Coibhneasachd Newton: Tuigse Thràth air Gluasad agus Domhantarraing
Pendahuuan
Leasaich Isaac Newton, aon de na luchd-saidheans as buadhaiche ann an eachdraidh, teòiridhean a thug ath-bhualadh air ar tuigse air a’ chruinne-cè. Thug an obair chudromach aige, “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica,” a chaidh fhoillseachadh ann an 1687, a-steach laghan gluasaid agus lagh grabhataidh uile-choitcheann. Ged a thathas gu tric a’ cur bun-bheachd na coibhneasachd, mar a chanar ris an-diugh, às leth Albert Einstein, chaidh am beachd air coibhneasachd a dhèanamh foirmeil an toiseach ann an co-theacsa meacanaig chlasaigeach le Newton. Nì an t-artaigil seo sgrùdadh air prionnsapalan coibhneasachd Newton, na buaidhean a th’ aca air tuigse air gluasad agus grabhataidh, agus mar a tha na beachdan sin air a thighinn air adhart suas gu àm coibhneasachd Einstein.
Laghan Gluasaid Newton
’S e laghan gluasaid Newton bunait meacanaig chlasaigeach agus tha trì laghan annta a mhìnicheas an dàimh eadar gluasad nì agus na feachdan a tha ag obair air. Is iad na trì laghan seo:
1. A’ Chiad Lagh aig Newton (Lagh na h-Inertia):
“Fanaidh gach nì aig fois no a’ gluasad aig astar cunbhalach ann an loidhne dhìreach mura h-eil feachd bhon taobh a-muigh ag obair gus an staid sin atharrachadh.”
Tha an lagh seo a’ cur cuideam air cho cudromach sa tha neo-sheasmhachd, is e sin claonadh nì a staid gluasaid a chumail suas. Ann an co-theacsa coibhneiseachd, tha seo a’ ciallachadh nach atharraich an gluasad coimeasach eadar dà nì mura tèid feachd a chur an sàs.
2. An Dàrna Lagh aig Newton:
“Tha luathachadh nì dìreach co-rèireach ris an fheachd a tha ag obair air agus ann an co-rèir neo-dhìreach ris a mhais. Gu matamataigeach, tha seo air a chur an cèill mar F = ma.”
An seo, is e feachd (F) toradh mais (m) agus luathachaidh (a). Tha an lagh seo a’ sealltainn mar as urrainnear gluasad nì atharrachadh le bhith a’ cur feachd an sàs. Ann an co-theacsa coibhneasachd, tha seo a’ ciallachadh gun atharraich feachd a tha ag obair air nì a ghluasad coimeasach.
3. An Treas Lagh aig Newton:
“Bheir gach gnìomh freagairt co-ionann agus mu choinneamh.”
Tha an lagh seo a’ mìneachadh gu bheil feachdan an-còmhnaidh a’ tachairt ann am paidhrichean. Ma chuireas nì A feachd air nì B, cuiridh nì B feachd cho-ionann ach mu choinneamh air nì A. Tha seo cudromach ann a bhith a’ tuigsinn nan eadar-obrachaidhean eadar nithean ann an siostam dùinte.
Lagh Newton air Imtharraing Uile-choitcheann
Tha lagh Newton air grabhataidh uile-choitcheann ag ràdh gu bheil gach gràin anns a’ chruinne-cè a’ tàladh gach gràin eile le feachd a tha dìreach co-rèireach ri toradh mais an dà ghràin agus gu neo-dhìreach co-rèireach ri ceàrnag an astair eatorra. Gu matamataigeach, tha an lagh seo air a chur an cèill mar:
[F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
Càite:
– Is e \(F \) an fheachd imtharraingeach eadar dà mhìrean.
– Is e \(G \) an cunbhalach grabhataidh uile-choitcheann.
– Is iad \(m_1 \) agus \(m_2 \) mais an dà mhìrean.
– ’S e \(r \) an t-astar eadar ionadan maise an dà mhìrean.
Tha lagh grabhataidh Newton a’ toirt seachad a’ bhunait airson tuigse fhaighinn air nithean leithid orbitan planaid agus gluasad nithean air uachdar na Talmhainn. Tha pàirt chudromach aige cuideachd ann am bun-bheachd Newton air coimeasachd, leis gur e grabhataidh an fheachd a bheir buaidh air gluasad coimeasach nithean ann an raon grabhataidh.
Coibhneasachd Newton
Is e coibhneasachd Newton, no nas mionaidiche, prionnsabal coibhneasachd Newton, am bun-bheachd gu bheil laghan fiosaig a tha a’ buntainn ann an aon fhrèam iomraidh neo-ghluasadach cuideachd a’ buntainn anns a h-uile frèam iomraidh neo-ghluasadach eile. Tha seo a’ ciallachadh nach eil frèam iomraidh neo-ghluasadach sònraichte ann; tha a h-uile lagh gluasaid a’ buntainn gu co-ionnan ann am frèam sam bith a tha a’ gluasad aig astar cunbhalach a thaobh a chèile.
Prionnsabal Coibhneasachd Chlasaigeach
Faodar prionnsabal coibhneasachd Newton a gheàrr-chunntas mar a leanas:
– Cruth-atharrachaidhean Galilean: Faodar co-aontaran gluasaid ann am frèam iomraidh inertial atharrachadh bho aon fhrèam gu frèam eile a’ gluasad an coimeas ris a’ chiad fhear le astar seasmhach gun cruth nan co-aontaran atharrachadh.
Tha na cruth-atharrachaidhean Galilean a’ toirt cunntas air mar a bhios co-chomharran àite-ùine ag atharrachadh eadar dà fhrèam iomraidh neo-sheasmhach. Ma tha dà fhrèam iomraidh neo-sheasmhach ann, S agus S’, far a bheil S’ a’ gluasad le astar cunbhalach (v) an coimeas ri S. Ma tha (x, y, z, t) nan co-chomharran ann am frèam S agus (x', y', z', t') nan co-chomharran ann am frèam S’, faodar na cruth-atharrachaidhean Galilean a chur an cèill mar:
\[ x' = x – vt \]
\[y' = y \]
\[z' = z \]
\[t' = t \]
Tha an cruth-atharrachadh seo a’ sealltainn gu bheil ùine iomlan agus mar an ceudna anns a h-uile frèam iomraidh inertial, agus ’s e sin beachd bunaiteach ann am meacanaig chlasaigeach.
Buaidhean Coibhneasachd Newton
Tha grunn bhuaidhean cudromach aig coibhneasachd Newton ann am fiosaig chlasaigeach:
1. Neo-sheasmhachd agus Gluasad Coimeasach:
Cumaidh nì a ghluaiseas aig astar cunbhalach ann an aon fhrèam iomraidh neo-sheasmhach a’ gluasad aig astar cunbhalach ann am frèam iomraidh neo-sheasmhach eile, a rèir prionnsabal neo-sheasmhachd Newton. Tha seo a’ ciallachadh nach atharraich an gluasad coimeasach eadar dà nì mura h-eil feachd ag obair orra.
2. Glèidhteachas Momentum:
Ann an frèam-iomraidh neo-ghluasadach, bidh gluasad iomlan siostam dùinte seasmhach mura h-eil feachdan bhon taobh a-muigh ag obair air an t-siostam. Is e am prionnsapal seo bunait lagh glèidhteachais gluasad, a tha cudromach ann a bhith a’ tuigsinn bualaidhean agus eadar-obrachaidhean eadar nithean.
3. Grabhatachd agus Gluasad Orbital:
Leigidh lagh grabhataidh Newton leinn gluasad planaidean agus cuirp nèamhaidh eile a ro-innse. Ann an co-theacsa coibhneasachd Newton, bidh a h-uile planaid ag ùmhlachd don aon lagh grabhataidh agus ag obair a rèir laghan gluasaid Newton anns na frèamaichean iomraidh neo-sheasmhach aca fhèin.
Gluasad gu Coibhneasachd Einstein
Ged a thug coibhneasachd Newton bunait làidir airson tuigse fhaighinn air gluasad agus grabhataidh, bha crìochan aice. Cha b’ urrainnear cuid de nithean, leithid astar seasmhach solais agus buaidhean coibhneasachd aig astaran àrda, a mhìneachadh le meacanaig chlasaigeach Newton. Lean seo gu leasachadh teòiridhean Albert Einstein air coibhneasachd shònraichte agus choitcheann tràth san 20mh linn.
Coibhneasachd Shònraichte
Rinn teòiridh shònraichte Einstein air coibhneas, a chaidh a thoirt a-steach ann an 1905, ath-sgrùdadh air grunn bharailean bunaiteach mu mheacanaig Newton. Is e aon de na prìomh bheachdan aige gu bheil astar solais ann am falamh seasmhach agus neo-eisimeileach bho astar an neach-amhairc. Bha seo a’ dol an aghaidh beachd Newton air ùine iomlan agus lean e gu bun-bheachdan leudachadh ùine agus giorrachadh faid aig astaran coibhneasachd.
Coibhneasachd Choitcheann
Chaidh coibhneasachd choitcheann, a chaidh fhoillseachadh le Einstein ann an 1915, an àite lagh grabhataidh Newton leis a’ bhun-bheachd gur e grabhataidh lùbadh fànais-ùine air adhbhrachadh le mais agus lùth. Tha an teòiridh seo a’ mìneachadh iongantas grabhataidh làidir nas cruinne, leithid orbit a’ phlanaid Mhearcair agus tuill dhubha, nach urrainn do lagh grabhataidh Newton a mhìneachadh.
Co-dhùnadh
Tha coibhneasachd Newton, leis na laghan gluasaid agus grabhataidh uile-choitcheann aice, na bhunait chudromach ann am fiosaig chlasaigeach a dh’atharraich ar tuigse air a’ chruinne-cè. Tha prionnsapalan coibhneasachd Newton a’ toirt seachad sealladh cunbhalach air gluasad agus eadar-obrachaidhean ann am frèamaichean iomraidh neo-ghluasadach. Ged a chaidh a chur na àite mu dheireadh le coibhneasachd Einstein, tha dìleab Newton fhathast na bhunait chumhachdach airson a bhith a’ sgrùdadh agus a’ tuigsinn iongantas nàdarra, bho ghluasad planaid gu daineamaigs làitheil.
