กลศาสตร์ดั้งเดิมและโฟนอน

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง กลศาสตร์ดั้งเดิมและโฟนอน

กลศาสตร์ดั้งเดิม vs. โฟนอน

กลศาสตร์ดั้งเดิม เป็นหนึ่งในสองวิชาที่สำคัญที่สุดของกลศาสตร์ (โดยอีกวิชาหนึ่ง คือ กลศาสตร์ควอนตัม) ซึ่งอธิบายถึงการเคลื่อนที่ของวัตถุต่าง ๆ ภายใต้อิทธิพลจากระบบของแรง โดยวิชานี้ถือเป็นวิชาที่ครอบคลุมในด้านวิทยาศาสตร์ วิศวกรรม และเทคโนโลยีมากที่สุดวิชาหนึ่ง อีกทั้งยังเป็นวิชาที่เก่าแก่ ซึ่งมีการศึกษาในการเคลื่อนที่ของวัตถุตั้งแต่สมัยโบราณ โดยกลศาสตร์ดั้งเดิมรู้จักในวงกว้างว่า กลศาสตร์นิวตัน ในทางฟิสิกส์ กลศาสตร์ดั้งเดิมอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดใหญ่โดยแปลงการเคลื่อนที่ต่าง ๆ ให้กลายเป็นส่วนของเครื่องจักรกล เหมือนกันกับวัตถุทางดาราศาสตร์ อาทิ ยานอวกาศ ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ และ ดาราจักร รวมถึงครอบคลุมไปยังทุกสถานะของสสาร ทั้งของแข็ง ของเหลว และแก๊ส โดยจะให้ผลลัพธ์ที่มีความแม่นยำสูง แต่เมื่อวัตถุมีขนาดเล็กหรือมีความเร็วที่สูงใกล้เคียงกับความเร็วแสง กลศาสตร์ดั้งเดิมจะมีความถูกต้องที่ต่ำลง ต้องใช้กลศาสตร์ควอนตัมในการศึกษาแทนกลศาสตร์ดั้งเดิมเพื่อให้มีความถูกต้องในการคำนวณสูงขึ้น โดยกลศาสตร์ควอนตัมจะเหมาะสมที่จะศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งได้ถูกปรับแต่งให้เข้ากับลักษณะของอะตอมในส่วนของความเป็นคลื่น-อนุภาคในอะตอมและโมเลกุล แต่เมื่อกลศาสตร์ทั้งสองไม่สามารถใช้ได้ จากกรณีที่วัตถุขนาดเล็กเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ทฤษฎีสนามควอนตัมจึงเป็นตัวเลือกที่นำมาใช้ในการคำนวณแทนกลศาสตร์ทั้งสอง คำว่า กลศาสตร์ดั้งเดิม ได้ถูกใช้เป็นครั้งแรกในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 เพื่อกล่าวถึงระบบทางฟิสิกส์ของไอแซก นิวตันและนักปรัชญาธรรมชาติคนอื่นที่อยู่ร่วมสมัยในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 17 ประกอบกับทฤษฎีทางดาราศาสตร์ในช่วงแรกเริ่มของโยฮันเนส เคปเลอร์จากข้อมูลการสังเกตที่มีความแม่นยำสูงของไทโค บราเฮ และการศึกษาในการเคลื่อนที่ต่าง ๆ ที่อยู่บนโลกของกาลิเลโอ โดยมุมมองของฟิสิกส์ได้ถูกเปลี่ยนแปลงเรื่อยมาอย่างยาวนานก่อนที่จะมีทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งแต่เดิม ในบางแห่งทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ไม่ถูกจัดอยู่ในกลศาสตร์ดั้งเดิม แต่อย่างไรก็ตามเมื่อเวลาผ่านไป หลายแห่งเริ่มจัดให้สัมพัทธภาพเป็นกลศาสตร์ดั้งเดิมในรูปแบบที่ถูกต้อง และถูกพัฒนามากที่สุด แต่เดิมนั้น การพัฒนาในส่วนของกลศาสตร์ดั้งเดิมมักจะกล่าวถึงกลศาสตร์นิวตัน ซึ่งมีการใช้หลักการทางฟิสิกส์ประกอบกับวิธีการทางคณิตศาสตร์โดยนิวตัน ไลบ์นิซ และบุคคลอื่นที่เกี่ยวข้อง และวิธีการปกติหลายอย่างได้ถูกพัฒนา นำมาสู่การกำหนดกลศาสตร์ครั้งใหม่ ไม่ว่าจะเป็น กลศาสตร์แบบลากรางจ์ และกลศาสตร์แฮมิลตัน ซึ่งสิ่งเหล่านี้ได้ถูกพัฒนาขึ้นเป็นอย่างมากในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 18 และ 19 อีกทั้งได้ขยายความรู้เป็นอย่างมากพร้อมกับกลศาสตร์นิวตันโดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำกลศาสตร์เหล่านี้ไปใช้ในกลศาสตร์เชิงวิเคราะห์อีกด้วย ในกลศาสตร์ดั้งเดิม วัตถุที่อยู่ในโลกของความเป็นจริงจะถูกจำลองให้อยู่ในรูปของอนุภาคจุด (วัตถุที่ไม่มีการอ้างอิงถึงขนาด) โดยเคลื่อนที่ของอนุภาคจุดจะมีการกำหนดลักษณะเฉพาะของวัตถุ ได้แก่ ตำแหน่งของวัตถุ มวล และแรงที่กระทำต่อวัตถุ ซึ่งจะกำหนดไว้เป็นตัวเลขที่อาจมีหน่วยกำหนดไว้ และกล่าวถึงมาเป็นลำดับ เมื่อมองจากความเป็นจริง วัตถุต่าง ๆ ที่กลศาสตร์ดั้งเดิมกำหนดไว้ว่าวัตถุมีขนาดไม่เป็นศูนย์เสมอ (ซึ่งถ้าวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก ๆ อย่างเช่น อิเล็กตรอน กลศาสตร์ควอนตัมจะอธิบายได้อย่างแม่นยำกว่ากลศาสตร์ดั้งเดิม) วัตถุที่มีขนาดไม่เป็นศูนย์จะมีความซับซ้อนในการศึกษามากกว่าอนุภาคจุดตามทฤษฎี เพราะวัตถุมีความอิสระของมันเอง (Degrees of freedom) อาทิ ลูกตะกร้อสามารถหมุนได้ขณะเคลื่อนที่หลังจากที่ถูกเดาะขึ้นไปบนอากาศ อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ของอนุภาคจุดสามารถใช้ในการศึกษาจำพวกวัตถุทั่วไปได้โดยสมมุติว่าเป็นวัตถุนั้น หรือสร้างอนุภาคจุดสมมุติหลาย ๆ จุดขึ้นมา ดังเช่นจุดศูนย์กลางมวลของวัตถุที่แสดงเป็นอนุภาคจุด กลศาสตร์ดั้งเดิมใช้สามัญสำนึกเป็นแนวว่าสสารและแรงเกิดขึ้นและมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร โดยตั้งสมมุติฐานว่าสสารและพลังงานมีความแน่นอน และมีคุณสมบัติที่รู้อยู่แล้ว ได้แก่ ตำแหน่งของวัตถุในปริภูมิ (Space) และความเร็วของวัตถุ อีกทั้งยังสามารถสมมุติว่ามีอิทธิพลโดยตรงกับสิ่งที่อยู่รอบวัตถุในขณะนั้นได้อีกด้วย (หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Principle of locality). ในโหมดปกติ (Normal mode) ของขบวนการสั่นสะเทือนผ่านผลึก แอมพลิจูดของการเคลื่อนไหวที่ได้รับการขยายเกินกว่าปกติเพื่อความสะดวกในการดูภาพ; ในผลึกที่แท้จริง, มันเป็นระยะช่องห่างของโครงตาข่ายที่มีขนาดเล็กเกินกว่าโดยปกติอย่างมาก ในทางฟิสิกส์ โฟนอน (phonon) คือ การกระตุ้นโดยรวมในช่วงของคาบเวลา, เป็นการจัดเรียงความยืดหยุ่นของอะตอมหรือโมเลกุลในสสารควบแน่น เช่น ของแข็งและของเหลวบางอย่าง มักจะเรียกว่า อนุภาคเสมือน (quasiparticle) มันแสดงให้เห็นถึงสถานะถูกกระตุ้นใน การควอนไทเซชันในกลศาสตร์ควอนตัมของโหมดของการสั่นสะเทือน (mode of vibration) ของโครงสร้างที่ยืดหยุ่นของอนุภาค หมวดหมู่:โบซอน.

กลศาสตร์ควอนตัม

'''ฟังชันคลื่น''' (Wavefunction) ของอิเล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจนที่ทรงพลังงานกำหนดแน่ (ที่เพิ่มลงล่าง ''n''.

กลศาสตร์ควอนตัมและกลศาสตร์ดั้งเดิม · กลศาสตร์ควอนตัมและโฟนอน · ดูเพิ่มเติม »

ของแข็ง

ของแข็ง (Soild) เป็นสถานะหนึ่งในสี่ของสถานะพื้นฐานของสสาร (สถานะอื่นได้แก่ ของเหลว แก๊ส พลาสมา) ซึ่งมีลักษณะที่สามารถทนและต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงรูปร่วงหรือปริมาตร แตกต่างกับของเหลว วัตถุที่เป็นของแข็งไม่สามารถไหลได้และไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่างและปริมาตรไปตามภาชนะที่บรรจุ อะตอมภายในโมเลกุลของของแข็งอยู่ชิดกันมากและมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคที่หนาแน่นกับอนุภาคอื่น ๆ สาขาของฟิสิกส์มีสาขาหนึ่งที่มีเพื่อศึกษาของแข็งโดยเฉพาะ เรียกว่าฟิสิกส์ของแข็งและมันยังเป็นสาขาหลักของฟิสิกส์สสารอัดแน่น (ซึ่งจะมีการศึกษาเกี่ยวกับของเหลวรวมอยู่ด้วย) ของแข็งที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดในโลกคือ ซิลิกานาโนโฟม (silica nanofoam) มีความหนาแน่นประมาณ 1 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งน้อยกว่าความหนาแน่นของอากาศ เป็นผลิตภัณฑ์ของแอโรเจล (aerogel) ที่ดูดอากาศออก หมวดหมู่:สถานะของสสาร หมวดหมู่:ของแข็ง หมวดหมู่:วัสดุศาสตร์.

กลศาสตร์ดั้งเดิมและของแข็ง · ของแข็งและโฟนอน · ดูเพิ่มเติม »

ของเหลว

รูปทรงของของเหลวเปลี่ยนไปตามภาชนะที่บรรจุ ของเหลว (Liquid) เป็นสถานะของของไหล ซึ่งปริมาตร จะถูกจำกัดภายใต้สภาวะคงที่ของอุณหภูมิและความดัน และรูปร่างของมันจะถูกกำหนดโดยภาชนะที่บรรจุมันอยู่ ยิ่งไปกว่านั้นของเหลวยังออกแรงกดดันต่อภาชนะด้านข้างและบางสิ่งบางอย่างในตัวของของเหลวเอง ความกดดันนี้จะถูกส่งผ่านไปทุกทิศทาง ถ้าของเหลวอยู่ในระเบียบของสนามแรงโน้มถ่วง ความดัน pที่จุดใด ๆ สามารถแสดงเป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้ ที่ซึ่ง \rho เป็น ความหนาแน่น ของของเหลว (ซึ่งกำหนดให้คงที่) และ z คือความลึก ณ จุดใต้พื้นผิวของเหลวนั้น สังเกตว่าในสูตรนี้กำหนดให้ความดันที่ผิวบนเท่ากับ 0 และไม่ต้องคำนึงถึง ความตึงผิวของเหลวมีลักษณะเฉพาะของ แรงตึงผิว (surface tension) และ แรงยกตัว (capillarity) โดยทั่วไปของเหลวจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อถูกความเย็น วัตถุที่จมอยู่ในของเหลวจะมีปรากฏการณ์ที่เรียกว่า แรงลอยตัว (buoyancy) ของเหลวเมื่อได้รับความร้อนจนถึง จุดเดือด จะเปลี่ยนสถานะเป็น ก๊าซ และเมื่อทำให้เย็นจนถึง จุดเยือกแข็งมันก็จะเปลี่ยนสถานะเป็น ของแข็ง โดย การกลั่นแยกส่วน (fractional distillation) ของเหลวจะถูกแยกจากกันและกันโดย การระเหย (vaporization) ที่ จุดเดือด ของของเหลวแต่ละชนิด การเก เนื่องจากโมเลกุลของของเหลวมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน การเคลื่อนที่ของแต่ละโมเลกุลจึงอยู่ภายใต้อิทธิพลของโมเลกุลอื่นที่อยู่ใกล้เคียง โมเลกุลที่อยู่ตรงกลางได้รับแรงดึงดูดจากโมเลกุลอื่นที่อยู่ล้อมรอบเท่ากันทุกทิศทุกทาง ส่วนโมเลกุลที่ผิวหน้าจะได้รับแรงดึงดูดจากโมเลกุลที่อยู่ด้านล่างและด้านข้างเท่านั้น โมเลกุลที่ผิวหน้าจึงถูกดึงเข้าภายในของเหลว ทำให้พื้นที่ผิวของของเหลวลดลงเหลอน้อยที่สุด จะเห็นได้จากหยดน้ำที่เกาะบนพื้นผิวที่เรียบและสะอาดจะมีลักษณะเป็นทรงกลมซึ่งมีพื้นที่ผิวน้อยกว่าน้ำที่อยู่ในลักษณะแผ่ออกไป ของเหลวพยายามจัดตัวเองให้มีพื้นที่ผิวน้อยที่สุด เนื่องจากโมเลกุลที่ผิวไม่มีแรงดึงเข้าทางด้านบน จึงจะมีเสถียรภาพน้อยกว่าโมเลกุลที่อยู่ตรงกลาง การลดพื้นที่ผิวเท่ากับเป็นการลดจำนวนโมเลกุลที่ผิวหน้า จึงทำให้ของเหลวเสถียรมากขึ้นในบางกรณีของเหลวมีความจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่ผิว โดยที่โมเลกุลที่อยู่ด้านในของของเหลวจะเคลื่อนมายังพื้นผิว ในการนี้โมเลกุลเหล่านั้นต้องเอาชนะแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่อยูรอบ ๆ หรือกล่าวว่าต้องทำงาน งานที่ใช้ในการขยายพื้นที่ผิวของของเหลว 1 หน่วย เรียกว่า ความตึงผิว (Surface tension).

กลศาสตร์ดั้งเดิมและของเหลว · ของเหลวและโฟนอน · ดูเพิ่มเติม »