Dezvoltarea fizicii în secolele 17-18 a fost pregătită prin lucrări, observații, idei, presupuneri ale oamenilor de știință din antichitate și Evul Mediu. Newton însuși a spus că succesele sale se datorează faptului că "... stătea pe umerii giganților". Newton a creat dinamica - doctrina mișcării corpurilor, care a intrat în știință și numită "mecanica lui Newton". La începutul cursului nostru au fost formulate așa-numitele principale ghicitori mondiale, dintre care una este problema mișcării (cauze, surse, legi ale mișcării).
Unul dintre primii care se gândeau la esența mișcării a fost Aristotel. Aristotel definește mișcarea ca o schimbare a poziției corpului în spațiu. Spațiul, conform lui Aristotel, este plin de materie, un fel de eter sau o substanță transparentă, cum ar fi aerul. Nu există goluri în natură ("natura este frică de gol"). Locul corpului este dat de materie, care este direct în contact cu suprafața sa. Prin urmare, o mișcare corectă sau adevărată este o schimbare a locului corpului. Odată cu antrenarea corpului de către mediul înconjurător, acesta "se odihnește de fapt", iar o astfel de mișcare nu necesită nici o forță care să acționeze asupra ei ca cauză a mișcării. (Deci, o barcă care plutește de-a lungul curentului este "de fapt" în repaus.) Aristotel consideră patru cauze ale mișcării:
Aristotel a introdus conceptele despre mișcările naturale și violente. Care este sursa mișcării? El întreabă. La urma urmei, materia însăși este inertă, pasivă. Corpul autopropulsat trebuie să aibă, prin urmare, o sursă de mișcare. Pentru mișcările locale, adică mișcările din interiorul Pământului, el introduce noțiunea de "loc natural". dorința pentru care se află în fiecare trup care efectuează "mișcarea naturală". Pentru corpurile grele, un astfel de loc natural este Pământul, iar pentru plămâni există un foc sau o minge de foc situată deasupra aerului.
Conceptul de forță. În argumentele sale, Aristotel a folosit noțiunile de forță, fără să-i dea o definiție strictă. El a distins trei tipuri de rezistență: forța, presiunea și impactul. El a considerat, de asemenea, tipuri mai complexe de mișcare, de exemplu, rotațional, și a ajuns la conceptul momentului forței F * r ca cauză de rotație.
Pentru o cădere naturală, Aristotel a postulat legea V = F / w, unde V este viteza, F este forța aspirației corpului spre locul său natural. w este rezistența la aer. Astfel, în absența rezistenței la aer, rata de incidență a corpului este infinită. Prin urmare, în natură nu există nici o goliciune. Potrivit lui Aristotel, forța dorinței corpului pentru un loc natural este proporțională cu masa sa, adică Corpurile grele cad mai repede (o afirmație ulterioară disputată de Galileo). Toate acestea, conform lui Aristotel, sunt adevărate pentru "naturale", adică în cadrul mișcării Pământului. Corpurile cerești, conform lui Aristotel, tind să "perfecteze" mișcarea de-a lungul circumferinței, astfel încât mișcările lor nu necesită nici o forță.
Mărimea mișcării. O contribuție semnificativă la formarea unei imagini mecanice a lumii a fost făcută de Rene Descartes - un matematician și filozof francez (1596-1650). Lumea lui Descartes constă din materie ca o extensie simplă, înzestrată doar cu caracteristici geometrice și mișcare. Descartes a formulat o lege care precizează constanța cantității de mișcare mV, egală cu produsul forței aplicate pentru timpul acțiunii FDt, numită impulsul de forță. (mV = FDt). El a sugerat, de asemenea, utilizarea unui sistem de coordonate dreptunghiulare (ortonormale) (X, Y, Z) în matematică, numit sistemul de coordonate carteziene.
Mecanica lui Galileo ca bază a mecanicii lui Newton
Se știe că Euclid și-a construit geometria, introducând la început postulate, axiome, definiții. În același mod, Galileo a acționat, creându-și mecanica. La fel cum Euclid a stabilit relații în spațiu, Galileo a dezvăluit natura mișcării corpurilor. El a introdus definițiile forței, vitezei, accelerației, mișcării uniforme, inerției, conceptului de viteză medie și accelerației medii. Viteza, în special, a definit ca raportul dintre distanța parcursă și timpul petrecut, iar forța a comparat un astfel de concept matematic ca vector, adică a folosit limbajul științific modern practic.
Galileo a formulat patru axiome.
Axiomul 1 (legea inerției). Libera mișcare pe plan orizontal are loc cu o viteză și viteză constante. (Este interesant de observat că această afirmație nu rezultă din experiență - de fapt, în practică, vedem o încetinire treptată a mișcării, iar Galileo a folosit principiul idealizării, un experiment gândit).
A doua axă: un corp care cădea liber se mișcă cu o accelerație constantă, iar viteza finală a corpului căzută dintr-o stare de odihnă. este legată de înălțimea care a fost traversată de această dată ca V 2 = 2gH.
A treia axiomă: căderea liberă a corpurilor poate fi privită ca o mișcare de-a lungul unui plan înclinat, iar planul orizontal corespunde legii inerției.
A 4-a axiomă (principiul relativității) este construită și prin experimente de gândire, prin abstractizare. Galileo a demonstrat că traiectoria corpului care se încadrează deviază de verticală din cauza rezistenței la aer și într-un spațiu fără aer corpul cade exact peste punctul din care a început căderea. Același lucru se întâmplă atunci când corpul cade din catargul unei nave care se mișcă cu o viteză absolut constantă, dar persoana care stă pe țărm, traiectoria căderii sale va fi prezentată sub forma unei parabole. Aici rolul navei este redus la comunicarea cu corpul vitezei inițiale Vo. Într-adevăr, din cursul fizicii școlare știm că traiectoria unui proiectil emis de un tun este de asemenea o parabolă.
În celebra sa lucrare "Dialog despre cele mai importante două sisteme ale lumii: Ptolemaic și Copernic" (1632) (menționat anterior), Galileo a analizat în detaliu principiul relativității. El consideră experiența mentală pe o navă aflată în mișcare. ("De sute de ori, așezat în cabina mea, m-am întrebat: este nava în mișcare sau în picioare încă?"). Astfel, Galileo a formulat principiul, numit Principiul Relativității Galilene, după cum urmează.
În interiorul unui sistem în mișcare uniformă (așa-numitul sistem inerțial), toate procesele mecanice se desfășoară în același mod ca și în interiorul sistemului de odihnă.
În aceeași carte, Galileo a respins ideile lui Aristotel despre mișcare.
La prima ediție a Începuturilor, Newton a scris o prefață, în care vorbește despre tendința științei naturale moderne de a subordona fenomenele naturii legilor matematicii. Mai mult, Newton definește munca sa ca "fundamentele matematice ale fizicii". El scrie că sarcinile fizicii sunt să recunoască forțele naturii din fenomenele mișcării și apoi să explice toate celelalte fenomene ale acestor forțe.
Așadar, amintiți-vă legile faimoase ale mecanicii newtoniene.
Legea, sau legea inerției. (De fapt, aceasta este legea descoperită de Galileo, dar formulată mai strict):
fiecare corp păstrează o stare de repaus sau o mișcare uniformă rectilinie, până când este forțată să o schimbe sub influența unor forțe.
Legea II. Această lege este prin dreapta nucleul mecanicii. El conectează schimbarea momentului corpului (cantitatea de mișcare) cu forța care acționează asupra acestuia. și anume schimbarea momentului corpului pe unitatea de timp este egală cu forța care acționează asupra ei și are loc în direcția acțiunii sale. Deoarece în mecanica Newtoniană masa nu depinde de viteza (în fizica modernă, după cum vom vedea mai târziu, nu este așa), atunci
. unde a - accelerația contracției este egală în mărime și opusă în direcție. Masa din această expresie apare ca măsură de inerție. Este ușor de văzut că, cu o forță constantă de acțiune, accelerația care poate fi dată corpului este mai mică, cu atât mai mult masa.
A treia lege reflectă faptul că acțiunea corpurilor este întotdeauna de natura interacțiunii și că forțele de acțiune și de reacție sunt egale în mărime și opuse în direcție.
Legea IV, formulată de Newton - este legea gravitației universale.
Lanțul logic al acestei descoperiri poate fi construit după cum urmează. Reflectând asupra mișcării Lunii, Newton a concluzionat că este ținut în orbită de aceeași forță, sub influența căreia piatra cade la pământ, adică forța gravitației: „Luna gravitates spre pământ, și prin puterea gravitației este în mod constant se abate de la mișcarea rectilinie și a avut loc pe orbita sa.“ Folosind formula accelerației sale contemporane Huygens centripetă și datele astronomice, el a constatat că accelerația centripetă a lunii în 3600 de ori mai mică decât accelerația unei pietre care se încadrează la pământ. Având în vedere că distanța de la centrul Pământului și centrul Luna de 60 de ori raza Pământului, atunci se poate presupune că forța gravitațională scade cu pătratul distanței. Apoi, pe baza legilor lui Kepler care descriu mișcarea planetelor, Newton extinde această concluzie la toate planetele. ( „Forțele care planetele majore se abat de la mișcarea rectilinie și ținute în orbitele lor, sunt îndreptate spre Soare și pătratul distanței la centru“).
În cele din urmă, exprimând poziția caracterului universal al forțelor de greutate și egală cu natura lor, la toate planetele, care arată că „greutatea corpului pe orice planeta este proporțională cu masa planetei,“ Set proporționalitatea experimentală a greutății corporale și greutatea (gravitate), Newton concluzionează că forța gravitațională dintre corpuri este proporțională cu masa acestor corpuri. Astfel, sa stabilit faimoasa lege a gravitatiei universale, care este scrisa sub forma:
. unde g este constanta gravitationala, determinata mai intai experimental in 1798 de G. Cavendish. Conform datelor moderne, g = 6,67 * 10 -11 N × m 2 / kg 2.
Este important de menționat că în legea gravitației universale masa acționează ca o măsură a gravitației. și anume determină forța gravitațională între corpurile materiale.
Importanța legii gravitației universale constă în faptul că Newton a fundamentat dinamic sistemul copernican și legile lui Kepler.
Notă. Faptul că forța gravitațională este invers proporțională cu pătratul distanței, unii oameni de știință au ghicit înainte de Newton. Dar numai Newton a reușit să dovedească și să dovedească convingător această lege cu ajutorul legilor dinamicii și experimentului.
Este necesar să se acorde atenție unui fapt important, care mărturisește intuiția profundă a lui Newton. De fapt, Newton a stabilit proporționalitatea dintre masă și greutate. ceea ce înseamnă că masa nu este doar o măsură de inerție, ci o măsură a gravitației. Newton era conștient de importanța acestui fapt. În experimentele sale a stabilit că masa inerțială și masa gravitatională coincid cu o precizie de până la 10 -3. Ulterior, A. Einstein, considerând egalitatea maselor inerțiale și gravitaționale drept legea fundamentală a naturii. a pus-o în baza teoriei generale a relativității sau a relativității generale. (Este interesant faptul că în perioada creării relativității generale această egalitate sa dovedit a fi de 5 × 10-9, iar în prezent se dovedește că în termen de 10-12 ani)
În a treia parte a cărții, Newton a subliniat sistemul general al lumii și celeste mecanicii, în special, aplatizarea pământului la teoria polilor, teoria mareelor, mișcarea cometelor, perturbatiilor în mișcarea planetelor, etc. pe baza legii gravitației universale.
afirmația lui Newton că aplatizarea Pământului la poli, s-a dovedit experimental în 1735-1744 gg. ca urmare a măsurării arcului de meridian terestru în zona ecuatorială (Peru) și nord (Laponia) în două expediții ale Academiei de Științe din Paris.
Articole similare
-
Acidificarea corpului este principala problemă a omului modern
-
Examinarea cazului pe fond, principalele etape ale deplasării plângerii constituționale
Trimiteți-le prietenilor: