Навигация
Становление экспериментальной физики
31213
знаков
0
таблиц
0
изображений
3. Становление экспериментальной физики
Следует сказать, что в средневековье развития физики в Европе практически не было, а отдельные открытия делались случайно (компас, линза). В эпоху Возрождения появляется новый подход к исследованию, в полной мере начинает развиваться экспериментальный метод - предпосылка для создания классической физики, которая зарождается с конца 16 века. Ведущая роль здесь принадлежит Галилею.
Галилей Галилео (15.02.1564-08.01.1642) – итальянский физик и астроном. Член Академии деи Линчеи (1611). Родился в Пизе в семье музыканта и композитора. В 1581 поступил в Пизанский университет, где изучал медицину, но, увлекшись геометрией и механикой (по трудам Евклида и Архимеда), оставил университет и четыре года самостоятельно изучал математику во Флоренции. С 1589 – профессор Пизанского, в 1592-1610 - Падуанского университета, далее – придворный философ герцога Медичи. Умер в Арчетри близ Флоренции.
Основоположник экспериментального естествознания. Физические работы в области механики, оптики, молекулярной физики. Установил законы свободного падения, движения тел по наклонной плоскости, сложения движений, изохронизма маятника, сформулировал принцип инерции и относительности. Построил подзорную трубу – первый телескоп, с помощью которой сделал астрономические открытия: горы на Луне, спутники Юпитера, фазы Венеры, пятна на Солнце и др. Построил микроскоп, выдвинул идею о конечности скорости света и предложил способ ее измерения. Изобрел термоскоп, определил удельный вес воздуха. За отстаивание учения Коперника о гелиоцентрической системе осужден инквизицией в 1633 и был вынужден отказаться от своих убеждений.
Нет однозначных свидетельств, что Галилей был знаком с трудами Леонардо да Винчи, но ряд историков физики считают, что мысли Леонардо распространялись устным путем среди итальянских ученых и могли дойти до Галилея. К тому же, как уже отмечалось, многие идеи Леонардо содержались в трудах Тартальи, Кардана и Бенедетти.
Галилей с самого начала научной деятельности (в 1589 г. он был назначен профессором математики) проявляет независимость своего мышления. В трактате "О движении" (1590 г.) он выступает с четко антиаристотелевых позиций. Здесь он показывает несостоятельность теории движения, поддерживаемого воздухом, а также аргумента Аристотеля против существования пустоты. Приводимые доказательства строятся на четких экспериментальных данных.
Галилей, как и многие ученые того времени, работал во многих областях физики и не только физики. К числу его наиболее существенных результатов следует отнести открытие законов движения. Это является вершиной достижений Галилея, он заложил два краеугольных камня современной динамики: принцип инерции и классический принцип относительности. В соответствии с принципом относительности законы механики инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея.
Основные принципиальные положения в области механики изложены в двух знаменитых трудах Галилея: "Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой", вышедшей во Флоренции в 1632 г., и "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки, относящихся к механике и местному движению" (в те времена под механикой понималось движение небесных тел), опубликованной в Лейдене в 1638 г. В этих работах он окончательно развенчивает последователей Аристотеля - перипатетиков. Здесь же появляются рассуждения о конечности скорости света, и рассматривается способ ее измерения. В последней работе уже математически четко формулируются законы равнопеременного движения: пропорциональность скорости времени движения, квадратичная зависимость пути от времени, принцип сложения перемещений, параболичность траектории брошенного тела.
Главной же заслугой Галилея является то, что он ввел в исследование новый образ мышления, использовал в полной мере экспериментальный метод. Его наряду с Леонардо следует считать основоположником экспериментального метода в физике. При этом Галилей нигде не дает абстрактного изложения этого метода. Но суть его видна в конкретных постановках и обсуждении исследований частных явлений природы, и можно выделить 4 основные фазы исследования:
1 - восприятие явления, чувственный опыт;
2 - аксиома или рабочая гипотеза с критическим рассмотрением результатов чувственного опыта;
3 - математическое развитие, нахождение логических следствий из принятой гипотезы
4 - опытная проверка, высший критерий всего пути открытия.
Во времена Галилея было и другое направление физики, одним из представителей которого был Декарт.
Декарт Рене (Картезий) (31.03.1596-11.02.1650) – французский философ, физик, математик и физиолог. Родился в Лаэ близ Тура в знатной, но небогатой семье. Окончил иезуитский колледж Ла-Флеш в Анжу (1614) и университет в Пуатье (1616). Был некоторое время военным, путешествовал. В 1628-49 жил в Голландии, в 1649 переехал в Стокгольм, где и умер.
Физические работы в области механики, оптики и строения Вселенной. Ввел понятия количества движения, сформулировал закон его сохранения (но без учета того, что скорость – вектор). Стремился построить общую картину природы, в которой все явления объяснялись бы как результат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи. Злоупотреблял гипотетическими построениями, не имея достаточной экспериментальной основы.
В математике первым ввел понятие переменной и функции, заложил основы аналитической геометрии, которые были представлены в работе "Геометрия" (1637). Основоположник рационализма в теории познания, считал, что человеческий разум играет главную роль при оценке результатов научных исследований.
По Декарту физика должна иметь цель сделать людей "господами и хозяевами природы". Для Декарта физика должна отвечать на вопрос, почему происходят явления, а по Галилею - должна исследовать, как они происходят. Декарт поставил задачу математизации физики по типу эвклидовой геометрии: небольшое количество очевидных аксиом, на которые опирается упорядоченная последовательность выводов. Однако развитие физики в целом показало несостоятельность рассуждений Декарта, но ряд положений сыграл положительную роль в развитии науки, в частности, принцип причинности в общей механике.
Учение Галилея распространялось по Европе, его "Механика" в 1634 г. была переведена на французский язык. Таким образом, у Галилея появились последователи, в числе которых были не только его непосредственные ученики.
Из прямых учеников Галилея наиболее блестящим был Торичелли.
Торичелли Эванжелиста (15.10.1608-25.10.1647) – итальянский физик и математик. Родился в Фаэнце в небогатой семье, воспитывался у дяди, бенедиктинского монаха. Учился в иезуитском колледже, а затем в Риме у Б.Кастелли, друга и ученика Галилея. В 1641 переехал в Арчетри, где помогал Галилею. В 1642 стал придворным математиком герцога Тосканского и профессором математики и физики Флорентийского университета.
Основные работы в области пневматики и механики. В 1643 открыл атмосферное давление, стимулировал изучение вакуума (Торичеллева пустота), нанеся удар по утверждению: “природа боится пустоты”. Усовершенствовал воздушный термоскоп Галилея, переделав его в спиртовой термометр. Объяснил ветер изменениями атмосферного давления. В трактате “О движении свободно падающих и брошенных тяжелых тел” (1641) установил параболичность траектории тел, брошенных под углом к горизонту, доказал другие теоремы баллистики. Сформулировал (1641) закон вытекания жидкости из отверстий сосуда (формула Торичелли).
Первые работы Торичелли были посвящены исследованию механического движения: формулировка принципа движения центра тяжести, изучение движения тела, брошенного под произвольным углом, и истечения жидкости из отверстия в дне сосуда. Он выдвинул гипотезу, эквивалентную закону сохранения энергии. Основным же достижением Торичелли является открытие и исследование атмосферного давления, что вызвало большой резонанс среди физиков. Он также по существу открыл закон о распространении давления газа во все стороны, который окончательно сформулировал Паскаль.
Паскаль Блез (19.06.1623-19.08.1662) – французский математик, физик, философ и писатель. Родился в Клермон-Ферране в семье юриста, занимавшегося также математикой. Получил домашнее образование.
Основные физические работы относятся к гидростатике, где в 1653 сформулировал один из фудаментальных ее законов о полной передаче жидкостью производимого на нее давления (закон Паскаля), установил принцип действия гидростатического пресса. Также высказал идею о зависимости атмосферного давления от высоты, открыл зависимость давления от температуры и влажности воздуха и предложил использовать барометр для предсказания погоды.
Рано проявил выдающиеся математические способности, является классическим примером отроческой гениальности. В 16 лет сформулировал одну из основных теорем проективной геометрии, в 1640-44 сконструировал суммирующую машину. Известен работами по арифметике, теории чисел, алгебре, сформулировал ряд основных положений теории вероятности.
В области философии четко сформулировал основные положения научного познания, развил понятия «философия разума» и «философия сердца».
В его честь названа единица давления - паскаль.
Еще одно открытие Галилея - изохронизм маятника - позволили ему разработать конструкцию маятниковых часов, но она им не была реализована. Гюйгенс, считая себя продолжателем Галилея и Торичелли, создал маятниковые часы, о чем сообщил в 1657 г.
Гюйгенс Христиан (14.04.1629-08.07.1695) – голландский физик, механик, математик и астроном, член Парижской АН, первый иностранный член Лондонского королевского общества. Родился в Гааге в богатой и знатной семье крупного политического деятеля. Учился в университетах Лейдена (1645-47) и Бреда (1647-49). В 1665-81 жил и работал в Париже, с 1681 – в Гааге.
Работы в области механики, оптики, молекулярной физики. Сконструировал первые маятниковые часы (1656) и разработал их теорию, вывел законы упругого удара. В 1678 в мемуарах в Парижскую АН разработал волновую теорию света (Трактат о свете – 1690). Ввел понятие ось кристалла при исследовании двойного лучепреломления, открыл в 1678 поляризацию света. Совместно с Р.Гуком установил (1665) постоянные точки термометра – температуры таяния льда и кипения воды. Показал (1667), что при замерзании вода расширяется. Усовершенствовал телескоп (окуляр Гюйгенса, ввел диафрагмы). Открыл кольцо Сатурна и его первый спутник – Титан. Первым пришел к выводу о сплющенности Земли у полюсов, высказал идею об измерении ускорения свободного падения с помощью секундного маятника.
В 1673 г. в Париже был опубликован шедевр Гюйгенса "Качающиеся часы, или о движении маятника", в котором описано кроме часов движение тел по циклоиде, движение кругового маятника, центробежная сила. Он начал построение динамики нескольких тел, в частности, вывел законы соударения упругих тел, ввел по существу представление о сохранении кинетической энергии при ударе, т.е. утверждал, что произведение "каждого тела" на квадрат его скорости до и после удара не меняется.
В 17 веке широко проводились исследования по аэростатике, которые активизировались после открытия Торичелли атмосферного давления и пустоты. Отто фон Герике (1602-1686) были проведены первые работы по созданию пневматических машин и насосов для откачки воздуха, широко известен его опыт с магдебургскими полушариями.
Бойль, один из наиболее проницательных ученых, воспитанных на трудах Галилея, также вел широкие эксперименты с воздухом: определение веса воздуха, измерение степени разрежения воздуха, доказательство невозможности без воздуха горения, жизни, распространения звука.
Бойль Роберт (25.01.1627-30.12.1691) – английский химик, физик и философ, член Лондонского королевского общества (1663). Родился в Лисморе (Ирландия) в многодетной (14 детей) семье графа Корка. Учился в Итоне, Швейцарии, Италии. С 1654 жил в Оксфорде, в 1668 переехал в Лондон.
Физические работы в области молекулярной физики, световых и электрических явлений, гидростатики, акустики, теплоты, механики. В 1660 усовершенствовал воздушный насос Герике, установил новые факты, которые изложил в “Новых физико-химических опытах, касающихся упругости воздуха”. Показал зависимость точки кипения воды от степени разряжения окружающего воздуха и доказал, что подъем жидкости в узкой трубке не связан с атмосферным давлением. В 1661 открыл закон Бойля, сконструировал барометр и ввел название барометр. Сделал первые исследования упругости твердых тел, был сторонником атомизма. В 1663 открыл цветные кольца в тонких слоях (кольца Ньютона). В 1661 сформулировал понятие химического элемента и ввел в химию экспериментальный метод, положил начало химии как науки.
Бойль сочетал выдающуюся способность к аналитическому мышлению с талантом наблюдателя и экспериментатора. Отличался редкой скромностью и приверженностью к непосредственной научной работе: отказался от предложения стать президентом Лондонского королевского общества, которое было основано во многом благодаря усилиям Бойля.
Бойль открыл свой закон об упругости (давлении) и объеме воздуха, но значение его он сам сначала не понял. Аналогичные исследования независимо провел настоятель монастыря в Дижоне Эдм Мариотт (1620-1684), который опубликовал свои наблюдения в 1676 г. в работе "О природе воздуха" и пришел также к закону Бойля, который французы называют законом Мариотта.
В это же время бурно развивается промышленность, мануфактурное производство. Получили распространение различные машины: водяные двигатели, станки и т.п. При этом возникает необходимость применения естествознания в промышленности для решения задач освоения и передачи механического движения, что дополнительно стимулирует развитие науки.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://lscore.lspace.etu.ru/
Похожие работы
... в истории психологии работа, в которой ставилась задача изучить индивидуальные различия между людьми для определения их пригодности к различным профессиям. Психологические аспекты обучения и развития детей в эпохи Средневековья и Возрождения В средние века обучение было по преимуществу схоластическим, причем на протяжении долгого времени (до XII века) образованными людьми были главным образом ...
... эпохи Возрождения. В ней затронут широкий круг вопросов, касающихся разных сторон природного и общественного бытия. Она оказала большое влияние на дальнейшее развитие культуры и философии. Эпоха Возрождения (Ренессанса), охватывающая период с XIV по начало XVII вв., приходится на последние столетия средневекового феодализма. Вряд ли правомерно отрицать самобытность этой эпохи, считая ее, по ...
... положения христиан и обосновавший тезис свободы воли. Латинская (западная) патристика выдвинула из своих рядов выдающегося «учителя Запада», оказавшего влияние на всю последующую западноевропейскую философию средних веков. Без преувеличения можно сказать, что христианская культура Западной Европы в своем основании опирается на фундаментальные труды Аврелия Августина, епископа Гиппонийского (354— ...
... : 1. Критика самого религиозного мировоззрения 2. Критика социальной роли религии и церкви. Также пытались ответить на вопрос о причине возникновения и существования религии: 1. Невежество и недостаток знаний 2. Страх перед грозными силами природы 3. Сознательный обман одних людей другими. 14. Философия Канта. 1724-1804. теретическая деятельность Канта делится на два периода: 1. ...
0 комментариев