремы и вытекающие из них законы сохранения количества движения, момента количества движения и механической энергии выражают свойства движения любой системы материальных точек и сплошной среды.

Эффективные методы изучения равновесия и движения несвободной системы материальных точек, т. е. системы, на движение которой налагаются заданные наперёд ограничения, называемые связями механическими (См. Связи механические), дают Вариационные принципы механики, в частности Возможных перемещений принцип, Наименьшего действия принцип и др., а также Д'Аламбера принцип. При решении задач М. широко используются вытекающие из её законов или принципов дифференциальные уравнения движения материальной точки, твёрдого тела и системы материальных точек, в частности уравнения Лагранжа, канонические уравнения, уравнение Гамильтона — Якоби и др., а в М. сплошной среды — соответствующие уравнения равновесия или движения этой среды, уравнение неразрывности (сплошности) среды и уравнение энергии.

Термодинамика

Термодина́мика (греч. θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила») — раздел физики, изучающий наиболее общие свойства макроскопических систем^[1] и способы передачи и превращения энергии в таких системах^[2]. В термодинамике изучаются состояния и процессы, для описания которых можно ввести понятие температуры. Термодинамика — это феноменологическая наука, опирающаяся на обобщения опытных фактов.

Процессы, происходящие в термодинамических системах, описываются макроскопическими величинами (температура, давление, концентрации компонентов), которые вводятся для описания систем, состоящих из большого числа частиц, и не применимы к отдельным молекулам и атомам, в отличие, например, от величин, вводимых в механике или электродинамике.

Современная феноменологическая термодинамика является строгой теорией, развиваемой на основе нескольких постулатов. Однако связь этих постулатов со свойствами и законами взаимодействия частиц, из которых построены термодинамические системы, даётся статистической физикой. Статистическая физика позволяет выяснить также и границы применимости термодинамики^[3].

Законы термодинамики носят общий характер и не зависят от конкретных деталей строения вещества на атомарном уровне. Поэтому термодинамика успешно применяется в широком круге вопросов науки и техники, таких как энергетика, теплотехника, фазовые переходы, химические реакции, явления переноса и даже чёрные дыры. Термодинамика имеет важное значение для самых разных областей физики и химии, химической технологии, аэрокосмической техники, машиностроения, клеточной биологии, биомедицинской инженерии, материаловедения и находит своё применение даже в таких областях, как экономика

Современную феноменологическую термодинамику принято делить на равновесную (или классическую) термодинамику, изучающую равновесные термодинамические системы и процессы в таких системах, и неравновесную термодинамику, изучающую неравновесные процессы в системах, в которых отклонение от термодинамического равновесия относительно невелико и ещё допускает термодинамическое описание.

В равновесной термодинамике вводятся такие переменные, как внутренняя энергия, температура, энтропия, химический потенциал. Все они носят название термодинамических параметров (величин). Классическая термодинамика изучает связи термодинамических параметров между собой и с физическими величинами, вводимыми в рассмотрение в других разделах физики, например, с гравитационным или электромагнитным полем, действующим на систему. Химические реакции и фазовые переходы также входят в предмет изучения классической термодинамики. Однако изучение термодинамических систем, в которых существенную роль играют химические превращения, составляет предмет химической термодинамики, а техническими приложениями занимается теплотехника.

В системах, не находящихся в состоянии термодинамического равновесия, например, в движущемся газе, может применяться приближение локального равновесия, в котором считается, что соотношения равновесной термодинамики выполняются локально в каждой точке системы. Однако в неравновесной термодинамике переменные рассматриваются как локальные не только в пространстве, но и во времени, то есть в её формулы время может входить в явном виде. Отметим, что посвящённая вопросам теплопроводности классическая работа Фурье «Аналитическая теория тепла» (1822) опередила не только появление неравновесной термодинамики, но и работу Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1824), которую принято считать точкой отсчёта в истории классической термодинамики.

Классическая термодинамика включает в себя следующие разделы:

• начала термодинамики (иногда также называемые законами или аксиомами)
• уравнения состояния и свойства простых термодинамических систем (идеальный газ, реальный газ, диэлектрики и магнетики и т. д.)
• равновесные процессы с простыми системами, термодинамические циклы
• неравновесные процессы и закон неубывания энтропии
• термодинамические фазы и фазовые переходы

Кроме этого, современная термодинамика включает также следующие направления:

• строгая математическая формулировка термодинамики на основе выпуклого анализа
• неэкстенсивная термодинамика
• применение термодинамики к нестандартным системам

Электричество

Электри́чество —совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Термин введён английским естествоиспытателем Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества.

Электрический заряд — это свойство тел (количественно характеризуемое физической величиной того же названия), проявляющееся, прежде всего, в способности создавать вокруг себя электрическое поле и посредством него оказывать воздействие на другие заряженные (то есть обладающие электрическим зарядом) тела.

Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (выбор, какой именно заряд назвать положительным, а какой отрицательным, считается в науке чисто условным, однако этот выбор уже исторически сделан и теперь — хоть и условно — за каждым из зарядов закреплен вполне определенный знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются.

При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют, таким образом, место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм) (Эрстед, Фарадей, Максвелл). В структуре материи электрический заряд как свойство тел восходит к заряженным элементарным частицам, например, электрон имеет отрицательный заряд, а протон и позитрон — положительный.

Наиболее общая фундаментальная наука, изучающая электрические заряды, их взаимодействие и поля, ими порождаемые и действующие на них (то есть практически полностью покрывающая тему электричества, за исключением таких деталей, как электрические свойства конкретных веществ, как то электропроводность (и т. п.) — это электродинамика. Квантовые свойства электромагнитных полей, заряженных частиц (и т. п.) изучаются наиболее глубоко квантовой электродинамикой, хотя часть из них может быть объяснена более простыми квантовыми теориями.