经典力学的局限性是什么

Question

如题所述

Answer 1

经典力学的局限性
1.从低速到高速
经典力学是从日常生活中的机械运动中总结出来的规律，日常生活中的物体运动速度都为低速运动，其速度远远小于光速，如行驶的汽车、发射的导弹、人造卫星及宇宙飞船等，因此经典力学完全适用。有些微观粒子在一定的条件下其速度可以与光速相接近，这样的速度称为高速。高速运动的物体，经典力学就不再适用了，20世纪初，著名物理学家爱因斯坦建立了狭义相对论，狭义相对论阐述了物体在以接近光速运动时所遵从的规律。
（1） 物体的质量与运动速度有关
在经典力学中，物体的质量是不随运动状态改变的。按照20世纪初著名物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论，质量要随物体运动速度的增大而增大。物体的质量与运动速度的关系是
，
式中m0是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。
可见，当v＜＜c时，m≈m0；当v趋近于c时，m趋近于无穷大。因此，当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用；当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了。
（2） 经典力学中速度叠加原理不再成立
设河流中的水相对于河岸的速度为 ，船相对于水的速度为 ，则在经典力学中，船相对于岸的速度为 （矢量和），
这似乎是天经地义的。但是，这个关系式涉及两个不同的惯性参考系，而速度总是与位移（空间长度）及时间间隔的测量相联系。本节教材在“科学漫步”栏目《时间和空间是什么？》一文中提到了牛顿和爱因斯坦的两种不同的时空观。
牛顿认为：空间是独立于物体及其运动而存在的，时间也是独立于物体及其运动而存在的，这是一种经典时空观。在牛顿看来，位移和时间的测量与参考系无关，正是在这种时空的观念下，上式才成立．
爱因斯坦则认为：在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程，甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关，空间与时间与物体及其运动有密切的关系，不能独立存在。这是一种崭新的时空观，并且还在进一步研究。相对论认为，同一过程的位移和时间的测量在不同的参考系中是不同的，因而上式不能成立，经典力学也就不再适用了．
2.从宏观到微观
经典力学是从日常生活中的机械运动中总结出来的规律，因此所观察到的物体都是宏观的。19世纪末到20世纪初，人们相继发现了电子、质子、中子等微观粒子，超出宏观的日常生活经验的领域，发现它们不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学描述。20世纪20年代，建立了量子力学，它能够正确地描述微观粒子运动的规律性，并在现代科技中发挥了重要作用.相对论和量子力学的出现，使人们认识到经典力学的适用范围：只适用于低速运动，不适用于高速运动；只适用于宏观世界，不适用于微观世界。
3.从弱引力到强引力
万有引力定律的发现解释天体运动的规律，并预言和发现了海王星和冥王星，首次把天上的星体运动规律与地面物体的运动规律统一起来．把经典力学推上了当时科学的巅峰。

Answer 2

经典力学只适用于宏观世界不适用于微观世界

首先就是关于速度的一些理论，根据经典物理学的理论，随着时间的推移，物体运动的速度不断增大，最终可以使物体获得任意速度。

目前已知的最速度是光速，但是直至今天也无法将一个物体的运动速度提高到光的速度，这是经典物理学无法解释的。

而爱因斯坦的狭义相对论就可以更好的解释物体在高速运动时，速度与质量之间的关系。所以得出的结论是当物体的速度远小于真空中的光速时，经典力学完全适用，当物体的运动速度接近光速时，经典力学就不适用了。

近代以来，科学家们发现，电子、质子、中子等微观粒子，不仅具有粒子性，同时还具有波动性，它们的运动很多情况下都不能用经典力学来说明。

直到20世纪20年代，量子力学的出现才真正揭示了微观世界的基本规律。所以说，经典力学只适用于宏观世界不适用于微观世界。

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Answer 3

经典力学只能在宏观、低速的情况下才能比较准确在描述物体的运动和力的关系。
例如在高速运动的情况下，物体的质量要变大，牛顿力学无法解释，这时候就要使用相对论解释。在描述电子的运动的时候使用动力和力的经典理论计算出电子的轨道和实验情况完全不相符合，这时候就要使用量子理论。
所以说经典力学也存在局限性，只适用于低速、宏观领域。