Пространственно временные характеристики в чем измеряются

По пространственно-временным характеристикам определяют, как изменяются положения и движения человека во времени, как быстро человек изменяет свои положения (скорость) и движения (ускорение).

Скорость точки и тела

Скорость точки — это пространственно-временная мера движе­ния точки (быстроты изменения ее положения). Скорость равна первой производной по времени от расстояния в рассматриваемой системе отсчета:

Скорость точки определяется по изменению ее координат во времени. Скорость — величина векторная, она характеризует быст­роту движения и его направление. Так как скорость движений человека чаще всего не постоянная, а переменная (движение неравномерное и криволинейное), для разбора упражнений определяют мгновенные скорости.

Мгновенная скорость — это скорость в данный момент времени или в данной точке траектории, как бы скорость равномерного движения на очень малом участке траектории около данной точки траектории. Мгновенную скорость можно себе представить как такую, которую сохранило бы тело с того момента, когда все силы перестали на него действовать. Средняя же скорость — это такая ско­рость, с которой точка в равномерном движении за то же время прошла бы весь рассматриваемый путь. Средняя скорость позволяет сравни­вать неравномерные движения.

Скорость точки (линейная) в прямолинейном движении направлена по траектории, в криволинейном — по касательной к траектории в каждой рассматриваемой ее точке.

Скорость тела определяют по скорости его точек. При поступательном движении тела линейные скорости всех его точек одинаковы по величине и направлению. При вращательном движении определяют угловую скорость тела как меру быстроты изменения его углового положения. Она равна по величине первой производной по времени от углового перемещения:

Чем больше расстояние от точки тела до оси вращения (т. е. чем больше радиус), тем больше линейная скорость точки. Скорость вращательного движения твердого тела (в радианах) равна отношению линейной скорости каждой точки к ее радиусу (при постоянной оси вращения). Угловая скорость (со) для всех точек тела, кроме лежащих на оси, одинакова:

Значит, линейная скорость любой точки вращающегося тела, не лежащей на оси, равна его угловой скорости, умноженной на радиус вращения этой точки (расстояние от нее до оси вращения). Скорости сложного движения твердого тела можно определить по линейной скорости любого полюса и угловой скорости вращения тела относи­тельно этого полюса (например, вокруг оси, проходящей через центр масс — ЦМ).

Скорость системы тел, изменяющей свою конфигурацию, нельзя определить таким же образом, как угловую скорость твердого тела. В этом случае определяют линейную скорость ОЦМ системы. Часто определяют линейные скорости точек звеньев тела (проекций осей суставов на поверхность тела). Кроме того, при изменениях позы определяют угловые скорости звеньев тела относительно суставных осей; эти скорости обычно изменяются по ходу движения. Для биомеханического обоснования техники нужно в каждом случае вы­брать, какие скорости каких звеньев и точек следует определить.

Ускорение точки и тела

Ускорение точки — это пространственно-временная мера измене­ния движения точки (быстрота изменения движения — по величине и направлению скорости). Ускорение точки равно первой производной по времени от скорости этой точки в рассматриваемой системе отсчета:

Вектор ускорения можно разложить на составляющие: а) каса­тельное ускорение, направленное вдоль касательной к траектории в

где R — радиус кривизны в этой же точке. Касательное ускорение будет положительным, когда скорость точки увеличивается, и отрицатель­ным, когда она уменьшается. Если касательное ускорение равно нулю, то скорость по величине постоянная. Если нормальное ускорение равно нулю, то направление скорости постоянное.

Угловое ускорение тела определяется как мера быстроты изменения его угловой скорости. Оно равно первой производной по времени от угловой скорости тела:

Различают ускорение тела линейное (в поступательном движении) и угловое (во вращательном движении). Отношение ли­нейного ускорения каждой точки вращающегося тела К ее радиусу равно угловому ускорению (е) в радианах в секунду в квадрате. Оно одинаково для всех точек вращающегося тела, кроме лежащих на оси:

Значит, линейное ускорение любой точки вращающегося тела равно по величине его угловому ускорению, умноженному на радиус вращения этой точки:

Ускорение системы тел, изменяющей свою конфигу­рацию, определяется еще сложнее, чем скорость. Ускорение служит хорошим показателем качества приложенных усилий.

Источник

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Временные характеристики совместно с пространственно-времен­ными определяют характер движений человека.

Момент времени

Момент времени (или мгновение) — это временная мера положе­ния точки, тела и системы в начале, в ходе движения и в конце. Момент времени определяется промежутком времени до него от начала отсчета (положение на оси времени)

Определяя, где была точка в пространстве, необходимо опреде­лить, когда она там была.

Момент времени нужно определять не только для начала и окончания движения, но и для других важных мгновенных поло­жений. В первую очередь это моменты существенного изменения движения: заканчивается одна часть (фаза) движения и начина­ется следующая (например, отрыв от опоры—это момент окончания фазы отталкивания и начала фазы взлета).

Длительность движения

Длительность движения — это его временная мера. Она изме­ряется разностью моментов времени окончания и начала движения в неизменной системе отсчета.

Отвечая на вопрос: «Какое расстояние в пространстве пройдено в движении?»,— необходимо выяснить и другой: «Сколько времени затрачено на это?». Из значения момента времени окончания движения вычитается значение момента времени его начала. Полученная вели­чина промежутка времени характеризует длительность движения (длительность одной фазы движения, длительность ряда фаз или период движения, например период полета). Момент времени не имеет длительности. Он служит границей двух смежных промежутков вре­мени.

Естественно, что для определения длительности движения надо пользоваться одними и теми же началом отсчета времени и единицами отсчета.

При движении могут быть и остановки (паузы, перерывы в движе­нии). Следует также измерять их длительность.

3.3. Темп движений

Темп движений—это временная мера повторности движений1. Он измеряется количеством движений, повторяющихся в единицу времени:

При многократном повторении движений их длительность может быть одинаковой. В этих случаях понятием «темп» характеризуется протекание движения во времени.

Темп—величина, обратная длительности движений: эти понятия связаны обратно пропорциональной за­висимостью. В практических условиях темп проще определять, чем длительность. Темпы движений удобнее сравнивать, если брать более крупные единицы времени. Например, при длительности шагов лыж­ника-гонщика в 0,55 сек. и 0,51 сек. частота шагов будет 18,0 и 19,5 в 10 сек., или, что иногда удобнее для подсчета и сравнения, 108 и 117 шагов в одну минуту.

Темп движений может служить в отдельных случаях показателем совершенства владения техникой. У квалифицированных спортсменов (пловцов, гребцов, бегунов и др.) он выше, чем у неквалифицирован­ных, следовательно отдельные движения у первых чаще. На темпе движений может отражаться утомление: в одних видах движенийонповышается (учащение шагов при их укорочении в беге), в других — понижается (неспособность поддерживать заданный темп, например, в гребле).

Ритм движений

Ритм движений — это временная мера соотношения частей дви­жений. Он определяется по соотношению промежутков времени, затраченного на соответствующие части движения:

Ритм определяют как соотношение двух периодов времени (напри­мер, опоры и полета в беге) или длительности двух фаз периода (на­пример, фазы амортизации и фазы отталкивания в опорном периоде). Можно говорить и о ритме ряда фаз (например, соотношение длитель­ностей пяти фаз скользящего шага в лыжном ходе).

С точки зрения биомеханики в каждом движении есть ритм, посколь­ку имеются различающиеся части движений определенной длитель­ности. То, что в практике называется неритмичным движением, в биомеханике следует расценивать как ритм нерационального движе­ния или несоблюдение заданного ритма.

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Пространственно-временные характеристики определяют изменение положения и движения человека во времени.

Скорость точки и тела

Таким образом, скорость характеризует и быстроту, и направление движения2.

Если для расчета скорости берется все время движения и соответст­вующее суммарное перемещение (путь), то получается средняя скорость на данном участке пути. Такова же скорость в любое мгновение в любой точке траектории при постоянном (равномерном и прямолинейном) движении. Но у человека, как правило, движение точек тела переменное (неравномерное и криволинейное), поэтому модуль и направление скорости в течение движения изменяются. В таком случае движение на протяжении его выполнения более точно характеризуется мгновенными скоростями.

Мгновенная скорость точки — это мера быстроты изменения по­ложения точки в данный момент времени. Она измеряется преде­лом отношения вектора перемещения к соответствующему про­межутку времени (в данной системе отсчета), когда этот промежу­ток стремится к нулю:

Скорость точки (линейная) как вектор совпадает по направлению с вектором перемещения. Это наглядно видно в прямолинейном дви­жении. В криволинейном движении вектор мгновенной скорости, как предел элементарного перемещения (величина — хорда, направле­ние — секущая), совпадает с касательной в данной точке траектории и направлен в сторону движения.

Как положение тела определяется по положению его точек, так и скорость тела определяется по скоростям его точек. При посту­пательном движении скорости всех точек тела (линейные) одинаковы. При вращательном же чем дальше точка от оси вращения (больше радиус), тем больше ее линейная скорость. Отноше­ние линейных скоростей всех вращающихся точек твердого тела к их радиусам одинаково. Эта величина — угловая скорость (w)

Отсюда линейная скорость точки вращающегося тела равна произ­ведению угловой скорости и радиуса вращения: v=wr/

Угловая скорость тела (мгновенная) — это пространственно-временная мера быстроты изменения положения тела во враща­тельном движении. Она измеряется пределом отношения углового перемещения тела (угла поворота) к соответствующему промежут­ку времени (в данной системе отсчета), когда этот промежуток стремится к нулю.

Таким образом, угловая скорость тела может быть измерена по его угловому перемещению, а также по линейному перемещению какой-либо его точки и по ее радиусу вращения (радиус траектории в данный момент). Сложное движение твердого тела можно определить по линей­ной скорости ОЦТ и угловой скорости вращения тела вокруг оси, проходящей через его ОЦТ.

Угловая скорость недеформирующейся системы тел определяется и измеряется так же, как у твердого тела. Но человек, меняя позу, представляет собою биомеханическую систему, изменяющую свою конфигурацию. В этих условиях определение скоростей вращательных движений и их измерение очень затруднено.

Вследствие вращательного характера движений звеньев в суставах направление скоростей точек всегда переменно. Благодаря тяге мышц синергистов и антагонистов под действием множества других сил мо­дули линейных скоростей точек и угловых скоростей звеньев почтине бывают постоянными.

Таким образом, скорости звеньев все время из­меняются как по направлению, так и (почти всегда) по модулю.

Источник

Пространственно-временные характеристики

Основная из них — скорость движения.

Скорость движения — это отношение длины пути, пройденного телом (или какой-то частью тела), к затраченному на этот путь времени.

При определении скорости в поступательном движении ее обычно из­меряют в метрах в секунду (линейная скорость), а при вращательном — в радианах в секунду (угловая скорость).

Если скорость движения постоянна, то такое движение называют рав­номерным, а если она изменяется, — неравномерным. Изменение скоро­сти в единицу времени называют ускорением. Оно может быть положитель­ным, имеющим одинаковое направление со скоростью (скорость возрастает) и отрицательным, имеющим направление противоположное направлению скорости (скорость убывает).

Движения, выполняемые без скачкообразного изменения скорости, называются плавными, а движения неравномерно-ускоренные или нерав­номерно замедленные, т.е. движения «скачками», называют резкими. Обычно резкие движения одновременно бывают и неточными, резкие из­менения скорости свидетельствуют о плохо выполненном или неверно ус­военном двигательном действии.

В зависимости от величины скорости выделяют также быстрые и мед­ленные движения. Кроме того, различают скорость оптимальную, т.е. наиболее удобную, и максимальную. Скорость бывает свободная и вы­нужденная. Например, у лыжника при подъеме в гору скорость произ­вольная, при спуске с горы — вынужденная.

Понятие «скорость движения» не следует отождествлять с понятием «скорость передвижения».

Скорость передвижения зависит не только от скорости соответствую­щих движений, но и от других факторов. Например, в беге — от длины и частоты шагов, сопротивления воздуха и т.п. Скорость движений играет очень существенную роль в обеспечении эффективности выполняемых дви­гательных действий. Так, именно от скорости движений метателя, осо­бенно к моменту выброса снаряда, зависит дальность броска. Без высокой скорости движений в момент толчка при прыжках невозможно прыгнуть высоко или далеко.

Есть упражнения, в которых для достижения наибольшего результата важна не максимальная, а оптимальная скорость. К примеру, при мета­нии копья необязательно стремиться к максимальной скорости стартово­го разгона. Необходимо определить для каждого занимающегося такую скорость, которая обеспечивала бы наилучшее выполнение финального усилия.

В некоторых действиях от скорости движений зависит своевременное решение тех или иных двигательных задач. Например, занятие выгодной позиции в спортивной игре, предупреждение нападения противника и т.д. При выполнении циклических упражнений (бег, плавание, гребля и др.)

в соревновательных условиях большое значение имеет умение точно вы­держивать заранее запланированную скорость, т.е. проходить отдельные отрезки дистанции со скоростью по заранее составленному графику. Это позволяет целесообразно распределять свои силы на дистанции и отдалять момент наступления утомления. Умение произвольно управлять скорос­тью движений называют чувством скорости. Педагог, устанавливая опре­деленную скорость движений для занимающихся, при овладении техникой двигательных действий должен учитывать, решаемую двигательную зада­чу, особенности изучаемого упражнения, внешние условия, возраст, пол и степень физической подготовленности занимающихся, состояние орга­низма в данный момент времени и т.д.

Силовые характеристики

В практике для силовой характеристики движений пользуются поня­тием «сила движения».

Сила движения — это мера физического воздействия движущейся час­ти тела (или всего тела) на какие-либо материальные объекты, например, почву (при беге, прыжках ит.д.), какие-либо предметы (при поднима­нии, метании и т.п.) и т.д. Именно такую меру физического воздействия необходимо иметь в виду, когда говорят о силе отталкивания в прыжках, силе удара в боксе, силе рывка в метаниях и т.д.

Понятие «сила движения» является обобщенным. Хотя сила и зависит от прилагаемых мышечных усилий (напряжения), ее не следует отождеств­лять с мышечной силой.

Сила движения человека представляет собой результат совокупного вза­имодействия внутренних и внешних сил. Знание сил, действующих на чело­века, облегчает понимание техники физических упражнений и поиска ее эффективных вариантов.

Внутренними силами являются:

— активные силы опорно-двигательного аппарата — силы тяги мышц;

— пассивные силы опорно-двигательного аппарата — эластичные силы мышц, вязкость мышц и др.;

— реактивные силы — отраженные силы, возникающие при взаимо­действии звеньев тела в процессе движения.

Внутренние силы, в частности сила мышечной тяги, обеспечивают сохранение и направление изменения взаимного расположения звеньев человеческого тела. Посредством мышечных тяг человек управляет движе­ниями, используя внешние и остальные внутренние силы.

Внешние силы складываются из:

— силы тяжести собственного тела;

— силы реакции опоры;

— силы сопротивления внешней среды (воды, воздуха, снега), внешнего отягощения, инерционных сил перемещаемых человеком тел.

Сила тяжести действует постоянно и всегда направлена вертикально вниз. Она является: движущей силой — при перемещении тела вниз (при Падении и спуске с гор); тормозящей — при перемещении тела вверх.

Сила реакции опоры равна по величине силе, действующей на опору и направлена в противоположную сторону. Она зависит от веса тела, ско-

рости движения, от степени трения и других причин. Эта сила особенно проявляется при катании на коньках, ходьбе на лыжах и т.д.

Сила сопротивления внешней среды (воздуха и воды) в одних случаях положительно, а в других — отрицательно сказывается на решении двига­тельных задач. Например, конькобежцы показывают более высокие ре­зультаты на высокогорных катках, где воздух имеет меньшую плотность. В то же время результаты в метании диска и копья с падением плотности воздуха значительно ухудшаются. Это вызвано тем, что уменьшение плот­ности, хотя и снижает лобовое сопротивление данных снарядов, но одно­временно и уменьшает подъемную силу.

Силы трения при выполнении физических упражнений также прояв­ляют себя двояко: они полезны и вредны. Например, сила трения лыж о снег тормозит скольжение лыжника вперед. В этом случае сила трения направлена назад. При отталкивании же лыж от снега сила трения удер­живает лыжу на снегу, не дает ей проскользнуть назад. В этом случае сила трения направлена вперед.

Сила инерции или сила отдачи — это реакция, испытываемая какой-либо частью тела со стороны ускоряемого звена тела. В одних случаях инерционные силы выгодны, например, когда легкоатлет использует при толкании ядра инерцию движения всего тела. В других — они затрудняют выполнение действия. С этим нередко сталкиваются, например, гимнас­ты при маховых упражнениях на снарядах. Чаще всего инерционные силы полезны только до некоторых своих величин. От умения занимающихся правильно использовать возникающие инерционные силы зависит эффек­тивность выполнения двигательного действия. Наиболее полное использо­вание инерционных сил в качестве «добавок» к активным силам — один из важнейших показателей технического мастерства.

При овладении техникой двигательных действий нужно стремиться к возможно более полному использованию всех движущих сил при одновре­менном уменьшении сил тормозящих.

Ритмическая характеристика

Определяется как соразмерность во времени сильных, акцентирован­ных движений, связанных с активными мышечными усилиями и напряже­ниями, и слабых, относительно пассивных движений.

Ритм является комплексной характеристикой, отражающей определен­ное соотношение между отдельными частями, периодами, фазами, эле­ментами какого-либо физического упражнения по усилиям, во времени и пространстве.

Ритм движений присущ как повторяющимся (циклическим), так и однократным (ациклическим) двигательным действиям. Ритм обычно оп­ределяют путем измерения соотношения длительности каких-либо фаз, которые характерны для данного физического упражнения. Например, ритм в беге на коньках выражается ритмовым коэффициентом, который равен отношению времени отталкивания ко времени свободного скольже­ния. Для коротких дистанций это отношение равно 3,39, для средних — 3,0, для длинных — 2,57. Отсюда видно, что бег на короткие дистанции отличается по ритмовому показателю от бега на средние и длинные дис-

I ласа *t. орсдиюа ^лурплп^иоагшл ^иотсилии 1чуло(у(ля (ininuuin

танции. Ритм движений может быть рациональным, т.е. правильным, способствующим высокому результату, и нерациональным, т.е. снижаю­щим результаты. Так, рывок и подъем штанги на грудь могут выполняться в двухтактном (рациональном) и однотактном (нерациональном) ритмах. В первом случае движение начинается со старта энергично, затем, на уровне коленей, усилие резко снижается и в подрыве вновь увеличивается; во втором — без акцентирования в фазе подъема штанги со старта и под­рыва. Рациональный ритм, в технически совершенно выполненном кем-либо действии, нельзя рассматривать как некий абстрактный идеальный ритм, одинаково пригодный для всех. У каждого занимающегося в силу его индивидуальных особенностей должен быть свой ритм выполнения дви­жения. Однако индивидуализация ритма не должна выходить за известные границы, определяемые основной объективно рациональной структурой данного действия. Различают также постоянный (стабильный) и перемен­ный (вариативный) ритмы. На изменение ритма при выполнении физи­ческого упражнения влияют решаемая двигательная задача, внешние ус­ловия, состояние занимающихся. К примеру, ритм передвижения на лыжах в плохих условиях скольжения будет иным, чем ритм при хороших. На­пример, при передвижении попеременным двухшажным ходом происхо­дит некоторая перестройка в характере временных соотношений фаз дви­жений в цикле — уменьшается длительность фаз отдыха и увеличивается длительность рабочих фаз. Подобная вариативность ритма движений обес­печивает достижение и поддержание хотя пониженной, но оптимальной для плохих условий скорости передвижения.

В циклических упражнениях (в беге, плавании, передвижении на лы­жах и т.д.) правильно выбранный, целесообразный при данных условиях ритм обеспечивает проявление необходимой скорости и достаточно дли­тельное сохранение соответствующей работоспособности организма. В ациклических действиях (прыжках, метаниях и др.) рациональный ритм содействует наилучшей концентрации усилий и максимальному использо­ванию двигательных возможностей человека в наиболее решающий момент выполнения упражнения. При овладении техникой физических упражне­ний ритм движений можно выражать музыкой, с помощью счета или вы­стукивания.

Источник

Пространственно-временные характеристики мира. Различные модели пространства и времени — Свойства пространства и времени

Пространство и время — это категории, обозначающие фундаментальные формы существования материи. Пространство выражает порядок существования отдельных объектов, а время — порядок смены явлений и состояний материи. Пространство и время также служат одним из основных средств построения теоретических моделей, интерпретирующих экспериментальные данные.

Все тела имеют определенную окружность — длину, ширину, высоту. Они по-разному расположены друг к другу, образуют части той или иной системы. Пространство — это форма координации существующих объектов, состояний материи. Порядок сопоставления этих объектов и их состояния формируют структуру пространства.

Явления характеризуются продолжительностью существования, последовательностью стадий развития. Процессы происходят либо одновременно, либо один раньше или позже другого. Все это означает, что тела существуют и движутся (изменяются) во времени.

Время — это форма координации изменяющихся объектов и их состояний. Порядок, в котором меняются эти объекты и состояния, образует структуру времени.

Пространство и время — это универсальные формы существования, координации объектов. Универсальность этих форм бытия заключается в том, что они являются формами бытия всех объектов и процессов, которые были, есть и будут в мире. Все расширяется и сохраняется в мире.

Свойства пространства и времени

Единство и множественность свойств пространства и времени. Поскольку пространство и время неотделимы от материи, правильнее было бы говорить о пространственно-временных свойствах и отношениях материальных систем. Выделяются общие и специфические свойства пространства и времени, изучаются особенности пространства и времени в микромире и мегамире. Среди универсальных свойств пространства и времени следует отметить:

Общие свойства пространства

Там, где есть взаимодействие и движение материи, сопоставление и соединение ее элементов, там должны быть пространство и время; там, где есть сохранение материи, длительность ее существования и последовательность изменений состояния, там будет время, которое включает все эти процессы в свое содержание.

К общим свойствам пространства относятся:

Общие свойства времени

Подобно расширению пространства, длительность также является одним из свойств метрики. Отсутствие какой-либо длительности, связанной, например, с состоянием материи, подобным сингулярности (объект с бесконечной плотностью, гравитационным полем и точечными измерениями), означало бы, что материя в этом состоянии не имеет способности поддерживать и последовательно менять состояния, что равносильно отрицанию всего материального бытия.

Даже на отдаленное будущее нельзя повлиять, пока оно не появится, потому что оно еще не существует в реальности. Можно влиять на настоящие события и ближайшие будущие события, которые непосредственно вытекают из них. Понятие «настоящее» полисемантично (как и понятие «настоящее») в том смысле, что оно охватывает различные промежутки времени. Таким образом, для человека крайне ограниченное настоящее — это доля секунды, которую очень трудно осознать. Все, что было раньше, относится к прошлому, все, что будет потом, относится к будущему. Но это настоящее, в зависимости от интервала и масштаба сравниваемого события, может быть расширено до часа, дня, года и большего интервала времени, как и понятие одновременности.

Изотропия и неоднородность пространства

Для объективно существующих систем настоящее охватывает период времени, в течение которого они могут физически взаимодействовать друг с другом посредством обмена веществом и энергией. Если бы скорость распространения влияний была бесконечной, то настоящее представляло бы собой произвольно малый момент времени, который обеспечивает мгновенный срез всех событий во Вселенной — настоящего, прошлого и будущего. Однако скорость распространения воздействий всегда конечна и не превышает скорость света в вакууме. Для элементарных частиц это будут очень маленькие отрезки, но для галактики они увеличиваются до сотен тысяч лет, а в больших системах они будут еще более значительными. В рамках этого настоящего для больших систем могут быть размещены события прошлого, настоящего и будущего малых систем, которые существуют гораздо более короткое время, например, жизнь определенных поколений людей. Действие всегда происходит только в одном направлении: из прошлого в настоящее и из настоящего в будущее, но никогда наоборот.

Теперь рассмотрим специфические и локальные пространственно-временные свойства систем. Пространственные свойства включают:

Изотропия и неоднородность пространства. Изотропия означает отсутствие изолированных направлений (вверх, вниз и т.д.), независимость свойств тел, движущихся по инерции, от направления их движения. Полная изотропия существует только в вакууме, тогда как в структуре реальных тел наблюдается анизотропия в распределении сил связи. В одних направлениях они расходятся лучше, чем в других. Аналогично, полная однородность свойственна только абстрактному евклидову пространству и является идеализацией. Реальное пространство материальных систем неоднородно и отличается метрикой и величиной кривизны в зависимости от распределения гравитационных масс.

Специфические свойства пространства-времени

В биологических системах существуют специфические свойства пространства-времени: Асимметрия в расположении атомов в молекулах белков и нуклеиновых кислот, присущие организму временные ритмы и темпы изменений внутри организменных и надорганических биосистем, взаимосвязь и синхронизация ритмов друг с другом и с вращением Земли вокруг своей оси и сменой времен года.

Точно так же в обществе существуют специфические пространственные отношения между его элементами, собственные ритмы и темпы изменений в различных сферах общественной жизни, проявляется ускорение темпов развития с прогрессом науки и техники.

Но во всех этих и других системах проявляются вышеупомянутые общие свойства пространства и времени и большинство их общих свойств.

Поле и вещество и их взаимосвязь

Под веществом подразумеваются различные частицы и тела, которым присуща масса покоя, в то время как поля и их кванты не имеют массы покоя, хотя обладают энергией, импульсом и многими другими свойствами. Поля и материя не могут находиться в оппозиции друг к другу. Если рассматривать структуру материи, то во всех системах внутреннее пространство будет «занято» полями, сами частицы будут иметь ничтожно малую долю от общего объема системы, т.е. поля являются частью структуры материи. Кванты полей, в свою очередь, являются частицами, принадлежащими материи. В этой неразрывной взаимосвязи частиц и полей проявляется одна из важнейших особенностей проявления единства прерывности и непрерывности в природе.

Между тем, идея Планка была обоснована экспериментами с различными объектами в микросостояниях, из которых следует одно и то же значение h. Они подтвердили универсальный характер постоянной Планка, которая характеризует не любое конкретное микросостояние объекта или любое конкретное действие (включая наблюдение), а фундаментальный закон природы — существование универсального предела минимально возможного значения квантового действия. В этом смысле постоянная Планка h является такой же фундаментальной физической величиной, как скорость света в вакууме c, значение которой также характеризует не только скорость конкретного физического процесса, но и фундаментальный закон природы — c

Универсальный характер постоянной Планка проявляется также в том, что все физические свойства, которыми обмениваются два взаимодействующих объекта (один из которых обязательно микроскопический), могут быть выражены через нее. Действительно, размерность элементарного кванта действия.

Поскольку в микромире время и расстояние остаются непрерывными, из этого непосредственно следует понятие дискретности, квантование энергии, импульса и порыва.

Осознание значения открытия Планка как скачка в духовном развитии всего человечества может прийти только после глубокого осмысления идей неклассической физики. Речь идет о решении проблемы сочетания целостности и сложности в микромире.

Принцип причинности

Классическая физика предполагает следующее понимание причинности: состояние механической системы в начальный момент времени с известными законами взаимодействия частиц является причиной, а ее состояние в последующее время — следствием.

Известны простые причинно-следственные связи: одна причина — одно следствие; сложные причинно-следственные связи: несколько причин — одно следствие; одна причина — несколько следствий; прямые и косвенные причинно-следственные связи. Различайте взаимодействие: Явление-причина испытывает эффект, обратный своему собственному эффекту. Дальнейшее развитие причинно-следственных связей — рассмотрение условий, причин, причинных оснований.

Что представляет собой наш мир: является ли он событийным или процессным, и каковы причины необратимости и многовариантности, наблюдаемых в нашем мире? Вывод таков: мир событийен, многовариантность присуща событиям, отсутствие жесткого детерминизма делает невозможным отмену событий, что делает наш мир необратимым.

Необратимость — это необратимое свойство реальности. Стрела времени. Существование парадокса времени было отмечено почти одновременно в конце девятнадцатого века как с научной, так и с философской точек зрения. В работах философа Анри Бергсона время или «длительность» играет центральную роль в обсуждении отношений между человеком и природой и границ науки. Наука достигла успеха только тогда, когда ей удалось свести природные процессы к монотонному повторению. Но всякий раз, когда наука пыталась описать творческую силу времени, возникновение нового, она неизбежно терпела неудачу. Согласно Бергсону, наше понимание природы должно основываться не на объектах, выделенных наукой за их повторяющееся временное поведение, а на нашем собственном субъективном опыте, который в первую очередь является опытом длительности и творения. Проблема времени стала частью нового осознания становления как фундаментальной категории осознанности.

Две концепции времени

В XIX веке возникли две концепции времени. Один из них восходит к динамике, другой — к термодинамике. С точки зрения классической динамики, время не означает становление. Возникло противоречие теорий: обратимые во времени законы динамики против второго закона термодинамики, связанного с необратимой эволюцией к равновесию. Из классической динамики следует отрицание стрелы времени. Принцип, которым руководствовались Галилей и Гюйгенс, был четко сформулирован Лейбницем, который назвал его «принципом достаточного основания». До Больцмана принцип достаточного основания традиционно приравнивался к детерминистическому отношению между причиной и следствием, поскольку он утверждает, что в природе «полной» причине любого преобразования соответствует его «полное» следствие. Эквивалентность между причиной и следствием, требуемая принципом достаточного основания, была главной отправной точкой.

В мире не существует обратимых процессов. Мы живем в «невероятном» мире, и «стрела времени», указывающая на различия между прошлым и будущим, является следствием этого факта. Почему кажется, что единственная стрела времени управляет всем наблюдаемым миром? Открытие самоорганизации, детерминированного хаоса указывают в направлении науки, ориентированной на время, свободной от парадокса времени, квантового парадокса и космологического парадокса.

Пространство и время в специальной теории относительности (СТО). В специальной теории относительности А. Эйнштейн показал взаимозависимость пространственных и временных свойств объектов и их зависимость от скорости движения относительно данной системы отсчета.

Относительность длины и временного интервала

Рассматривая относительность длин и временных интервалов, А. Эйнштейн пришел к выводу о бессмысленности понятия одновременности: «Два события, наблюдаемые одновременно из одной системы координат, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной». Это потребовало преобразования координат (положения тел) и времени от системы, находящейся в состоянии покоя, к системе, движущейся равномерно и прямолинейно относительно первой. Из этих преобразований следует отрицание неизменности протяженности и длительности, величина которых зависит от движения системы отсчета.

Была установлена относительность длины и временного интервала, равенство пространства и времени и инвариантность пространственно-временного интервала.

Важный вклад в концепцию «равенства» пространства и времени внес Г. Минковский. Он показал органическую взаимосвязь пространства и времени, которые оказались компонентами единого четырехмерного континуума (три пространственные и одна временная координата). С этой точки зрения разделение пространства и времени не имеет смысла. Согласно СТО, статус независимой субстанции природы имеет единое четырехмерное пространство-время.

Пространство и время в общей теории относительности (ОТО). Еще более сложную связь между пространством и временем, с одной стороны, и движением и материей (массой материи) — с другой, по сравнению с СТО, имеет А. Эйнштейн в рамках созданной им общей теории относительности (ОТО).

Оказалось, что наличие в пространстве материальных тел (массы тел) приводит к изменению структуры пространства и оно искривляется. Поэтому для пространственно-временного описания событий в ГТР необходима другая геометрия пространства — неевклидова геометрия. При разработке ГТР А. Эйнштейн опирался на геометрию искривленного пространства, которая ранее была разработана немецким математиком Б. Риманом.

Структура четырехмерного пространства-времени

Так, А. Эйнштейн доказал в ОТО, что структура четырехмерного пространства-времени определяется распределением масс материи. Сам А. Эйнштейн так определил суть ОТО: Раньше считалось, что если каким-то чудом все материальные вещи вдруг исчезнут, то пространство и время останутся. Согласно теории относительности, пространство и время исчезнут вместе с вещами. Следует подчеркнуть, что современная концепция пространства и времени как форм существования материи находит наиболее полное воплощение в ОТО.

Общая относительность — это теория гравитации, теория гравитационного поля. Ее законы проявляются в основном в космических масштабах. Новые свойства искривленного пространства-времени подняли ряд новых вопросов и проблем в космологии и космогонии. Это, например, вопросы однородности и изотропии в искривленном пространстве, вопросы конечности или бесконечности Вселенной и ряд других.

Современные представления о пространстве и времени

Ранее мы выяснили, какие из свойств пространства и времени являются универсальными (общезначимыми), а какие — специфическими (их универсальность не доказана). Отнесение к специфике некоторых свойств пространства и времени еще не означает, что где-то в опыте встречаются исключения. Однако логика стремительного развития естественных наук в прошлом веке показывает, что такие открытия возможны.

Есть основания полагать, что на глубинных уровнях микромира пространство и время прерывны и, подобно материи, квантованы, то есть состоят из неделимых «порций». Предполагаемые кванты пространства могут иметь размер порядка 10-33 см (на порядок планковской длины, которая характеризует масштаб квантовых свойств), но до вхождения в мир таких масштабов современной науке еще далеко.

В настоящее время однонаправленность времени из прошлого в будущее не считается универсальным свойством. Таким образом, в модели «пульсирующей Вселенной» предполагается, что наблюдаемое в настоящее время расширение Вселенной может быть заменено сжатием при определенных условиях. И в математических уравнениях, описывающих эту фазу его эволюции, время поменяет свой знак с положительного на отрицательный, то есть «потечет вспять». Есть и ряд других явлений, парадоксальных с нашей точки зрения.

Специальная относительность объединила пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной многогранник (spacetime). СТО установила зависимость свойств пространства-времени от скорости тел.

Общая относительность (ОО) привела к утверждению о пространстве-времени. Его общий смысл заключается в следующем: метрические свойства пространства-времени определяются распределением и движением гравитационных масс материи, и наоборот, гравитационные силы в любой точке пространства зависят от его метрики. Пространство и время существуют не «сами по себе», а в тесной зависимости от свойств материи.

На странице рефераты по философии вы найдете много готовых тем для рефератов по предмету «Философия».

Читайте дополнительные лекции:

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник