Контрольная работа по специальности: «Концепция современного естествознания»

     За  истинность и признание своих  открытий Галилею пришлось вести  сложнейшую борьбу с церковной ортодоксией. Ведь его жизнь и деятельность происходили в атмосфере Контрреформации, усиления католической реакции. Это был трагический для естествознания период истории. Речь шла о суверенитете разума в поисках истины. В 1616 г. учение Коперника было запрещено, а его книга внесена в инквизиционный “Индекс запрещенных книг”. После выхода в свет декрета начались сумерки итальянской науки, в научных кругах воцарило мрачное безмолвие.

     Историческая  заслуга Галилея перед естествознанием состоит в следующем:

     - Галилей разграничивает понятия  равномерного и неравномерного, ускоренного движения;

     - формулирует понятие ускорения  (скорость изменения скорости);

     - показывает, что результатом действия  силы на движущееся тело является  не скорость, а ускорение;

     - выводит формулу, связывающую  ускорение, путь и время S = 1 / 2 ( a t І );

     - формулирует принцип инерции  (“если на тело не действует  сила, то тело находится либо  в состоянии покоя, либо в  состоянии прямолинейного равномерного  движения”);

     - вырабатывает понятие инерциальной системы;

     - формулирует принцип относительности  движения (все системы, которые  движутся прямолинейно и равномерно  друг относительно друга (т.е.  инерциальные системы) равноправны  между собой в отношении описания  механических процессов);

     - открывает закон независимости  действия сил (принцип суперпозиции).

     На  основании этих законов появилась  возможность решения простейших динамических задач. Так, например, Х.Гюйгенс дал решение задач об ударе упругих шаров, о колебаниях физического маятника, нашел выражение центробежной силы.

     Исследованиями  Галилея был заложен прочный  и надежный фундамент динамики и  методологии классического естествознания. Дальнейшие исследования лишь углубляли и укрепляли этот фундамент. С полным основанием Галилея называют “отцом современного естествознания”.

     Целая плеяда ученых ХVII века внесли свой вклад  в развитие предпосылок классической механики (И. Буйо, Дж.Борелли, Гук и др.).

     Обобщение результатов естествознания ХУП  века выпала на долю И.Ньютона (1643 – 1727). Именно Ньютон завершил грандиозную работу постройки фундамента нового классического естествознания. Вразрез с многовековыми традициями в науке, Ньютон впервые сознательно отказался от поисков “конечных причин” явлений и законов и ограничился, в противоположность картезианцам, точным изучением количественных проявлений этих закономерностей в природе.

     Обобщая существовавшие независимо друг от друга  результаты своих предшественников в стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон тем самым явился и родоначальником классической теоретической физики.

     С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции; пропорциональности между количеством движения (mv) и величиной движущей силы (F); равенства по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия. Вершиной научного творчества Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы – закона всемирного тяготения.

     В 1666 г. у Ньютона возникает идея всемирного тяготения, его родства  с силой тяжести на Земле и  идея о том, каким образом можно  вычислить силу тяготения. Доказательство тождества между силой тяготения и силой тяжести на Земле проводится у Ньютона путем вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли; затем Ньютон уменьшает это ускорение пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, после чего оно оказывается равным ускорению силы тяжести у земной поверхности. Обобщая эти результаты, Ньютон приходит к выводу,что для всех планет имеет место притяжение к Солнцу, что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Дальнейший шаг заключался в том, что Ньютон выдвинул тезис, в соответствии с которым сила тяжести пропорциональна лишь количеству материи (массе) и не зависит от формы материала и других свойств тела. Развивая это положение, Ньютон приходит к закону всемирного тяготения в общем виде.

     Не  будет преувеличением сказать, что 28 апреля 1686 года - одна из величайших дат  в истории человечества. В этот день Ньютон представил Лондонскому  королевскому обществу свою новую всеобщую теорию - механику земных и небесных процессов. В систематической форме изложение классической механики было дано Ньютоном в книге “Математические начала натуральной философии”, которая вышла в свет в 1687 году. Современники Ньютона тотчас же высоко и достойно оценили этот уникальный труд.

     Исключительно плодотворным оказался способ изучения явлений природы, разработанный  Ньютоном. Eго учение о тяготения  была уже не общим натурфилософским рассуждением и умозрительной схемой, а логически строгой, точной (и более чем на два века единственной)фундаментальной теорией - особым рабочим инструментом исследования окружающего мира, прежде всего движения небесных тел. Физическим фундаментом небесной механики стал закон всемирного тяготения.

     Формирование  основ классической механики было величайшим достижением естествознания ХVII века. Классическая механика была первой фундаментальной естественнонаучной теорией. В течение трех столетий (с ХVII в. по начало ХХ в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром второй естественнонаучной картины мира - механистической.

     Нельзя  не сказать о математических достижениях  Ньютона, без которых не было бы и  его гениальной теории тяготения. Свой метод расчета механических движений путем рассмотрения бесконечно малых приращений величин – характеристик исследуемых движений Ньютон назвал “методом флюксий” и описал его в сочинении “Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых” (закончено в 1671 г., полностью опубликовано в 1736 г.). Вместе с методом Лейница он составил основу современных дифференциального и интегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат также важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии и др.

     Несмотря  на свой знаменитый девиз “Гипотез я не измышляю””, Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над предельно общими проблемами мироздания. Так, в частности, он распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии.

     Применив  закон тяготения, подтвержденный тогда лишь для Солнечной системы, ко всей Вселенной, Ньютон рассмотрел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна вселенная. И пришел к выводу, что лишь в случае бесконечности вселенной материя может существовать в виде множества космических объектов – центров гравитации. В конечной же вселенной материальные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Это было первой строгое физико-теоретическое обоснование бесконечности мира.

     Ньютон  задумывался и над проблемой  происхождения такой упорядоченной Вселенной. Однако здесь он столкнулся с задачей, для решения которой еще не располагал научными фактами. Он считал, что материя сама по себе косна, пассивна и не способна к движению. И потому, например, для него тайной являлось начало орбитального движения планет. Для раскрытия этой тайны оставалось прибегнуть лишь к некоей более могучей, чем тяготение, организующей силе. В ту эпоху в качестве такой силы мыслился, разумеется, лишь бог. Поэтому Ньютон допускал божественный “первый толчок”, благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение, а не упали на Солнце. Обнаружив неизбежность возмущений в движениях планет и спутников (т.е. отклонений от кеплеровых законов), которые могли иметь вековой характер, нарастая со временем, Ньютон вынужден был сделать вывод о необходимости  время от времени подправлять расшатывающийся механизм планетных движений. Подобную функцию опять-таки мог выполнять только бог...

     Потребовалось всего полвека развития науки  и общего мировоззрения под воздействием открытий самого Ньютона, чтобы появились мыслители, категорически отвергавшие идею божественного начального толчка и внесшие в естествознание идею естественной эволюции материи. Первым из таких мыслителей был И.Кант. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основы  термодинамики

     Механика  Ньютона во многом определяла мышление и мировоззрение ученых-естествоиспытателей. Так, вплоть до начала XX в. в науке господствовало механическое мировоззрение, физическая сущность которого заключалась в попытке объяснить все явления природы механическим движением частиц и тел. Примером большого успеха механического представления физических процессов можно считать разработку молекулярно-кинетической теории вещества, позволившей понять тепловые процессы.

     Вокруг  нас происходят явления, внешне, весьма косвенно связанные с механическим движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел, рассматриваемых как макросистемы, или - явления, возникающие при переходе тел из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое либо газообразное). Такие явления называются тепловыми.

     История развития представлений о природе  тепловых явлений - пример того, каким сложным и противоречивым путем происходит постижение научной истины. Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, т.к. было замечено. Что при соударении тел или трении их друг о друга они нагреваются. Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр, и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств макросистем.

     Вновь был поставлен вопрос о том, что же такое теплота. В решении этого вопроса наметились две противоположные точки зрения. Согласно одной из них, так называемой вещественной теории тепла, теплота рассматривалась как особого рода «невесомая жидкость», способная перетекать из одного тела в другое. Эта гипотетическая жидкость была названа теплородом. Считали, что чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.

     Согласно  другой точке зрения, теплота - это  вид внутреннего движения частиц: чем быстрее движутся частицы тепла, тем выше его температура. В рамках таких представлений теорию тепла называли корпускулярной, от слова «корпускула» (частица). Подобных взглядов на теплоту придерживались И. Ньютон, Р. Гук, Р. Бойль, Д. Бернулли.

     Большой вклад в развитие корпускулярной теории тепла внес великий русский ученый М.В. Ломоносов. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он рассмотрел процессы плавления, испарения, теплопроводности, а также пришел к выводу о существовании «наибольшей или последней степени холода», когда движение частиц вещества прекращается. Благодаря работам Ломоносова, среди русских ученых было очень мало сторонников вещественной теории теплоты.

     Но  все же, несмотря на многие преимущества корпускулярной теории теплоты, к середине XVIII в. временную победу одержана теория теплорода. Это произошло после того как экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан вывод о сохранении (неуничтожении) тепловой жидкости - теплорода. В вещественной теории было введено понятие теплоемкости тел и построена количественная теория теплопроводности. Многие термины, введенные в то время, сохранились и сейчас.

     С помощью корпускулярной теории теплоты  не удалось получить столь важные для физики количественные - связи между величинами. В частности, не удалось объяснить, почему теплота сохраняется при теплообмене. В те времена не была ясна связь между механической характеристикой движения частиц — их кинетической энергией и температурой тела, поскольку понятие энергии еще не было введено в физику. В этом кроется, по-видимому, основная причина, почему корпускулярная теория не достигла в XVIII в. таких успехов в объяснении тепловых явлений, какие дала простая и наглядная теория теплорода.

     Однако  к концу XVIII в. вещественная теория теплоты начала сталкиваться с все большими трудностями и к середине XIX в. потерпела полное и окончательное поражение. Большим числом разнообразных опытов было

показано, что  «тепловой жидкости» не существует. Так, при трении можно получить любое количество теплоты в зависимости от времени, в течении которого производится трение.

     В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела стали связывать не с увеличением в нем количество особой невесомой «жидкости», а с увеличением его энергии. Т.о., принцип теплорода был заменен законом сохранения энергии, количественная формулировка которого была дана в 1841 - 1842 гг. немецким ученым Р. Майером (1814 - 1978) и Г, Гельмгольцем (1821-1894). Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии. Значительный вклад в развитие теорий тепловых явлений и свойств макросистем внесли ученые В. Томсон (1824-1907), Р. Клаузиус (1822 - 1888), Дж. Максвелл (1831 - 1879), Л. Больцман (1844 - 1906) и другие ученые.