Понятия движения и покоя в механике Нового

«Понятия движения и покоя в механике Нового времени (Г.Галилей, Р.Декарт, И.Ньютон)»

Содержание:

Введение 2
Глава1. МЕХАНИКА Г.ГАЛИЛЕЯ.
1. Теория движения Галилея. 5
2. Парадоксы теоретического мышления Галилея. 14
Глава 2. Механика И. Ньютона.
1. Вклад Ньютона в развитие естествознания. 17
2. Первый закон Ньютона. 19
3. Второй закон Ньютона. 20
4. Третий закон Ньютона 21
5. Фундаментальные законы движения Ньютона 22
6. Закон всемирного тяготения. 25
7. Законы Кеплера. 27
8. Границы применимости механики Ньютона. 31
Глава 3. Бэкон и Декарт.
1. Френсис Бэкон (1561—1626). 34
2. 'Начала философии' Рене Декарта. 37
3. Пространство и время. Специальная теория относительности 42
Заключение 45
Литература 48

Введение.

В истории науки научные картины мира не оставались неизменными, а сменяли друг друга.

В период Нового времени задача естествознания усматривалась в выявлении божественного плана творения природы.

Наука Нового времени выдвигает новые идеалы и нормы исследования – научный эксперимент, опору на индукцию, интуицию, выдвижение гипотез и теорий и их проверку экспериментальным путем.

Идеалом научности становятся объективное, истинное знание о законах природы, идея расширения знания и вера в окончательное раскрытие всех тайн природы.

Целью моей работы является рассказать о механической картине мира, описанную Галилео Галилеем, Исааком Ньютоном и Рене Декартом.

Актуальность заключается в том, что механика является одним из важнейших разделов физики

Наука механика зародилась в древней Греции около V в. до н.э.
Эта строгая и точная наука получила своё начало в театре: Слово «мэханэ» обозначало машину которая поднимала и опускала актёров на сцену.

Главная часть механики – динамика, наука изучающая движение реальных тел под действием сил.
Рассматривается в сочинениях Аристотеля(384-322 гг. до н.э.), не имевшего себе равных по широте научных изысканий.

Аристотель различал два вида движения: Естественное и насильственное.
Естественное происходило само по себе без вмешательства посторонней силы.
Насильственное же требовало некоторого «двигателя». Такой двигатель должен был расположен в самом движущемся теле, либо находиться в непосредственном контакте с ним.

Под силой Аристотель, скорее всего, понимал то, что на современном языке называется мощностью. До сих пор за единицу мощности принимают- лошадиную силу.

Великий итальянский физик и астроном, впервые применил экспериментальный метод исследования наук. Ввел понятие инерция, установил относительность движения. Впервые в истории человечества Галилей направил «зрительную трубу» на небо, открыл новые звезды, спутник Юпитера, вращение Солнца.
Активно поддерживал запрещенную в те времена католической церковью гелиоцентрическую систему Коперника. Гонения со стороны инквизиции омрачили последние десять лет жизни великого ученого.

На основе экспериментальных исследований движения шаров по наклонной плоскости

Скорость любого тела изменяется только в результате его взаимодействия с другими телами.

Инерция – явление сохранения скорости движения тела при отсутствии внешних воздействий.

Брусок, который лежит на горизонтальной опоре, может сколь угодно долго покоиться.

Но стоит железному шарику ударится о брусок…

После удара брусок смещается. При этом взаимодействии изменяется и скорость шарика.

Как же будет двигаться тело, если на него совсем не будут действовать другие тела?Можно ли это установить на опыте? Тщательно опыты по изучению движения тела были проведены Г.Галилеем. Они позволили установить, что если на тело не действуют другие тела то оно находится или в покое, или движется прямолинейно и равномерно относительно Земли.

Закон инерции

Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.

Великие ошибки великого Галилея

Наибольшей заслугой Галилея как ученого-механика было то, что он первым заложил основы научной динамики, нанесший сокрушительный удар по динамике Аристотеля. Его сочинение «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук» состоит из трех частей: первая часть посвящена равномерному движению, вторая – равномерно ускоренному, третья – принужденному движению брошенных тел.

Заслуги ученого

Галилей впервые подошел к разрешению вопроса о равномерном и ускоренном движении массовых тел и пытался рассмотреть движение тел по инерции , и вновь ошибся!

Движение тел по инерции

«Движение тела на которое не действуют силы (конечно, внешние)либо равнодейстующая их равна нулю, является равномерным движением по окружности».
Ошибка в рассуждениях возникла из-за того, что Галилей не знал, что при движении планет по окружности на них действует сила всемирного тяготения, открытого позже Ньютоном, а значит это движение не является движением по инерции.

Невозможность прямолинейного движения

Очередные ошибки Галилея

Аристотель был прав?

Галилей будто бы доказал, что и легкие, и тяжелые тела падают совершенно одинаково.

Как падают на Землю легкие и тяжелые тела??

Чтобы проверить это предположение Галилей просто катал тяжелые шары по желобу.

«Легенда о Пизанской башне»

Существует миф о том , что ученый не катал шары, а делал опыты по бросанию тяжелых тел с наклонной Пизанской башни (рис.). Невероятность этого мифа, как подчеркивают исследователи Галилея, состоит в том, что ученый, ведший очень подробные записи своих наблюдений и опытов, ни словом об этом не упоминает..

Уж если мы хотим быть корректными, то надо говорить, что ускорение одновременно падающих в пустоте тел одинаковое, но при падении порознь тяжелое тело даже в пустоте шлепнется с высоты быстрее, чем легкое, согласно Аристотелю.

А потом и говорите , кто прав : Аристотель или Галилей !

Болезнь Галилея

Ядром МКМ является механика Ньютона или классическая механика.
Формирование классической механики происходило по 2-м направлениям:
обобщение законов свободного падения тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;
создание методов для количественного анализа механического движения в целом.

Исаак Ньютон (1643-1727), родившийся вскоре смерти Галилея, унаследовал все методы, знания и новые идеи предыдущего поколения учёных и создал теорию, которая на два столетия определила развитие науки.
Ньютон обобщил открытия Галилея в качестве двух законов, добавил к ним третий закон и закон всемирного тяготения.
Ньютон считал, что задачи физики состоят в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить все остальные явления.

Механика Ньютона.

Первый закон Ньютона.

Закон инерции (первый закон Ньютона, первый закон механики): всякое тело находится в покое или движется равномерно и прямолинейно, если на него не действуют другие тела.

Инертность тел – свойство тел сохранять своё состояние покоя или движения с постоянной скоростью.
Инертность разных тел может быть различной.

Инерциальной системой отсчёта является такая система отсчёта, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно (т.е. с постоянной скоростью).

Таким образом, сущность первого закона Ньютона может быть сведена к трём основным положениям:

2. Существуют инерциальные системы отсчёта,
в которых выполняется первый закон Ньютона.

3. Движение относительно. Если тело A движется относительно тела B со скоростью v, то и тело отсчёта B, в свою очередь, движется относительно тела A с той же скоростью, но в обратном направлении v = -v .

Масса

Масса – мера инертности тела.
Тело, масса которого принимается за единицу массы, - эталон из сплава иридия с платиной (хранится в Международном бюро мер и весов во Франции).
[ м ] = 1 кг.

Притяжение тел к Земле называется гравитационным притяжением.

Третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.

Силы приложены к разным телам и не уравновешивают друг друга;
сила действия и сила противодействия имеют одинаковую природу;
третий закон Ньютона выполняется только в инерциальных системах отсчёта.

Пример: если взять два одинаковых динамометра сцепить их крюками и тянуть в разные стороны, то оба динамометра покажут одинаковые по модулю силы натяжения, т. е. F1=-F2.

IV-й закон Ньютона или закон всемирного тяготения.

Классическая механика Ньютона и границы ее применимости.

Принцип причинности.
В МКМ все многообразие явлений природы сводится к механической форме движения материи. С другой стороны известно, что беспричинных явлений нет, что всегда можно (принципиально) выделить причину и следствие. Причина и следствие взаимосвязаны, влияют друг на друга. Следствие одной причины может стать причиной другого следствия.

Время.

В МКМ было известно гравитационное взаимодействие Гравитационное взаимодействие означает наличие сил притяжения между любыми телами. Величина этих сил может быть определена из закона всемирного тяготения. Если же известна масса одного из тел (эталона) и сила гравитации, можно определить и массу второго тела.
Масса является одновременно и мерой инертности и мерой гравитации. Гравитационные силы являются универсальными. Ньютон ничего не говорил о природе гравитационных сил. В настоящее время их природа все ещё остается проблематичной.
В классической механике все явления природы сводились к трём законам механики и закону всемирного тяготения, к действию сил притяжения и отталкивания.

Иоганн Кеплер (1571-1630)

На протяжении нескольких лет Кеплер внимательно изучает данные Браге и в результате тщательного анализа приходит к выводу, что траектория движения Марса представляет собой не круг, а эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце — положение, известное сегодня как первый закон Кеплера.

Радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает равные площади.

Второй закон Кеплера (закон равных площадей):

Иллюстрация второго закона Кеплера на примере движения спутника Земли

Третий закон Кеплера

Законы Кеплера соединяли в себе
ясность, простоту и вычислительную мощь, хотя мистическая форма его системы мира основательно засоряла реальную суть великих открытий Кеплера. Тем не менее уже современники Кеплера убедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютона оставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея или предложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше не предпринималось. Заслуга Кеплера в том, что он открыл законы, не зная законы Всемирного тяготенья .Объяснить законы смог только Исаак Ньютон.

Существенный вклад в формирование механической картины мира внес Рене Декарт – французский математик и философ (1596-1650).
Декарт сформулировал закон, который утверждает постоянство количества движения mV, равного произведению приложенной силы на время её действия FDt, который называется импульсом силы.
(mV = FDt ). Он также предложил использовать в математике прямоугольную систему координат (X,Y,Z), получившую название декартовой системы координат.

Физические исследования Декарта относятся главным образом к механике, оптике и общему строению Вселенной. Физика Декарта, в отличие от его метафизики, была материалистической: Вселенная целиком заполнена движущейся материей и в своих проявлениях самодостаточна. Основными видами движения Декарт считал движение по инерции, которое сформулировал (1644) так же, как позднее Ньютон, и материальные вихри, возникающие при взаимодействии одной материи с другой.

Взаимодействие он рассматривал чисто механически, как соударение.
ввёл понятие количества движения;
сформулировал (в нестрогой формулировке) закон сохранения движения (количества движения); однако толковал его неточно, не учитывая, что количество движения является векторной величиной (1664);
ввёл понятие “сила”;

Итоги развития механики в XVIII веке