Проект по физике

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №7 г. Ртищево Саратовской области»

 

 

 

 

 

 

 

 

ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ ПО ФИЗИКЕ

 

 

«Античная механика»

 

 

 

 

Выполнила: ученица 9-А класса

 Добрынина Алина

Руководитель: Громов И.Н.,

учитель физики

 

 

 

 

 

 

 

г. Ртищево, 2020г.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение……………………………………………………………………………………..…….3

2.Основная часть…………………………………………………………………………………….4

2.1. Термин «механика»………………………………………………………………………...4

2.2. Зарождение механических знаний……………………………………………...………4-5

2.3. Основные направления развития механике античного мира……………………….…5-8

2.4.  Учение Аристотеля…………………………………………………………………….8-11

2.5. Архимед…………………………………………………………………………..……11-14

2.6. Герон Александрийский…………………………………………………………...….14-15

2.7. Евдокс Книдский…………………………………………………………………...…15-16

3.        Заключение………………………………………………………………………………….....17

4.        Источники информации…………………………………………………………………...….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.      Введение

Тему «Античная механика» я выбрала потому, что мне кажется, сейчас больше, чем когда-либо раньше, необходимо знакомиться с основами механики в их историческом развитии.

Механика всегда была в центре борьбы за прогресс и соответственно в центре широких общественных интересов.

Цель работы: изучить исторические этапы зарождения механических знаний и провести исследование для определения их значимости в жизни человека.

Задачи:

Узнать,

1.Когда в науке появился термин «механика».

2. Изучить характер и этапы развития античной механики.

3.Ответить на вопросы:

Какое значение имело развитие механики для человека?

Какие изобретения были сделаны и кем?

4.Оформить результаты работы в виде таблицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть.

2.1. Термин «механика»

Зарождение механических знаний относится к глубокой древности, а термин «механика» применялся в античном мире. Правда, ему в течении долгого времени, по крайней мере до середины XVII в., придавали иной смысл. Происходит он от древнего слова mechane, которым называли все искусно придуманное, понимая при этом механическое искусство. Это относилось как к различным машинам и механизмам, так и вообще к «хитроумным» изобретениям. Слово mechane употреблялось и в несколько более узком смысле. Первоначально оно обозначало название подъемных машин, с помощью которых в греческих театрах поднимали и опускали актеров, и вообще механизмов, позволявших посредством силы поднимать значительные тяжести на достаточно большую высоту.

Позже этим словом стали называть различные метательные машины, применявшиеся в античной технике.

В настоящее время теория машин и механизмов является одним из разделов механики, а название «механика» распространено на науку о всех видах механического движения.

2.2. Зарождение механических знаний

Историю механики, как науки о машинах и механизмах, можно начинать с очень глубокой древности. Уже в эпоху неолита и бронзового века появилось колесо, несколько позже применяются рычаг и наклонная плоскость. Регулярное применение рычага и наклонной плоскости начинается в связи со строительными работами в древневосточных государствах. И, разумеется, все это время шел процесс выработки, осознания ряда более и менее абстрактных понятий, таких, как сила, сопротивление, перемещение, скорость.

Народы, создавшие великие цивилизации в бассейнах Нила, Тигра и Евфрата, были хорошо знакомы с такими механическими орудиями, как рычаг и клин. Первые египетские пирамиды строились примерно за три тысячи лет до нашей эры. На сооружение самой высокой из них – пирамиды фараона Хуфу (Хеопса) пошло 23 300 000 каменных глыб достигал десятков и даже сотен тонн. Такие глыбы из каменоломен доставлялись на место сооружения храма на специальных салазках. В каменоломнях для отрыва каменных глыб служил клин. Подъем тяжестей осуществлялся с помощью наклонной плоскости. Например, наклонная дорога к пирамиде Хафта (Хефрена) имела подъем 45,8м и длину 494,4м. Следовательно, угол наклона к горизонту составлял около 5,3^о и выигрыш в силе при поднятии тяжестей на эту высоту был значительным. Для облицовки и пригонки камней, а возможно и при подъеме их со ступеньки на ступеньку применялись качалки. Для поднятия и горизонтального перемещения каменных глыб служил также рычаг. С древнейших времен был известен в Египте и рычаг для подъема воды (шадуф).

Ирригационные сооружения междуречья Тигра и Евфрата (древний Вавилон), Средней Азии (Древний Хорезм, Согдиана) и Ирана, высокий уровень строительной техники, о котором свидетельствуют многочисленные памятники этой эпохи, позволяют предположить, что при их постройке также использовались «простые машины» - рычаг, клин, наклонная плоскость. С давнего времени (и почти до наших дней) в ирригационных сооружениях Средней Азии для подъема воды служил чигирь – усовершенствованный вариант египетского шадуфа.

Однако до нас не дошел ни один древнеегипетский или вавилонский текст описанием действия подобных машин.  Поэтому остается открытый вопрос, были ли известны тогда, например, свойства рычага, которые греки позднее выразили при помощи пропорций, ныне знакомых каждому школьнику. То же относится к древней Средней Азии и Ирану, где письменные источники практически не сохранились: найдены лишь небольшие фрагменты древнехорезмийких и согдийских рукописей. Основная масса их была уничтожена во время арабского завоевания Средней Азии в VIII в. н. э.

2.3. Основные направления развития в механике античного мира

Характер античной механики определялся экономическими основами рабовладельческого хозяйства. Развитие рабства в Греции явилось предпосылкой для более широкого разделения труда в производстве. До известного периода это обеспечивало более быстрый рост техники и производительных сил, рабовладельцы же получали досуг для интеллектуальной деятельности. Однако рабовладельческое хозяйство содержало в себе элементы, тормозившие дальнейший рост техники. Рабам в основном поручались такие примитивные работы, которые или вовсе не требовали орудий труда, или выполнялись крайне грубыми орудиями, так как раб, низведенный сам до степени орудия труда, не был заинтересован ни сохранности, ни в совершенствовании этих орудий.

Таким образом, из особенностей рабовладельческой экономики вытекали примитивный характер античной техники и ее медленная эволюция. К рычагу и клину эллинистическую эпоху, начинавшуюся на рубеже IV-III вв. до н. э., добавляется еще блок и винт. В виноделии и маслоделии используется пресс как рычажный, так и основанный на принципе вдавливаемого клина, а затем винтовой. Для подъема и горизонтального передвижения тяжестей греки и римляне применяли ворот – с горизонтальной осью в первом случае и с вертикальной – во втором. В строительном деле употреблялись также блоки и системы блоков – полиспасты. Вращательные движения преобразовали с помощью систем зубчатых колес. Более сложные механические орудия (водяное колесо, червячная передача, винт, насос и т. д.) применялись сравнительно редко – рабский труд препятствовал распространению механических приспособлений.

Однако в античном мире были виды деятельности, не связанные или почти несвязанные с применением рабского труда. Это – военное и морское дело, потребностями которых в значительной степени определялось развитие античной техники. На греческих и римских судах, как гражданских, так и военных, рабы использовались лишь в качестве гребцов. Более ответственные операции – управление рулями, парусами и т.д. – были делом свободных граждан.

Уровень развития техники в военном деле был значительно выше, чем в сельском хозяйстве. Уже в V в.  до н. э.  в афинской армии применялись тараны, которые достигали гигантских размеров.   Для метания больших стрел пользовались катапультами; прототипом пулемета был полибол для непрерывного метания стрел; баллисты служили для метания камней. С помощью ядро в 4 фунта могло быть брошено на расстояние до 300м. Существовали специальные прицельные приспособления и приборы для изменения траектории.

Очень важным видом деятельности, способствующим развитию техники и механических приспособлений, являлось ремесленное производство, которое, особенно в Греции и эллинистическом мире, было в значительной степени уделом свободных граждан. Именно с ремесленным производством связана разработка различных способов поднятия и перемещения тяжестей при помощи механических приспособлений, «хитроумных устройств» в ткацком, гончарном, ювелирном деле и т.д., т.е. всего того, что, пользуясь современной терминологией, можно объединить в понятие «техническая механика».

Значительным стимулом совершенствования механических устройств было развитие торговли, связанной с применением золота в качестве менового эквивалента и распространением драгоценных камней. Это способствовало использованию рычага в различных его видах, так как торговые операции требовали более точных способов взвешивания. Появляются весы и безмены самых разнообразных конструкций: с перемещающейся точкой опоры, с неподвижной точкой опоры, но перемещающимся грузом и т. д. Устройство безмена было основано на твердом убеждении, что двойному грузу, подвешенному к одному плечу рычага (с неподвижной точкой опоры и постоянным по величине противовесом), соответствует вдвое большее удаление противовеса от точки опоры.

Принципиально новым для античной механики по сравнению с научными достижениями Древнего Востока было то, что наряду со стихийным применением результатов многовекового практического опыта появляются и механические траектории.

Характерной чертой античной механики является разобщенность учения о движении – кинематики и учения о равновесии – статики. Развития этих основных областей механики в течение длительного времени (вплоть до XVII в. –  периода объединения их в единую науку) шло независимо друг от друга. И это в значительной мере предопределено традициями античной науки. Учение о движении разрабатывалось в рамках общего учения о природе: вопрос о сущности движения был одной из фундаментальных проблем древнегреческой философии. Чисто кинематическое описание движений стало делом астрономов, создавших и достаточно сложные инструменты для своих наблюдений и измерений, и механические модели мироздания: движение небесных тел, согласно общепринятым в античной науке взглядам, не требовало причины объяснений. Учение о равновесии развивалось на основе опыта применения различных приспособлений.

Таким образом, есть основание выделить три направления и три линии развития в теоретической механике античного мира, которая зародилась в Древней Греции в VI-V вв. до  н. э. и развивалась затем в эллинистических государствах и в создании римлянами империи примерно до V в. н. э. Статика была почти непосредственно связана с техническими запросами; ее основными проблемами был расчет выигрыша в силе, достижимого с помощью известных механических приспособлений, и вывод условий равновесия при взвешивании и плавании тел. Кинематическое направление находилось, по крайней мере в эллинистическую эпоху, в русле астрономической традиции, к тому времени имевшей уже многовековую историю. В обеих этих областях был достигнут достаточно высокий уровень математизации этой науки – с использованием геометрии и тригонометрии. Общее учение о движении, чем занимались философы, было в основном качественной теорией. Оно оставляло в стороне количественную сторону дела и искало объяснения механических явлений, опираясь на повседневный опыт и наблюдения, путем сравнений и сопоставлений.

Уже на ранних стадиях развития греческой философии можно обнаружить зачатки двух принципиально различных способов концепций, которые можно назвать кинетической и динамической.

Основные положения динамической концепции древних сводились к следующему: материи чуждо самодвижение – сама по себе она может пребывать лишь в покое; движение материи определяется действием на нее активных движущих начал – сил, существующих независимо от нее и действующих извне. По Эмпедоклу, например, материя приводится в движение двумя противоборствующими мировыми силами: любовью и враждой.

Напротив, с точки зрения кинетической концепции в природе нет каких-либо особых начал движения, не связанных с материей: материи свойственно самодвижение. Наиболее последовательными представителями античного кинетизма были атомисты – Левкипп, Демокрит, Эпикур и Лукреций. Принцип механического самодвижения материи в общей форме выражен в их учении о несоздаваемости и неразрушимости материи и движения. Согласно атомистам, природа ничего не содержит, кроме материи, движущейся в пространстве.

К эпохе античности относятся выделение статики в особую теоретическую дисциплину, которую древние называли «искусством взвешивать» или ставили рядом с арифметикой («искусством считать»).

Статика принадлежала к тем естественнонаучным дисциплинам, которые в Древней Греции подвергались наибольшей математизации. Ярким примером этого может служить статика Архимеда, созданная по образцу геометрии Евклида.

К античной эпохе восходит зарождение двух направлений статики: кинематического и геометрического.

Первое направление, как видно, возникло из практического пользования простыми механизмами (рычагом, наклонной плоскостью и др.) для передвижения и поднятия грузов. При этом законы равновесия тел изучались путем рассмотрения того, что происходит при нарушении равновесия.

Второе направление развивалось в связи с расчетом равновесия архитектурных конструкций: балок, плит и т. п., подпертых в одной или нескольких точках, а также равновесия подвешенных тяжелых тел, т. е. всевозможных видов весов. При исследовании стремились свести задачу к схеме неподвижного и уравновешенного рычага. С геометрическим направлением статики связано возникновение понятия центра тяжести.

2.4. Учение Аристотеля

Наибольшее влияние на дальнейшее развитие механики оказало учение Аристотеля.

Аристотель был любимым учеником Платона. Но, усвоив философию Платона, Аристотель решил, что учитель ошибается в главном вопросе о первооснове мира. Аристотель пришел к выводу, что все вещи существуют сами по себе, безо всяких предшествующих им идей. Учитель и ученик расстались. Когда Аристотеля спросили, почему он покинул Платона, Аристотель ответил: «Платон мне друг, но истина дороже». Эти слова стали крылатыми, их повторяют каждый раз, когда хотят подчеркнуть свою приверженность к истине, несмотря ни на какие личные симпатии и дружеские связи.

Аристотель написал огромное количество философских трактатов. Он обхватил своим умом всю природу и все области человеческих знаний. Основал он и свою философскую школу. Она находилась в местности, посвященной богу искусств Аполлону Ликейскому. «Ликейский» - значит «волчий», такое прозвище Аполлон получил по древней традиции, потому что когда-то он изображался в виде волка. Слово «ликей», или «лицей», стало знаменитым благодаря школе Аристотеля, так называют учебные заведения, в которых занимались по специальной, усложненной программе. Знаменит Аристотель и тем, что он был воспитателем Александра Македонского.

В аристотелевской натурфилософии фундаментальное место занимает учение о движении. Его сочинение «Физика», «О небе», «О возникновении и уничтожении», «О метеорах» и отчасти «Метафизика» содержат полное изложение общих понятий механики.

Кроме того, в понятие движение он включает психологические и социальные изменения – там, где речь идет об усвоении человеком технологических знаний или обработке материалов. Понятие движение включает в себя также переход из одного состояния в другое, например, из бытия в небытие. Механическое движение, т.е. изменение в пространстве, Аристотель рассматривает, таким образом, как частный случай движения вообще.

Не удовлетворяясь учением о механической причинности, развивавшимся древними атомистами, Аристотель различал четыре вида причин: материальную, действующую (или причину движения), формальную и финальную (цель или «ради чего»). В первой книге «Метафизики» Аристотель отмечает, что до него ученые указывали на материальную причину, затем добавили причину движения и, наконец, некоторые говорили о формальных причинах, признавая идеи за начала вещей, но лишь он впервые указал на цель (или «ради чего») как на четвертую причину образования вещей.

На основе различения четырех причин Аристотель ставит вопрос об источнике движения. Материя сама по себе является пассивным началом и низшим по отношению к форме: ей чуждо самодвижение. Согласно учению атомистов, в пустоте тела могут сохранять наличное движение само по себе, без внешних импульсов. Напротив, в учении Аристотеля центральным пунктом является идея пассивности материи. На первый план выдвигается различие между движимым и движущим. Даже в самодвижущихся одушевленных телах Аристотель различал движимое и движущее. Они так же требуют наличия чего-то, движущего; разница лишь в том, что неодушевленные тела имеют источник движения вовне, в то время как самодвижущееся тело имеет источник в самом себе.

Для объяснения причины «естественного движения», не связанного с движением небесных тел, Аристотель вводит понятие «естественного места». Стремление к «естественному месту» заложено в каждом теле, совершающем «естественное движение». Каждому роду тел естественное место»: для тяжелых тел это Земля, поэтому они не падают, а для легких – огонь, т.е. расположенная над воздухом огненная сфера, поэтому они поднимаются вверх. Если какое-либо тело переставить из его «естественного места», оно будет стремиться назад, совершая прямолинейное движение. Небесным телам соответственно стремление к «совершенному» круговому движению.

Для «естественных» движений это – нечто, присущее самому телу, а для «насильственных» - внешняя причина движения.

Под силой Аристотель понимает всякую способность, поскольку последняя может быть причиной действия или противодействия. «Движущая сила» в «насильственном движении» зависит от «активности» источника движения, т.е. от степени приложенной к движущемуся телу мускульной энергии человека или животного.

Сила для Аристотеля – причина движения, и она должна на непрерывно поддерживать движение. Тогда возникает вопрос: чем же поддерживается движение в телах, оторвавшихся от того, что их двигало, т.е. силы, которая сообщила им движение? Аристотель отмечает, что когда мы толкаем по плоскости тело, например, шар на столе, то одновременно приводим в движение и окружающий его воздух. В образующуюся за движущимся шаром пустоту устремляется воздух и как бы подталкивает его. По этой причине шар не останавливается мгновенно после прекращения действия силы, а некоторое время движется вследствие действия окружающей среды. Воздушная среда в данном случае является активным началом движения, ибо, не будь ее, тело должно бы мгновенно прийти в состояние покоя.

Предположим теперь, что движение тела А₁ обусловлено движением А₂, движение тела А₂ – движением тела А₃ и т.д. Чтобы не продолжать без конца этот процесс, полагал Аристотель, мы должны признать существование первого двигателя, который должен быть либо неподвижным, либо самодвижущимся. В последнем случае нужно различать в нем движимую и движущую части. А так как двигатель в самодвижущимся теле уже ничем не приводится в движение, то сам он должен быть неподвижным, и, следовательно, если рассматривать цепь, в которой всякое последующие звено представляет движимое, то первое звено этой цепи должно быть извечным «первичным неподвижным двигателем».

Первичный неподвижный двигатель, по Аристотелю, порождает простые, однородные, непрерывные и бесконечные движения. Вращательные движения небесных сфер являются примером таких вечных непрерывных и совершенных движений.

В «Физике» Аристотеля рассматривается и вопрос о сопротивлении движению (перемещению) со стороны среды, которой движется тело, и со стороны тела. «Чем бестелеснее среда, через которую происходит движение, чем меньше она показывает сопротивления и чем легче разделима, тем быстрее перемещение».

Следовательно, заключает он, отношение скоростей становится бесконечно большим, когда сопротивление оказывается равно нулю, а последнее возможно только в пустоте. «Для пустоты не существует никакого пропорционального отношения, в каком она (по своей тонкости) превосходила бы тело, так же, как и нуля по отношению к числу». Так как «пустота не стоит ни в каком отношении с наполненной средой», то не существует никакого отношения и между скоростями. «Если через тончайшую среду тело проходит во столько-то времени, такую-то длину, то, двигаясь через пустоту, оно превзойдет всякую пропорцию».

Таким образом, всякое движение возможно лишь в наполненном пространстве, так как в пустоте оно происходило бы мгновенно. Поэтому Аристотель отвергает существование пустоты.

Второй аргумент в пользу невозможности пустоты Аристотель выдвигает, обращаясь к изучению падения тел. Аристотель считал, что из двух тел одинакового объема и формы падает в воздухе быстрее то, у которого больше «тяжесть». «Тела, имеющие большую силу тяжести или легкие, если они в остальном имеют величины находятся друг другу». Различие скоростей падения в материальной среде обусловлено только тем, что более «тяжелые» тела одинакового объема и формы легче «разделяют среду своей силой». Если же рассматривать движение тела в пустоте все тела в пустоте, то это условие отпадает. Следовательно, в пустоте все тела должны иметь равную скорость, но это невозможно.

В соответствии с этим ни Аристотель, ни его последователи не рассматривали падение тела в пустоте, так как для них пустота является физическим абсурдом. Когда Аристотель говорит о различной скорости падения, он всегда имеет в виду падения в различных средах. Поэтому он отвергает учение атомистов о существовании абсолютного пространства.

Аристотель пишет: движение (в пустоте), где-нибудь остановится, ибо почему оно скорее остановится здесь, а не там. Следовательно, ему необходимо или покоится, или бесконечно двигаться, если только не помешает что-нибудь сильное».

Анализируя понятие времени, Аристотель замечает, что некоторые неправильно принимали круговращение неба за само время; в действительности это круговращение служит средством для измерения времени. Если движение не может быть без времени, то движения». Если бы не было изменений, не было бы и времени. При отсутствии изменений все «теперь» были бы торжественны, следовательно, все пребывало бы в едином и нераздельном «теперь». Что же такое время? Так как «мы вместе ощущаем и движение, и время», то «время есть или движение, или нечто, связанное с движением». Но время отлично от движения, так как движения могут иметь различную скорость и, следовательно, они могут иметь различную скорость и, следовательно, они должны измеряться временем. Время же есть «число движений» или «мера движения».

2.5 Архимед

Архимед – подлинный основатель теоретической статики и гидростатики.

Уже на самых первых этапах научной деятельности, по-видимому, механика интересовала Архимеда больше всего, причем переход к теоретическим обобщениям шел от чисто прикладных вопросов. Но и позже, помимо теоретических исследований в области математики, физики и механики, Архимед занимался вопросами прикладной механики, частности, в связи с потребностями обороны его родного города Сиракузы. Он обогатил античную технику большим количеством замечательных изобретений.

Древние авторы приписывали Архимеду изобретение так называемой улитки – водяного винта, служившего для поливки полей в Египте (правильнее говорить в этом случае об его усовершенствовании). Рассказывают так же, что при помощи механических приспособлений Архимед передвигал по суше тяжело нагруженный корабль сиракузского тирана Гиерона. Свидетельства древних расходятся в том, каковы были эти приспособления: одни говорят о рычаге, другие – о полиспасте, третьи – о зубчатых колёсах,четвёртые – о колёсах,  т.е. указывают почти все так называемые  простые машины. Во время осады Сиракуз римлянами, по рассказу Плутарха, жители города применяли для обороны военные машины, сооружённые по указаниям Архимеда: орудия, метавшие снаряды, поворотные краны («клювы»), низвергавшие огромные камни на вражеские корабли, привязанные к цепям железные лапы, которые захватывали нос корабля и ставили корабль вертикально на корму.

Из сочинения Архимеда, посвященных механике, до нас дошли трактаты о двух книгах «О равновесии плоских фигур, или о центрах тяжести плоских фигур», трактат «О плавающих телах» также в двух книгах и «Эфод, или послание к Эратосфену о механических теоремах».

Первыми сочинениями Архимеда о механике были «Книга опор» и «О весах». Они до нас не дошли, об их содержании можно судить лишь в более поздних работах Герона. Анализ упомянутых сочинений показывает, что во время их написания Архимед ещё не знал, что вес тела можно считать сконцентрированным в его центре тяжести, хотя и пользовался последним понятием. Понятие о центре тяжести появилось у Архимеда в итоге практического изучения распределения груза между опорами. Эти ранние работы интересны тем, что в них кроме понятия центра тяжести, появляется и понятие центра момента. «Центром тяжести некоторого тела называется некоторая расположенная внутри него точка, обладающая тем свойством, что если за неё (мысленно) подвесить тяжёлое тело, то оно останется в покое и сохранит первоначальное положение».

Архимед называет центром момента плоской фигуры точку, при подвешивании за которую фигура остаётся параллельной горизонту: центром момента двух и более плоских фигур он называет точку подвеса рычага, остающегося параллельным горизонту, если прикрепить к его концам указанные фигуры.

В первой книге трактата «О равновесии плоских фигур» изложена теория равновесия рычага. Однако этот трактат имеет более важное значение: это основы общей теории равновесия, построенные на теории аксиом.

Теория рычага основана на следующих предпосылках, которые Архимед считал очевидными:

«1. Равные тяжести на равных длинах уравновешиваются, на не равных же длинах не уравновешиваются, но перевешивают тяжести на большей длине.

2. Если при равновесии тяжестей на какой-нибудь длинах к одной из тяжестей будет что-нибудь прибавлено, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, к которой было прибавлено.

3. Точно также если от одной из тяжестей будет отнято что-нибудь, то они не будут уравновешиваться, но перевесит та тяжесть, от которой не было отнято.

4. При совмещении друг с другом равных и подобных плоских фигур, совместятся друг с другом и центры тяжести.

5. У не равных же, но подобных фигур центры тяжести будут подобно же расположены.

6. Если величины уравновешиваются на какой-нибудь длинах, то тех же самых длинах будут уравновешиваться и равные им.

7. Во всякой фигуре, периметр которой везде выпукл в одну сторону, центр тяжести должен находиться внутри фигуры.

Заметим также, что аксиомы Архимеда являются первым существенным шагом в развитии понятия момента силы. Архимед с достаточной ясностью отмечает, что действие подвешенного груза на рычаг пропорционально его весу и расстоянию точки опоры рычага.

Оставалось лишь найти форму этой зависимости -  и Архимед её нашел. Он доказал, что действие подвешенного груза и расстояние на рычаг прямо пропорционально величине груза и расстоянию точки приложения от неподвижной опоры рычага.

Другим замечательным трудом Архимеда по механике является его более поздний трактат «О плавающих телах». Существует предположение, что это была его последняя работа. Согласно легенде, Архимед пришел к открытию своего основного гидростатического закона случайно, решая задачу о составе короны, которую царь Гиерон заказал сделать из золота, но подрядчик изготовил из сплава золота и серебра.

Античная легенда рассказывает о повелении Гиерона и случайном наблюдении Архимеда, принимавшего ванну. В действительности же открытие основного закона гидростатики было итогом многовековых эмпирических наблюдений и целой цепи теоретических размышлений.

В основу всех его выводов положена следующая гипотеза: «Предположим, что жидкость имеет такую природу, что из его частиц, расположенных на одинаковом уровне и прилежащим друг другу, менее сдавленные выталкиваются более сдавленными и что каждая из ее частиц сдавливается жидкостью, находящейся над ней по отвесу, если только жидкость не заключена в каком-нибудь сосуде и не сдавливается чем-нибудь другим».

В первых двух предложениях трактата Архимед устанавливает шарообразность свободной поверхности воды, окружающей Землю, и совпадение центра этого шара с центром Земли. Опираясь на эти предпосылки и исходя из того, что поверхность жидкости имеет сферическую форму, Архимед доказывает следующие положения:

·               Тела, равнотяжелые в жидкость, будучи опущены в эту жидкость, погружаясь так, что никакая часть не выступает над поверхностью жидкости, и не будет двигаться вниз.

·               Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, не погружается целиком, но некоторая часть его остается над поверхностью жидкости.

·               Тело, более легкое, чем жидкость, будучи опущено в эту жидкость, погружается настолько, чтобы объем жидкости, соответствующий погруженной (части тела), имел вес, равный весу всего тела.

·               Тела, более легкие, чем жидкость, опущенные в эту жидкость насильственно, будут выталкиваться вверх с силой, равной тому весу, на который жидкость, имеющая равный объем с телом, будет тяжелее тела.

·               Тела, более тяжелые, чем жидкость, опущенные в эту жидкость, будут погружаться, пока не дойдут до самого низа, и в жидкости станут легче на величину веса жидкости в объеме, равном объему погруженного тела.

2.6. Герон Александрийский

Развитие механики в эпоху эллинизма связано прежде всего с именем представителя Александрийской научной школы Герона Александрийского, известного также под именем Герон - механик. О времени жизни и деятельности этого ученого точных сведений не сохранилось; в настоящее время большинство историков науки считают, что он жил в I-II вв. н. э.

Основное сочинение Герона по механике, обычно называемое «Механикой» Герона, сохранилось только в арабском переводе сирийца Косты ибн Луки, жившего в конце IX и начале X в. Точнее название этого сочинения, согласно Косте ибн Луке - «Книге Герона о поднятии тяжелых предметов».

«Механика» Герона состоит из трех книг. Первая книга посвящена теоретическим вопросам. Здесь наряду с некоторыми число геометрическими построениями рассматривается передача движения с помощью зацепленных кругов, сложение движений по правилу параллелограмма, распределение нагрузки между опорами; определяется центр тяжести.

Во второй книге «Механики» дается описание пяти простых машин: рычага, клина, винта, ворота и блока. Герон указывает, что в изложении теории рычага он развивает идеи Архимеда из «Книги о равновесии». Помимо описания действия этих машин, рассматривается также соединения рычага, блоков, ворота и винта.

В этой книге даются ответы на 17 вопросов, относящихся к практическому применению простых машин, а также определяются центры тяжести различных фигур. В третьей книге описаны различные конструкции приборов для поднятия тяжестей и прессов, основанных на комбинациях машин.

Замечательно следующее рассуждение Герона: «Некоторые люди думают, что тяжести, лежащие на земле, могут быть сдвинуты с места только путем приложения эквивалентной им силы. Этот взгляд ложен. Итак, докажем, что тяжести, лежащие так, как было сказано, могут быть сдвинуты с места посредством силы, меньшей, чем любая известная, и раскроем причину, почему подобное явление не оказывается сразу приметным. Представим себе, что груз лежит на земле и что этот груз равномерный, гладкий и плотный. Пусть плоскость, на которой груз лежит, может быть наклонена в обе стороны, а именно, вправо и влево. Пусть сначала она будет наклонена вправо. Тогда оказывается, что данный груз скатывается вправо, ибо естественным для грузов является стремление двигаться вниз, если ничего не подпирает, препятствуя их движению. Если, далее, наклонная сторона опять поднимается до горизонтальной плоскости и вся плоскость придет в состояние равновесия, то тогда груз пребудет в этом положении. А если она наклонится в другую сторону, т.е. в левую., то и груз будет клонить в ту же сторону, даже при самом незначительном наклоне. Следовательно, груз нуждается не в силе, которая его движет, а в силе, которая его подпирает, препятствуя его движению. Допустим теперь, что груз опять приходит в положение равновесия и не склоняется в какую-либо сторону, - тогда он остается в том же положении и пребывает в покое, пока плоскость не наклонится в какую-нибудь сторону, - в последнем случае и он клонит в ту же сторону. Итак, груз, готовый обратиться к любому направлению, нуждается лишь в незначительной силе, чтобы прийти в движение и притом в соответствии с силой, которая придает ему наклон. Выходит, что груз может быть приведен в движение любой самой малой силой.

Герон Александрийский автор работ, в которых систематически изложил основные достижения античного мира в области прикладной механики. В «Пневматике» он описал различные механизмы, приводимые в движение нагретым и сжатым воздухом или паром: т.е. эолипил, т.е. шар, вращающейся под действием пара, автомат для открывания дверей, пожарный насос, различные сифоны, водяной орган, механический театр марионеток и т.д. В «Механике» он описал 5 простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок. Герону был известен и параллелограмм сил. Используя зубчатую передачу, он построил прибор для измерения протяженности дорог, основанный на том же принципе, что и современные таксометры. Автомат для продажи «священной» воды явился прообразом наших автоматов для отпуска жидкостей. Механизмы и автоматы Гегона не нашли сколько-нибудь широкого практического применения. Они употреблялись в основном в конструкциях механических игрушек, Исключение составляют только гидравлические машины, при помощи которых были усовершенствованы античные водочерпалки. В сочинении «О диоптре» изложены правила земельной съёмки, фактически основанные на использовании прямоугольных координат. Здесь же даётся описание диоптра — прибора для измерения углов — прототипа современного теодолита. Изложение основ античной артиллерии Герон дал в трактате «Об изготовлении метательных машин», Математические работы ученого являются энциклопедией античной прикладной математики. В «Метрике» даны правила и формулы для точного и приближённого расчёта различных геометрических фигур, например, Герона формула для определения площади треугольника по трём сторонам, правила численного решения квадратных уравнений и приближённого извлечения квадратных и кубических корней.

2.7. Евдокс Книдский

Одним из основных стимулов разработки принципов кинематикиики и источников развития кинематических представлений в механике была греческая астрономия.

В вавилонской астрономии положения светил на небесной сфере вычислялись с помощью арифметических методов.

Греческие астрономы, обращались к кинематико - геометрическому моделированию видимых движений небесных тел, представляли эти сложные движения только в виде комбинации нескольких круговых. Первая попытка такого моделирования – теория вращающихся концентрических сфер, предложенная крупнейшим античным математиком и астрономом Евдоксом Книдским. Теория Евдокса состоит в следующем: вокруг центра, в котором находится покоящаяся Земля, вращаются 27 концентрических сфер. На внешней сфере расположены «неподвижные» звезды. С помощью остальных сфер Евдокс объясняет движение Солнца, Луны и пяти планет. Каждое из упомянутых небесных тел неразрывно связано с некоторой равномерно вращающейся сферой, объемлющей другую, ось которой находится под известным углом к оси первой. Внутренняя вращающаяся сфера увлекает в своем вращении внешне.

Движение Луны описывается с помощью трех сфер. Внешняя сфера Луны, на которой расположена эклиптика, служит для объяснения суточного движения Луны. Она, как и сфера «неподвижных» звезд, совершает 1 оборот в сутки вокруг экватора.

Вторая сфера, на которой расположена наклонная к эклиптике орбита Луны, участвуя в движении первой, вращается вокруг полюсов эклиптики, чем объясняется «отступление узлов» лунной орбиты. Третья сфера, на которой расположена Луна, вращается вокруг полюсов лунной орбиты, участвуя, таким образом, в движении обеих внешних сил.

Движение планет Евдокс объясняет с помощью четырех сфер. Внешняя сфера, совершающая, как и в случае Луны, одно движение, совпадающее с суточным движением «неподвижных» звезд, служит для объяснения суточного движения планет. Вторая сфера, участвуя в движении первой, совершает оборот вокруг полюсов эклиптики за время, равное периоду обращения планеты. Вращения третей и четвертой сфер служат для объяснения прямого и возвратного движения планет. Третье вращение, полюсами которого служат две неподвижные точки на эклиптики, совершается перпендикулярно ей. Плоскость четвертого вращения наклонена к плоскости третьего. В результате этих двух движений траектория планеты имеет вид петлеобразной кривой в форме лежащей восьмерки – гиппопеды, большая ось которой расположена на эклиптике.

Центр ее вследствие второго вращения проходит за период обращения планеты всю эклиптику.

С помощью системы Евдокса можно было более или менее удовлетворительно описать движение внешних планет (Юпитера и Сатурна).

 

 

 

 

Заключение

Изучив исторические этапы зарождения механических знаний, я ознакомилась с огромным вкладом греческих ученых в развитие науки. Благодаря открытиям новых законов были построены многие полезные для человечества механизмы и созданы предпосылки для их совершенствования.

Таким образом, итог своей работы я могу представить в виде таблицы.

Основные этапы развития античной механики и их значение.

Период	Ученый	Деятельность
408-355 г г до н.э.	Евдокс Книдский	Сочинение: «Теория вращающихся концентрических сфер». Описание движения Луны, Солнца и пяти планет.
384–322 г.г. до н.э.	Аристотель	Основал философскую школу в местности, посвященной богу искусств – Аполлону Ликейскому. Сочинения: «Физика», «О небе», «О метеорах», «О возникновении и уничтожении».
287-212 г.г. до н.э.	Архимед	Понятие центра тяжести, понятие центра момента. Сочинения: «О равновесии плоских фигур, или о центрах тяжести плоских фигур», «О плавающих телах», «Книга опор», «О весах», «О рычагах».
Ι-ΙΙ вв н.э.	Герон Александрийский	Многие его открытия значительно опережали свое время. «Механика», «Пневматика», «Об автоматах», «О диоптре», «Об изготовлении метательных машин».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Список использованной литературы:

1.Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка. - М: Российская А.Н.; Российский фонд культуры, 1996г.

2.Ленович А.А. Я познаю мир. Физика: Энциклопедия – М.: АСТ: Хранитель, 2007г.

3.А.Ликум. Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей - М.: «Ключ – С», 1994г.

4.В.Бутромеев. Всемирная история в лицах. Древний мир. – М.: «Олма – пресс», 1999г.

5.Г. Дильс., Античная техника, пер.с нем., М.- Л., Выгодский М.Я., Арифметика и алгебра в древнем мире, 2изд., М., 1967г.

6.Григорьян А.Т. Механика от античности до наших дней. - М.: «Наука», 1971

7.        Большая советская энциклопедия. В 30 тт.
8.  Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник. – М.: Наука, 1983. 400 с.

9. Michael Lahanas "Heron of Alexandria"
http://www.mlahanas.de/Greeks/HeronAlexandria.htm

10. The Pneumatics of Hero of Alexandria (from the original greek translated for and edited by Bennet Woodcroft)
http://www.history.rochester.edu/steam/hero/index.html
11. Technical Works by Heron of Alexandria, Aristides Quintilianus and Johannes Pediasimos, with diagrams, later 16th century.

 

Скачано с www.znanio.ru