Механика от Аристотеля до Ньютона
Министерство образования
Реферат
По Физике
Механика от Аристотеля до
Ньютона
2000-01 уч. год.
Основная часть
1. Античная механика
По мере накопления знаний о мире задача их систематизации становилась
всё более насущной. Эта задача была выполнена одним из величайших
мыслителей древности( Аристотелем (384-322гг. до н. э.)
[pic]
«Аристотель( «самая универсальная голова» среди древнегреческих
философов»,
сказал Ф. Энгельс про этого великого учёного Древней Греции.
Аристотель родился в Греции , в г. Стагире, расположенном рядом с
Македонией.
В 366 г. до н. э. он приехал в Афины в академию Платона и пробыл там
вместе с Платоном около 20-ти лет.
В 339 г. до н. э. Аристотель организовал в Афинах свой Лицей и
успешно руководил им 13 лет.
Умер Аристотель в 322 году до н. э. на острове Эвбея.
В аристотелевской натурфилософии фундаментальное место занимает учение
о движении. Движение он понимает в широком смысле, как изменение вообще,
различая изменения качественные, количественные и изменения в пространстве.
Кроме того в понятие движения он включает психологические и социальные
изменения - там, где речь идёт об усвоении человеком знаний или об
обработке материалов. Понятие движение включает в себя также переход из
одного состояния в другое, например из бытия в небытие.
Все механические движения Аристотель делит на три вида: круговые,
естественные и насильственные. Круговое движение - это самое совершенное
движение, присущее только небесному миру. Это движение вечно и неизменно, и
причиной его является перводвигатель - бог, живущий за сферой неподвижных
звёзд, где кончается материальная Вселенная.
Земные же движения, где всё несовершенно и имеет начало и конец,
бывают естественные и насильственные. Естественное движение- это движение
тяжёлого тела вниз к центру Мира, к центру Земли, и лёгкого вверх. Это
движение тел происходит само собой, в результате стремления тела занять
своё естественное место. Оно не нуждается в силах. Все остальные движения
на Земле насильственные и могут происходить только под действием внешних
сил ( в том числе равномерное и прямолинейное движение). Свой основной
принцип динамики Аристотель формулирует так: « Всё, что находится в
движении, движется благодаря воздействию другого».
У Аристотеля мы находим также и соображения, дающие основание для,
количественного определения силы. Для того чтобы лучше разобраться в сути
дела
4
введём некоторые современные термины и обозначения: f- сила, действующая на
тело,
р(вес тела. Рассуждения Аристотеля сводятся к следующему: сила
пропорциональна произведению скорости тела, к которому она приложена, на
его вес, т.е.
f= pv = ps/t ,
где s- пройденный путь, t- соответствующее время, а v - скорость.
Но вместе с тем Аристотель верил в бога, противопоставлял земное и
небесное, в центре ограниченной Вселенной он поместил неподвижную Землю,
как тело, обладающее наибольшей тяжестью. За эти и подобные им моменты в
учении Аристотеля ухватилась церковь, превратив их в догмы.
Аристотеля называют крёстным отцом физики: ведь название его книги
«Физика» стало названием всей физической науки.
2. Механика эпохи Возрождения
В середине (( века в Европе начинается быстрый рост городов,
отделение ремесленного (промышленного) производства от натурального
хозяйства. Этот период является началом широкого протестантского движения
против духовной диктатуры католической церкви.
В этой обстановке рождалось новое естествознание. Ф. Энгельс так
охарактеризовал начавшиеся со второй половины (( века период в истории
науки: «Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до
того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и породила
титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и
учёности...». И среди этих титанов эпохи Возрождения Ф. Энгельс одним из
первых называет Леонардо да Винчи ( 1452-1519 гг.), «которому обязаны
важнейшими открытиями самые разнообразные области физики».
«Опыт( отец всякой достоверности. Мудрость( дочь опыта.» утверждал
этот великий учёный.
Леонардо да Винчи родился 15 апреля 1452 года в небольшом городке
Винчи, недалеко от Флоренции.
С 1472 по 1482 год он живёт и работает во Флоренции, с 1482 по 1499
год ( в Милане, затем снова во Флоренции ( 1499(1506 ) и в Милане (
1506(1513). В 1516 году Леонардо да Винчи уезжает во Флоренцию по
приглашению французского короля и там проводит свои последние годы.
«Механика( рай математических наук»,( говорил Леонардо, много времени
и энергии отдавая её изучению. Работы Леонардо в области механики могут
быть сгруппированы по следующим разделам: законы падения тел; законы
движения тела, брошенного под углом к горизонту; законы движения тела по
наклонной плоскости; влияние трения на движение тел; теория простейших
машин( рычаг, наклонная плоскость, блок ); вопросы сложения сил;
определение центра тяжести тел; вопросы, связанные с сопротивлением
материалов. Перечень этих вопросов делается ёщё более значительным, если
учесть, что многие из них разбирались вообще впервые. Остальные же, если и
рассматривались до него, то базировались в основном на умозаключениях
Аристотеля, весьма далёких в большинстве случаев от истинного положения
вещей. По Аристотелю, например, тело, брошенное под углом к горизонту,
должно лететь по прямой, а в конце подъёма, описав дугу круга, падать
вертикально вниз. Леонардо да Винчи рассеял это заблуждение и нашёл, что
траекторией движения в этом случае будет парабола.
Он высказывал много ценных мыслей, касающихся сохранения движения,
подходя
5
вплотную к закону инерции. «Импульс» ( impeto ) есть отпечаток движения,
который
движущее переносит на движимое. Импульс( сила, запечатлённая движущим в
движимом. Каждый отпечаток тяготеет к постоянству или желает постоянства…
Всякий отпечаток хочет вечности, как показывает нам образ движения,
запечатлеваемый в движущимся предмете».
Леонардо знал и использовал в своих работах метод разложения сил. Для
движения тел по наклонной плоскости он ввёл понятие о силе трения, связав
её с силой
давления тела на плоскость и правильно указав направление этих сил.
Ещё до Леонардо да Винчи учёные занимались теорией рычага и блока.
Однако выигрыш в силе происходит за счёт потери во времени. Леонардо
критиковал тех, кто
стремился создать вечный двигатель: «О, искатели вечного движения, сколько
пустых проектов создали вы в подобных поисках! Прочь идите с алхимиками(
искатели золота». «Невозможно, чтобы груз, который опускается, мог поднять
в течении какого ни было времени другой, ему равный, на ту же высоту, с
которой ушёл».
Очень характерно для механики Леонардо да Винчи стремление вникнуть в
сущность колебательного движения. Он приблизился к современной трактовке
понятия
резонанса, говоря о росте колебаний при совпадении собственной частоты
системы с частотой извне. « Удар в колокол получает отклик и приводит в
движение другой подобный колокол, и тронутая струна лютни находит ответ и
приводит в слабое движение другую подобную струну той же высоты на другой
лютне».
Леонардо да Винчи впервые и много занимался вопросами полёта. Первые
исследования, рисунки и чертежи, посвящённые летательным аппаратам,
относятся примерно к 1487 году (первый Миланский период). В первом
летательном аппарате применялись металлические части; человек располагался
горизонтально, приводя механизм в движение руками и нагами.
В дальнейшем Леонардо заменил металл деревом и тростником, верёвки(
жёсткими передачами, а человека расположил вертикально. Он стремился
освободить руки человека: «Человек в своём летательном аппарате должен
сохранять полную свободу движений от пояса и выше( У человека запас силы в
ногах больше, чем нужно по его весу». Однако отсутствие уверенности в том,
что этой силы достаточно для успешного полёта в любых условиях, привело его
к мысли об использовании пружины как двигателя и о планере, с которым можно
осуществить если не полный полёт, то хотя бы парение в воздухе. Он построил
модель планера и готовил его испытание. Стремление обезопасить человека в
процессе этих испытаний побудило его к изобретению парашюта.
Трудно перечислить все инженерные проблемы, над которыми работал
пытливый ум Леонардо.
Умер он в 1519 году во Франции.
Любуясь сегодня великолепными картинами Леонардо да Винчи,
рассматривая его остроумные проекты его различных сооружений, перечитывая
глубокие мысли учёного, благодарное человечество воздаёт и будет воздавать
дань этому гиганту из гигантов эпохи Возрождения.
Однако кроме статики исследовались вопросы астрономии.
«Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей
независимости, было издание бессмертного творения в котором Коперник бросил
( хотя и робко и, так сказать, лишь на смертном одре ( вызов церковному
авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает летоисчисление освобождения
естествознания от теологии» ( так Ф. Энгельс характеризовал значение
великого труда Н. Коперника.
И. Ньютон на склоне лет писал: «Если я видел дальше других, то только
потому, что
6
стоял на плечах гигантов». Одним из этих гигантов был Николай Коперник
(1473(1543 гг.) , сын своей эпохи, первый астроном нашего времени.
[pic]
Н. Коперник родился в городе Торуне 19 февраля 1473 года.
В 1491 году Н. Коперник поступил в Краковский университет, где
увлекался астрономией, сохранив своё увлечение до конца своих дней.
В 1494 году, не закончив Краковский университет, Коперник возвратился
домой.
В начале 1506 года Н. Коперник возвратился на родину, принеся с собой
