Γιατί η Newtonian Mechanics λειτουργεί για αντικείμενα με μεγάλες μάζες;
Νόμους κίνησης του Νεύτωνα:
* Πρώτος νόμος: Τα αντικείμενα σε ηρεμία παραμένουν σε κατάσταση ηρεμίας και τα αντικείμενα σε κίνηση παραμένουν σε κίνηση με σταθερή ταχύτητα, εκτός εάν ενεργούν από μια εξωτερική δύναμη. Αυτό ισχύει για μεγάλες μάζες, εφόσον οι εξωτερικές δυνάμεις είναι σχετικά αδύναμες.
* Δεύτερος νόμος: Η δύναμη ισούται με την επιτάχυνση της μάζας (F =MA). Αυτός ο νόμος ισχύει για τις μεγάλες μάζες επειδή η σχέση μεταξύ δύναμης και επιτάχυνσης είναι γραμμική.
* Τρίτος νόμος: Για κάθε δράση, υπάρχει ίση και αντίθετη αντίδραση. Αυτός ο νόμος είναι ανεξάρτητος από τη μάζα και εφαρμόζει εξίσου σε μεγάλα και μικρά αντικείμενα.
Γιατί λειτουργεί για μεγάλες μάζες:
* βαρύτητα: Η Newtonian Mechanics ενσωματώνει την έννοια της βαρύτητας, μια δύναμη που προσελκύει αντικείμενα με μάζα ο ένας προς τον άλλον. Αυτή η δύναμη είναι ανάλογη με τις μάζες των εμπλεκόμενων αντικειμένων, πράγμα που σημαίνει ότι γίνεται σημαντική για μεγάλες μάζες.
* Ισχυρές αλληλεπιδράσεις: Ενώ η Newtonian Mechanics δεν περιγράφει άμεσα την ισχυρή πυρηνική δύναμη που συγκρατεί τους ατομικούς πυρήνες μαζί, εξακολουθεί να λειτουργεί για μεγάλες μάζες, επειδή η ισχυρή δύναμη είναι απίστευτα βραχυπρόθεσμα και κυβερνά κυρίως την εσωτερική δομή των ατόμων και όχι τη συνολική τους κίνηση.
* Σχετικότητα: Για τα αντικείμενα που κινούνται σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες ή μέσα σε πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία, η Newtonian Mechanics διασπάται. Αυτό είναι όπου η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν μπαίνει στο παιχνίδι. Ωστόσο, για καθημερινά αντικείμενα με μεγάλες μάζες, όπως πλανήτες ή αστέρια, η Newtonian Mechanics παρέχει ένα εξαιρετικά ακριβές μοντέλο.
Περιορισμοί της Newtonian Mechanics:
* πολύ υψηλές ταχύτητες: Καθώς οι ταχύτητες προσεγγίζουν την ταχύτητα του φωτός, οι επιδράσεις της ειδικής σχετικότητας καθίστανται σημαντικές και οι μηχανικοί της Νευτώνων σπάσουν.
* Πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία: Σε εξαιρετικά ισχυρά βαρυτικά πεδία, όπως κοντά σε μια μαύρη τρύπα, απαιτείται γενική σχετικότητα για να περιγράψει με ακρίβεια τη φυσική.
* Quantum Effects: Σε ατομικό και υποατομικό επίπεδο, η Νευτώνεια μηχανική αποτυγχάνει να εξηγήσει φαινόμενα όπως η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων και η ποσοτικοποίηση της ενέργειας. Απαιτείται κβαντική μηχανική για να περιγράψουμε αυτά τα αποτελέσματα.
Συνοπτικά: Η Newtonian Mechanics λειτουργεί καλά για αντικείμενα με μεγάλες μάζες, επειδή περιγράφει με ακρίβεια την κίνηση αντικειμένων μέσα σε ένα συγκεκριμένο φάσμα ταχύτητων και βαρυτικών πεδίων. Είναι ένα ισχυρό και χρήσιμο εργαλείο για την κατανόηση της κίνησης των καθημερινών αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένων των πλανητών, των αστεριών και των γαλαξιών. Ωστόσο, έχει περιορισμούς όταν ασχολούνται με αντικείμενα που κινούνται σε πολύ υψηλές ταχύτητες ή σε πολύ ισχυρά βαρυτικά πεδία.
