Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №3 города Галича Костромской области

 

 

 

 

 

 

Индивидуальный итоговый проект

Вклад Ломоносова в развитие физики

 

 

 

Выполнил: Соловьев Александр,

учащийся 8А класса

Научный руководитель:

Сизова Ольга Николаевна,

учитель музыки, педагог-библиотекарь

высшей квалификационной категории

 

 

 

 

 

Галич

2021

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                           3

      I.            ГЛАВА. Научные результаты Ломоносова и его физические воззрения                                                                                                             5

1.1. Путь в науку                                                                                     5

1.2. Первые научные исследования Ломоносова                                7

1.3. Исследования по теории теплоты и газов                                     9

1.4. Оптика и электричество                                                                12

1.5. О массе, весе и законе сохранения                                               16

1.6. Значение и роль М.В. Ломоносова в развитие физической науки современности                                                                                       17

  II.            ГЛАВА.  Создание электронной страницы виртуальной интерактивной энциклопедии                                                                                  19

ВЫВОД                                                                                                      21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                       22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ                                                                     24

ПРИЛОЖЕНИЯ                                                                                       25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Человек всегда искал способы объяснения жизни, того, что происходит вокруг нас. Наука прошла большой и сложный путь развития — от египетских и вавилонских памятников до атомных электростанций, лазеров и космических полётов. Человечество прошло длительный и трудный путь от незнания к знанию, непрерывно заменяя на этом пути неполное и несовершенное знание всё более полным и совершенным.

Наука — двигатель прогресса. Благодаря ее развитию в мире существует множество высоких технологий, медицинских открытий, бытовых и промышленных приборов, облегчающих и улучшающих жизнь человека. Развитие науки очень важно, как для России, так и для всего человечества. Она открывает путь в будущее, спасает жизни, даёт нам возможность познавать окружающий мир и тайны вселенной.

          Огромный вклад в развитие науки было сделано русским ученым М.В. Ломоносовым, чьё 310-летие мы отмечаем в этом году.

          Имя ученого известно всему миру, а вот современные школьники лишь поверхностные знания имеют о его достижениях.

Почему мы о нём мало знаем? Ещё Пушкин говорил: мы не любопытны. В библиотеках много интересных книг о Ломоносове. Много интригующих фактов можно найти и в Интернете.

Я решил изучить многочисленные и важные исследования, сделанные Михаилом Васильевичем Ломоносовым в области физики. Так как своё будущее образование я хочу продолжить именно в технологическом профиле старшей школы.

Обращение к жизни и деятельности первого российского академика обусловлена необходимостью познания его наследия, потребностью изучения личности и судьбы учёного. Думаю, мой проект понравится и школьникам, и студентам.

Всю жизнь занимаясь научными наблюдениями, опытами, экспериментами и прекрасно понимая всё их значение для науки, Ломоносов видел, что одного этого мало. «Если нельзя создавать никаких теорий, то какова цель стольких опытов, стольких усилий и трудов великих людей?» – спрашивал он и с предельной чёткостью определял задачу учёного: «Из наблюдений устанавливать теорию и с помощью теории исправлять наблюдения».

 

            Следуя логике великого ученого, я смею предположить, что если подробно изучить его вклад в развитие физики, обобщив свои теоретические знания, то можно сформировать собственное представление о важности этой науки в современной жизни. Благодаря этому, я смогу утвердиться в правильности выбора своего будущего обучения, признав тот факт, что физика - является одной из базовых дисциплин при подготовке будущих специалистов всех инженерных направлений. Это и будет гипотезой моего исследования.

Предмет исследования  - историческая литература содержащая информацию о жизни и деятельности М.В. Ломоносова, его научных достижениях.

Объектом исследования является: вклад М.В. Ломоносова в развитие физики.

Цель: осветить деятельность М.В. Ломоносова в развитие физики, его вклад в науку и технику.

Для раскрытия темы исследования, необходимо решить следующие основные задачи:

1.     Изучить работы Ломоносова и представить его научную деятельность в области физики.

2.     Понять роль Ломоносова в мировой науке и показать актуальность и востребованность идей ученого в современном обществе.

3.     Подготовить виртуальную интерактивную страницу по теме проекта для оформления выставки-энциклопедии “Феномен Ломоносова”.

Методы исследования: анализ литературы, систематизация, сравнение, обобщение.

Теоретическая значимость проведенного исследования позволит осмыслить и в значительной мере углубить представление о Ломоносове как великом ученом-энциклопедисте, о роли физике в освоении материального природного мира.

Практическим результатом будет создание виртуальной страницы с опубликованными материалами моего исследования в электронной интерактивной выставке, посвященной 310-летию со дня рождения М.В. Ломоносова “Феномен Ломоносова”.

      I.            ГЛАВА. Научные результаты Ломоносова и его физические воззрения

1.1. Путь в науку

Среди имен деятелей и культуры, и науки особенно дорого для русского человека имя Михаила Васильеви­ча Ломоносова, основоположника науки в России, сы­гравшего особую роль в распространении просвещения в русском народе.

Михаил Васильевич Ломоносов родился 8 (19) ноября 1711 г. в деревне Денисовке (ныне село Ломоносово), расположенной на Курострове недалеко от Архангель­ска (приложение 1). Отец его Василий Дорофеевич Ломоносов был крестьянином-помором и занимался рыбным промыслом. Крестьяне, занимавшиеся рыбным промыслом на Севе­ре, хотя и были крепостными, однако не находились во владении какого-либо помещика, а платили подушный оклад государству.

На севере России по сравнению с ее центральной частью крестьяне находились в лучшем положении. Среди населения довольно широко была распространена грамотность. Некоторые зажиточные крестьяне имели у себя даже книги, в том числе и светские. Имел их и со­сед Ломоносова Иван Шубный, у которого Михаил Васильевич первоначально научился грамоте.

Еще совсем мальчиком Ломоносов умел уже читать и писать и читал псалмы в местной церкви. Земляки Ломоносова  сообщали, что он «охоч был читать в церкви псалмы и каноны и по здешнему обычаю жи­тия святых, напечатанные в прологах, и в том был про­ворен, а при том имел у себя глубокую память. Когда какое житие или слово прочитает, после пения расска­зывал сидящим в трапезе старичкам сокращенное на словах обстоятельно». В 1725 г. Ломоносову попались две книги: «Грамматика» Смотрицкого и «Арифметика» Магницкого (приложение 2).

Обе эти книги, которые Ломоносов называл «вратами учености», произвели на него большое впечатление. У него возникло необычно сильное желание глубже познакомиться с современной ему наукой, и прежде всего с естествознанием. Однако на родине это желание было невыполнимо.

Поблизости в Холмогорах находилась Славяно-латинская школа. Это было духовное учебное заведение. К тому же людей «подлого» происхождения, т. е. детей крепостных, в нее не принимали. И Ломоносов решил уйти учиться в Москву. Это он осуществил в 1730 г.

Прибыв в Москву, он подал прошение о зачислении его в Славяно-греко-латинскую академию, высшее духовное учебное заведение. Ему пришлось скрыть свое происхождение и назваться сыном Холмогорского дворянина, так как согласно указу Синода «помещиковых людей и крестьянских детей, также непокорных и злонравных, отрешить и впредь таковых не принимать».

В течение одного года Ломоносов прошел сразу три класса. За это время он в совершенстве изучил латинский язык, необходимый для овладения наукой. Однако того, чего он искал — естественнонаучных знаний, Славяно-греко-латинская академия дать ему не могла. В 1734 г., прослышав об учености духовной академии в Киеве, Ломоносов добился поездки туда. Но и в Киевской академии он не смог получить желанных ему знаний.

В 1735 г. произошло событие в жизни Михаила Васильевича, давшее полное удовлетворение всем его желаниям. В этом году по распоряжению Сената из Московской Славяно-греко-латинской академии в Петербург были вызваны двенадцать лучших студентов для обучения их в академическом университете и подготовки из них ученых для Петербургской Академии наук.

Среди этих двенадцати студентов был и Ломоносов. В Петербургской Академии наук он пробыл восемь месяцев, а затем для прохождения дальнейшего обучения был направлен за границу.

За границей Ломоносов сначала обучался естественным наукам — физике, химии и др., а также математике в Марбурге у известного тогда ученого и философа, ученика Лейбница Христиана Вольфа, а затем переехал в Фрейбург, где его образованием руководил ученый и инженер Генкель. У Генкеля Ломоносов занимался изучением металлургии и горного дела. В конце пребывания Ломоносова за границей с ним чуть не произошло несчастье. Он был завербован в Прусскую армию, однако ему удалось бежать. В 1741 г. он наконец вернулся в Петербург, в Академию наук, где протекала вся его дальнейшая научная и общественная деятельность.

Академия наук в Петербурге была создана в 1725 г. по указу Петра, но уже после его смерти. Это было первое научное учреждение в России.

Решая задачу развитая науки в России, Петр I пришёл к выводу о необходимости организации собственной Академии наук, способной и «производить науку» и распространять знания среди русского народа. Петербургская Академия наук сразу же завоевала себе авторитет «знатнейшего» научного учреждения. С самого начала ее членами были крупнейшие ученые того времени, в том числе Эйлер и Даниил Бернулли. Однако среди академиков не было русских, все они были иностранцы, приглашенные из-за границы. В связи с этим одной из насущнейших задач Академии была подготовка национальных кадров ученых. Для этой цели при Академии были созданы гимназия и университет. Для этой же цели были посланы за границу молодые люди для обучения. Среди них был и Михаил Васильевич Ломоносов.

Попав сначала в Петербург в Академию наук, а затем за границу, Ломоносов сумел, наконец, удовлетворить свою жажду к познанию и овладеть современной ему наукой. При этом, однако, он увидел, что, хотя эта наука резко противопоставила себя схоластике, тем не менее в ней не было единства. В ней существовали разные течения, разные взгляды на основные вопросы естествознания. Ломоносов был поставлен перед выбором. Он должен был решить для себя, к какому научному направлению ему примкнуть.

 

1.2. Первые научные исследования Ломоносова

Уже за границей, а затем в первое время после возвращения на родину у Ломоносова начинает складываться собственная картина мира, в основу которой он положил атомистику и отрицательное отношение к дальнодействующим силам. Свои первые представления об этой картине он набросал уже за границей, в своих ранних работах, оставшихся ненапечатанными в его время. Этими работами были «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул», «Элементы математической химии», «Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств», «Заметки о тяжести тел», «О сцеплении и расположении физических монад» и др (приложение 3). В этих работах содержатся первые представления Ломоносова о строении вещества, об атомах и молекулах, их соединениях и т. п. Эти представления касались главным образом физических, а также и химических свойств вещества. В дальнейшем они должны были совершенствоваться, развиваться вместе с их применением для объяснения соответствующих физических и химических явлений. Таким образом должна была строиться физическая картина мира.

Через некоторое время после возвращения на родину в 1741 г. Ломоносов был зачислен адъюнктом Академии по физическому классу, а затем в 1745 г. стал профессором, т. е. действительным членом Российской Академии наук.

Первыми опубликованными работами Ломоносова были работы по теории теплоты и газов, в которых он опирался на атомную модель, которая начала складываться у него за границей. Но прежде чем говорить об этих работах, скажем коротко о взглядах Ломоносова на химические явления и о достижениях его в области химии.

В отличие от физики химия в первой половине XVIII в. еще не сформировалась как одна из естественных наук. Большую роль в становлении химической науки сыграли работы английского ученого XVII в. Бойля. В частности, в работах Бойля начинает формироваться понятие химического элемента. Это понятие дальше развил Ломоносов, и что особенно важно, он связал его с атомистической гипотезой. Развивая атомистическую гипотезу в химии, Ломоносов сделал новый принципиальный шаг в науке.

Он высказал соображение, что частицы, из которых состоит вещество, должны быть двух видов, родов. Во-первых, это «элементы» — частицы, неразложимые при химических превращениях. Элементы эти и есть атомы, из которых построены все вещества. Во-вторых, имеются корпускулы, частицы сложные, состоящие из элементов. При этом одинаковые корпускулы одного и того же вещества состоят из одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом. Если при изменениях, происходящих с веществом, изменяется состав корпускул, значит, происходят химические реакции.

Таким образом, предвосхищая последующие открытия, Ломоносов, по существу, говорил о существовании наряду с атомами и молекул. Установление факта существования двух видов частиц, атомов и молекул было очень важным открытием в химии. После Ломоносова вторично оно было сделано значительно позже.

Второе достижение Ломоносова в области химии — открытие неизменности общего веса при химических реакциях. Ломоносов предположил, что вес окалины больше веса металла, потому что при обжиге с металлом соединился воздух, находящийся в сосуде.

В 1745 г. в своем сочинении «Размышление о причине теплоты и холода», прочитанном в собрании Академии наук. В последующее время, в 1756 г., Ломоносов проделал опыт. Он также прокалил в закрытом стеклянном сосуде металл, взвесил весь сосуд с металлом до обжига и после. Как показало взвешивание, вес сосуда с металлом не изменился.

Результат этого опыта показал, что общий вес веществ, которые вступают в химическую реакцию, до и после начала реакции сохраняется неизменным. Этим самым был сделан решающий шаг в установлении закона сохранения веществ при химических реакциях, а затем и к общему закону сохранения вещества.

Однако по неизвестной причине Ломоносов не опубликовал полученного им результата. В 1774 г. известный французский химик Лавуазье опубликовал работу, в которой описал проделанный им аналогичный опыт. Он так же как и Ломоносов показал, что вес сосуда с металлом до нагрева и после не меняется. Но он также измерил, насколько увеличился вес металла при нагреве, и сравнил его с уменьшением веса воздуха в сосуде.

Перейдем теперь к рассмотрению работ Ломоносова по физике.

 

1.3. Исследования по теории теплоты и газов

Первым серьезным трудом Ломоносова по физике была работа, посвященная теории теплоты. Она была прочитана в собрании Академии, как уже было сказано выше, в 1745 г. и называлась «Размышления о причине теплоты и стужи». В этой работе Ломоносов применяет общие представления об атомистическом строении вещества к физическим явлениям, в данном случае тепловым. При этом сами представления об атомах или, как он их называл, «нечувствительных частицах» совершенствуются.

Ломоносов был резким противником теории теплорода. По этой теории существует некая невесомая и даже, может быть, невещественная материя, теплород. Простое присутствие теплорода в теле приводит к его нагреванию. В противоположность этому выводу Ломоносов считал, что природа теплоты объясняется движением частиц, из которых состоит само тело. Этот вывод был не нов. В XVII в. ряд ученых высказывались в пользу такого представления о природе теплоты. Однако к середине XVIII в. приверженцев такого взгляда на природу теплоты было уже мало и большинство придерживалось теории теплорода.

В своей работе Ломоносов, прежде всего опираясь на опытные факты, доказывает правоту кинетической теории теплоты и возражает против теории теплорода. Он пишет, что, с одной стороны, теплота возбуждается видимым движением, которое при этом пропадает, а с другой стороны, при нагревании появляется движение тел. Будучи твердо уверен в том, что движение в природе не может теряться или появляться из ничего, Ломоносов заключает, что причиной теплоты должно быть движение. Но какое? Это движение должно быть невидимым движением нечувствительных частиц. «Достаточное основание для теплоты, — пишет он, — заключается во внутреннем движении материи».

Ломоносов уточняет характер теплового движения частиц (приложение 4). Тепловое движение частиц, по его мнению, является вращательным. Частица представляет собой шероховатые шарики, подобные зубчатым колесам и способные, сцепляясь друг с другом, передавать движение одной частицы к другой. В твердом теле шероховатые частицы соприкасаются друг с другом и непосредственно передают вращательное движение друг другу. Таким образом происходит теплопередача.

Почему же тогда твердое тело не рассыпается на частицы? Очевидно, потому, что на эти частицы оказывает давление существующая повсюду и неощутимая материя — эфир, которая, в свою очередь, состоит из еще более мелких частичек.

Почему Ломоносов выставил такую гипотезу о теплоте только как о вращательном движении частиц? Это связано с моделью твердого тела. Не признавая дальнедействующих сил, Ломоносов не признавал молекулярных сил, подобных силам тяготения. Поэтому твердые тела не рассыпаются на части, будучи подвержены со всех сторон давлению частиц эфира. Поэтому при тепловом движении частицы твердого тела должны совершать вращательные движения, ибо при этом тело сохраняет свою форму и размеры.

Таким образом, Ломоносов хотя остроумно, но неправильно принял за тепловое движение только вращательное движение частиц. Однако нужно отметить, что такую же ошибку при построении кинетической теории теплоты допустил уже гораздо позже, в середине XIX в., т. е. спустя 100 лет, Джоуль, который на первых порах считал тепловым движением вращательное движение частиц тела. Следует указать, что английский инженер Ранкин, много занимавшийся термодинамикой и молекулярной теорией теплоты в середине прошлого века1, также считал тепловое движение вращательным.

В работе Ломоносова много отдельных интересных выводов из кинетической теории теплоты, некоторые из которых были сделаны вторично только в XIX в.

Во-первых, следует отметить, что Ломоносов уже определенно различает температуру тела и количество теплоты и дает этим понятиям толкование. Далее, Ломоносов совершенно определенно говорит о существовании абсолютного нуля температур и поясняет это понятие с точки зрения кинетической теории теплоты.

Ломоносов правильно рассматривает процесс теплопроводности как передачу теплового движения от одной частицы к соседней. Наконец у него начинает появляться понятие теплоемкости тел и т. п.

Представление Ломоносова об атомном строении газов очень близки к представлениям, которые были установлены в середине XIX в. и которые стали по-настоящему развиваться с этого времени.

Он указывает на ряд свойств воздуха, подтверждающих его теорию. Показав, что согласно его модели газ должен следовать закону Бойля — Мариотта, он далее отмечает, что это не совсем верно. Для достаточно сжатых газов этот закон не будет точно выполняться. Ломоносов правильно указывает одну из причин этого — конечный размер частиц газа. Вопрос об отступлении газов от закона Бойля — Мариотта был рассмотрен гораздо позже, только во второй половине XIX в., Ван-дер-Ваальсом.

Работы Ломоносова по теории теплоты и газов в последующее время обсуждались в печати.

Совсем иначе к оценке работ Ломоносова отнесся Эйлер. В 1741 г. советник академической канцелярии Шумахер, один из противников Ломоносова, решил послать его первые работы на просмотр Эйлеру в Германию. Шумахер рассчитывал получить отрицательный отзыв Эйлера на них. Однако, вопреки ожиданию, Эйлер высоко оценил работы Ломоносова. Он так же, как и Ломоносов, был противником теории теплорода, и его взгляды на природу теплоты были близки к взглядам Ломоносова.    

В своем отзыве о работах Ломоносова Эйлер писал: «Все сии сочинения не токмо хороши, но и превосходны, ибо он изъясняет физические и химические материи, самые нужные и трудные, кои совсем неизвестны и невозможны были к истолкованию самым остроумным ученым людям, с таким основательством, что я совсем уверен в точности его доказательств. При сем случае я должен отдать справедливость господину Ломоносову, что он одарован самым счастливым остроумием для объяснения явлений физических и химических. Желать надобно, чтобы все прочие Академии были в состоянии показать такие откровения, которые показал господин Ломоносов».

Одновременно с работами по теории теплоты и газов Ломоносов занимался и экспериментальными исследованиями, в том числе и по физике. Одним из таких исследований была работа «Анемометр, показывающий наибольшую быстроту любого ветра и одновременно изменение в его направлении». В работе дано описание устройства оригинального прибора, с помощью которого можно определять направление и скорость ветра. Данный прибор имел ряд положительных качеств, отличающих его от уже существующих подобных приборов.

Вторая экспериментальная работа посвящена конструированию нового прибора «универсального барометра» для измерения вариаций силы тяжести (приложение 5). Об этом приборе Ломоносов доложил в Академию наук в 1749 г. Что касается опубликования этой работы Ломоносова, то она осталась неопубликованной при его жизни.

 Сконструированный Ломоносовым прибор имел некоторые недостатки и был недостаточно точен. Однако сама идея была интересна. Приборы, построенные по такому же принципу, что и «универсальный барометр» Ломоносова, в последующем стали применяться при гравиметрических измерениях.

 

1.4. Оптика и электричество

Многие научные исследования Ломоносова были посвящены оптике и электричеству. Эти научные исследования носили теоретический и экспериментальный характер. Ими он начал заниматься после постройки для него химической лаборатории в 1748 г. (приложение 6). Что же касается его работ по оптике, то они были связаны с его практической деятельностью по изготовлению окрашенных стекол.

Изготовление окрашенных стекол Ломоносов начал в химической лаборатории. Вскоре он достиг в этом деле больших успехов, которые побудили его направить свои усилия на постройку завода для изготовления цветного стекла. Ломоносов составил проект постройки мозаичного завода и стеклянной фабрики. После длительных и упорных хлопот ему удалось в 1753 г. осуществить часть своего проекта, в этом году был построен стеклянный завод (приложение 7).

В химической же лаборатории, в частности при изготовлении цветных стекол, Ломоносов провел много экспериментов по оптике, по окрашиванию стекол и т. д. Одновременно он разработал теорию света и цветов и изложил ее в работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее». Эту работу он зачитал в 1756 г. на публичном заседании Академии наук, а затем опубликовал ее. В ней Ломоносов изложил свои взгляды на природу света и цветов.

Ломоносов рассчитывал непосредственно доказать волновую природу света. В 1753 г. он «сообщил об опытах по дрожанию струн в пустоте имеющих быть учененными для той цели, чтобы было очевидно, связаны ли колебательные движения со светом».

Далее, в одном из заседаний Академии в 1757 г. Ломоносов «объявил маленькие гусли, с которыми хочет чинить под антлиею эксперимент для доказательства, что лучи и искры под антлиею происходят от движения эфира, о чем впредь собрание уведомить обещался».

Об этих опытах ничего не известно. Конечно, проект их несколько наивен. Однако нужно иметь в виду, что в середине XVIII в. взгляды физиков на вещество и эфир были еще весьма примитивными.

Ломоносов также пытался дать картину движений в эфире, которые представляли бы распространение света (приложение 8). По Ломоносову, эфир так же, как и вещество, состоит из маленьких шероховатых «нечувствительных» частиц — шариков. Только частицы эфира представлялись ему более мелкими, нежели частицы обычных тел, т. е. вещества. Эти частицы также соприкасаются друг с другом, их колебательное движение, распространяющееся в виде волн, и является светом.

Эта модель Ломоносова интересна особенно тем, что она представляет свет как распространяющиеся поперечные волны. К мысли о том, что свет является поперечными волнами, физики пришли с большим трудом и только в первой половине XIX в. Что же касается самой модели световых волн, то подобные модели строились и позже, уже в XIX в.

Ломоносов занимался не только теоретическими, но и экспериментальными исследованиями в области оптики, а также построением оптических инструментов.

В области электрических явлений наиболее интересным является его исследование атмосферного электричества.

В 1751 г. американский физик Франклин высказал гипотезу об электрической природе грозы. Затем в следующем году он эту гипотезу проверил на эксперименте. Он проделал известный опыт со змеем, запустив его во время грозы и извлекая из нити искры. Показав электрическую природу молний, Франклин высказал идею громоотвода.

Исследования Франклина по атмосферному электричеству стали известны в Европе, и в частности в России. Узнали о них и русские академики Рихман и Ломоносов, которые, в свою очередь, начали проводить опыты, подобные опытам Франклина. В 1753 г. произошла трагедия: во время грозы Рихман был убит разрядом шаровой молнии. После его смерти Ломоносов уже один продолжал подобные опыты. Эти опыты он проводил с «громовой машиной» (приложение 9).

Устройство «громовой машины» было таким. Она состояла из металлического шеста, установленного на крыше дома, от этого шеста протягивалась проволока в дом к простейшему электроскопу. Со своей «громовой машиной» Ломоносов проделал много опытов и произвел много наблюдений, установив целый ряд новых фактов. Из этих фактов наиболее интересным было открытие наличия электричества в атмосфере в отсутствие грозы. Это открытие имело важное значение для построения Ломоносовым теорий происхождения электричества в атмосфере.

Основная идея теории атмосферного электричества Ломоносова заключается в том, что в атмосфере всегда имеются вертикальные потоки поднимающихся испарений «шариков горючих паров» и опускающихся потоков частиц воды. Эти «горючие шарики» и частицы паров воды при трении создают большие электрические заряды в атмосфере (приложение 10).

Теория Ломоносова может расцениваться как первая научная теория образования атмосферного электричества. Несмотря на скудость известных в то время сведений об электричестве и атмосферных явлениях, Ломоносов сумел правильно установить самые общие черты теории образования электричества в атмосфере.

Другим замечательным моментом взглядов Ломоносова на электрические явления было то, что он предвидел связь между этими явлениями и оптическими. По Ломоносову, электрические и оптические явления происходят в одной и той же среде, в эфире, т. е. имеют до известной степени одинаковую природу. Только свет является колебательным движением частиц эфира, тогда как электричество — их вращательным движением. Говоря о вращательном движении частиц эфира, он писал: «Сим орудием электрическая сила действует и ясно представлена, истолкована и доказана быть может без помощи непонятного вбегающих и выбегающих без всякой причины противным движением чудотворных материи».

Вообще для Ломоносова как физика характерно стремление искать связи между физическими явлениями различной природы, устанавливать связи между тепловыми и электрическими явлениями, между тепловыми и световыми явлениями, а также различными физическими и химическими явлениями.

Остановимся ещё на конструировании им оптических и электрических приборов.

Из оптических приборов укажем здесь на усовершенствование Ломоносовым зеркального телескопа или зрительной трубы Ньютона. Отражательный телескоп Ньютона состоял из цилиндрической трубы, внутри которой помещалось вогнутое зеркало. Лучи от рассматриваемого предмета, отраженные от этого зеркала, отражались затем от маленького плоского зеркальца, поставленного под углом 45° к оси цилиндра. И наконец, они попадали в окуляр, как показано на рисунке. Конструкция Ньютона имела недостатки. Во-первых, наблюдение велось сбоку и, следовательно, зрительная труба Ньютона была неудобна для использования именно как зрительная труба. Во-вторых, часть, света, попадающая в трубу, задерживалась плоским зеркальцем. Ломоносов предложил слегка наклонить большое зеркало и рассматривать получаемые от него изображения непосредственно в окуляр. В этом случае наблюдатель смотрит в зрительную трубу прямо в направлении рассматриваемого предмета. Кроме того, весь световой поток, попадающий в зрительную трубу, попадает и в глаз наблюдателя (приложение 11). Ломоносову не удалось из-за волокиты со стороны академического начальства построить данную трубу. Ее конструкция осталась неосуществленной.

Конструкция зрительной трубы, предложенная Ломоносовым, была полезна. Известно, что впоследствии: такая же конструкция была применена в конце XVIII в. известным   английским   астрономом   Гершелем в его большом телескопе.

Вторым интересным оптическим прибором, конструкцию которого предложил Ломоносов, была «ночезрительная труба» (приложение 12).

Экспериментальные исследования различных оптических приборов, в частности зрительных труб, при различных освещениях для различных предметов привели Ломоносова к выводу, что для лучшей видимости предмета в сумерках полезнее всего применять зрительную трубу с объективом большого диаметра и маленьким окуляром, диаметр которого равен диаметру человеческого зрачка. В связи с этим Ломоносов предложил конструкцию «ночезрительной трубы».

Уже после смерти Ломоносова его конструкция «ночезрительной трубы» была использована участниками полярной экспедиции Чичагова. Затем немецкий ученый Ламберт сконструировал зрительную трубу, предназначенную для наблюдения в сумерках. Позже, уже в 1803 г., специальную зрительную трубу для ночных наблюдений сконструировал французский астроном Лаландт. «В наше время, — пишет С. И. Вавилов, — «ночезрительная труба» (конечно, в современном виде) стала общеупотребительным прибором».

 

1.5. О массе, весе и законе сохранения

Ломоносов много работал и размышлял над разными общими вопросами физики, такими, как законы сохранения, масса, сила тяготения и т. д.

Прежде всего Ломоносов был уверен, что в природе для некоторых физических величин действуют законы сохранения. Будучи твердо убежденным материалистом, Ломоносов полагал, что существуют только материальные тела, все процессы в природе являются результатом их движения и что материя и ее движение неуничтожимы и несотворимы. На это положение он опирался в своих исследованиях.

Ломоносов экспериментально установил, что при химической реакции окисления металла общий вес веществ, участвовавших в этой реакции, до и после ее протекания остается постоянным. Однако почему-то он это открытие не опубликовал, а оставил в своих записках.

Можно предполагать, что Ломоносов, по-видимому, сомневался в выводе относительно пропорциональности веса тела его «количеству материи», т. е. массы. Почему Ломоносов сомневался в том, что масса пропорциональна весу тела? Он считал возможным и даже необходимым тяжесть тела объяснять действием «тяготительной материи». А это действие, по крайней мере для твердых тел, зависит от величины их поверхности, так как частицы этих тел плотно прилегают друг к другу.

Вообще, согласно Ломоносову, не только тяжесть тела и его тяжелая масса, говоря современным языком, не может быть пропорциональна его объему, но и его инертная масса также не должна быть пропорциональной объему. Ведь при движении твердого тела приходит в движение и эфир, окружающий его и увлекаемый им.

Все эти рассуждения в переводе на более поздние понятия гравитационной и инертной массы весьма интересны.

Ломоносов живо интересовался вопросом о мере движения. Так, например, он писал: «...самые первые начала механики, и тем самым и физики, еще спорны, и что наиболее выдающиеся ученые нашего века не могут придти к соглашению о них. Самый явный пример этого — мера сил движения, которую одни принимают в простом, другие — в двойном отношении скорости».

Далее. Из письма Румовского к Эйлеру, написанного 1756 г., известно, что Ломоносов предлагал «ученым три вопроса... Третий — количество движения пропорционально ли массе, помноженной на скорость или на квадрат скорости...». И далее Румовский писал, что Ломоносов доказывает, будто бы «количество движения не пропорционально массе, помноженной на квадрат скорости».

 

1.6. Значение и роль М.В. Ломоносова в развитие физической науки современности

Ломоносов внёс значительный вклад в развитие физической науки. Его активная творческая деятельность была посвящена самым актуальным в то время направлениям физики и, говоря современным научным языком, смежным с физикой областям: физической химии, геофизике, физике атмосферы, астрономии, физической минералогии, математической физике, биофизике, метрологии, гляциологии, физике северных сияний, физике «хвостов» комет.

Законченные и опубликованные исследования Ломоносова были известны на Западе и привлекали большое внимание. Другое дело, что новые и смелые идеи Ломоносова не всегда усваивались современниками, что Ломоносов шёл "против течения", но никто из современников не сомневался в осведомлённости его в общепринятых воззрениях и в возникавших проблемах. Из современников Ломоносова его высоко ценил Эйлер, во многом разделявший его воззрения и на которого Ломоносов несомненно оказал сильное влияние, о чём свидетельствуют эйлеровские "Письма к немецкой принцессе". Его научные заслуги получили и официальное признание в избрании его почётным членом Болонской и Шведской академий.

Конечно, по условиям своей работы Ломоносов не смог завершить многих своих научных планов. Но и то, что им было закончено, представляло вклад в науку исключительного значения.

Среди наиболее значимых научных достижений Ломоносова в области физики является его атомно-корпускулярная теория строения вещества и материи. Это позволило Ломоносову объяснить зависимость упругости воздуха от теплоты: «Отсюда очевидно, что воздушные атомы действуют друг на друга взаимным соприкосновением сильнее или слабее в зависимости от увеличения или уменьшения степени теплоты, так что если было бы возможно, чтобы теплота воздуха вовсе исчезла, то атомы должны были бы вовсе лишиться указанного взаимодействия». Только спустя столетие данные воззрения стали общепринятыми благодаря работам Дж. Максвелла и Л. Больцмана, создавших количественную математическую теорию газов в рамках молекулярно-кинетических представлений.

Теория Ломоносова позволила также объяснить изменения плотности воздуха с высотой и предсказать наличие границы атмосферы: «Чем дальше от земли отстоят остальные атомы, тем меньшую массу толкающих и тяготеющих атомов встречают они в своем стремлении вверх; так что верхние атомы, занимающие самую поверхность атмосферы, только своей собственной тяжестью увлекаются вниз и, оттолкнувшись от ближайших нижних, до тех пор несутся вверх, пока полученные ими от столкновения импульсы превышают их вес. Но как только последний возьмет верх, они снова падают вниз, чтобы снова быть отраженными находящимися ниже. Отсюда следует:

1. что атмосферный воздух должен быть тем реже, чем более он отделен от центра земли;
2. что воздух не может бесконечно расширяться, ибо должен существовать предел, где сила тяжести верхних атомов воздуха превысит силу, воспринятую ими от взаимного столкновения».

В работе «Прибавление к размышлениям об упругости воздуха» Ломоносов объяснил непропорциональность упругости давлению сильно сжатого воздуха, обнаруженную Д. Бернулли, влиянием собственного объема частичек воздуха на частоту их столкновений. Приблизительно через сто лет аналогичные представления были использованы нидерландским физиком Ван-дер-Ваальсом при создании им количественной теории неидеального газа.

Ломоносов открыл один из фундаментальных законов природы – закон сохранения материи в изолированных системах.

Работы Ломоносова и его соратника Г.В. Рихмана внесли важный вклад в понимание электрической природы грозовых разрядов. В то время под физикой электричества понимался круг явлений, связанных с наэлектризованными трением телами. Единства по этому вопросу среди учёных того времени не было. Ломоносов с Рихманом в России и Б. Франклин в Америке провели оригинальные научные эксперименты и доказали электрическую природу грозовых разрядов.

На основе многолетних исследований и многочисленных опытов Ломоносов разработал теорию света и выдвинул трёхкомпонентную теорию цвета, с помощью которой объяснил физиологические механизмы цветовых явлений. По мысли Ломоносова, цвета вызываются действием трёх родов эфира и трёх видов цветоощущающей материи, составляющей дно глаза. Теория цвета и цветового зрения, с которой Ломоносов выступил в 1756 году, выдержала проверку временем и заняла должное место в истории физической оптики.

Современная цветная фотография, техника цветного кино, как известно, используют тот же принцип смешения трёх основных цветов. Что же касается основной идеи Ломоносова о сведении электрических, световых, тепловых явлений и, возможно, тяготения к движению в эфире, то в этом отношении он опередил свой век и является прямым предшественником Фарадея.

Всю жизнь занимаясь научными наблюдениями, опытами, экспериментами и прекрасно понимая всё их значение для науки, Ломоносов видел, что одного этого мало. «Если нельзя создавать никаких теорий, то какова цель стольких опытов, стольких усилий и трудов великих людей?» – спрашивал он и с предельной чёткостью определял задачу учёного: «Из наблюдений устанавливать теорию и с помощью теории исправлять наблюдения».

 

 

   II.            ГЛАВА.  Создание электронной страницы виртуальной интерактивной энциклопедии

К 310-летию со дня рождения великого гения мы со своими одноклассниками решили подробнее познакомиться с его направлениями научной и культурной деятельности. Написав исследовательские проекты, посвященные каждой из предметных сторон деятельности ученого, было решено объединить их все под одной темой «Феномен Ломоносова-человека, опередившего время» и создать электронную версию: https://view.genial.ly/618b712f5da8380dd2976c34/presentation-vystavka-fenomen-lomonosova . Форма была выбрана – виртуальная интерактивная выставка-энциклопедия.

В последнее время все чаще издаются энциклопедии, посвященные конкретным знаковым персонам прошлого и современности, которые называются биографическими и представляют собой собрания трудов, достижений, исторических фактов, документов и воспоминаний современников, связанных с данной персоной. Именно эта форма и заинтересовала меня и моих одноклассников больше всего, так как наиболее подходит для освещения выбранной нами темы.

А соединяя её с виртуальной выставкой, получился новый, многофункциональный информационный ресурс, который, во-первых, предоставляет возможность получения новой информации широкому кругу пользователей, во-вторых, позволяет при создании выставки-энциклопедии расширить круг использованных средств и приемов для реализации идеи и концепции проекта (тексты, графика, аудио, видео и др.).

Виртуальная выставка-энциклопедия носит информационно-исследовательский и практико-ориентированный характер, направлен на развитие творческой инициативы и деятельности учащихся, педагогов по сохранению и изучению истории развития науки.

А ещё, такой информационный многофункциональный Интернет ресурс значительно облегчает доступ всех заинтересованных сторон к взаимному и плодотворному взаимодействию.

Каждый из ребят создавал свою страничку данной выставки-энциклопедии, продумывал её оформление и содержание в соответствие со своей темой проекта. Мною была создана страница “Вклад Ломоносова в развитие физики” (приложение 13). Применяя различные технологии, сетевые ресурсы, модели исполнения, мы искали иллюстрации, фотографии, цитаты, статьи и книги, фотографии, видео и многое другое.

При создании информационного продукта я придерживался следующего алгоритма:

1. Разработка концепции электронной странички.

2. Подготовка иллюстративного материала (сканирование, обработка, создание иллюстративного материала, подготовка текста, создание рабочей папки).

3. Техническая подготовка проекта (наличие необходимых технических средств и доступа к сети Интернет)

3. Создание страницы (работа с выбранным сервисом: регистрация, размещение материалов в выбранном шаблоне, наполнение содержанием, дизайн проекта, сохранение).

4. Проведение презентации и публикация проекта в Интернете.

Виртуальная выставка-энциклопедия создана с помощью сервиса для создания интерактивного контента Genially.

Genial.ly – это онлайн-сервис для создания красивого интерактивного контента для блогов и сайтов: презентаций, интерактивных плакатов, игр, инфографики и т.д.

Этот сервис позволяет одновременно работать в нём нескольким пользователям, что для создания совместного проекта оказалось очень актуально.

В итоге, мною и ребятами, участниками этой исследовательской деятельности были проанализированы источники информации по теме исследования, сформирован список необходимых материалов для разработки информативно-актуального мультимедийного контента. Подготовлены и структурированы данные на основе классификации по направлениям деятельности учёного, периодам его творчества и значимости. Подготовлен интерфейс электронной мультимедийной выставки-энциклопедии, а наполнение энциклопедии происходило подготовленным материалом в различных формах представления. Получился своеобразный инструмент просвещения и патриотического воспитания молодежи в современных условиях, сохранения и передачи научной, культурной и исторической памяти народа.

 

 

 

ВЫВОД

Физика. Кто придумал, почему оно взорвалось, как это рассчитать, что это такое, почему так происходит, зачем эта деталь, куда переходит энергия? Сотни вопросов. На огромное количество есть ответы, на огромное количество – нет, а еще большее число не задано вообще…

Важной особенностью физики является тесная взаимосвязь с развитием общества и его материальной культуры, поскольку она никак не может быть той самой «вещью в себе». Физика и зависит от уровня развития общества, и одновременно является двигателем его производительных сил. Вот почему именно науку о природе и ее законах можно считать тем «срезом», по которому видно научный потенциал страны и вектор ее развития.

Сегодня мы имеем все возможности изучать предмет, который отвечает и техническому прогрессу, и задачам, которые в данный момент стоят перед отечественной наукой, есть множество возможностей раскрыть свой научный и изобретательский потенциал.

Изучение физики имеет важнейшее значение и для развития техники: люди получили возможность сконструировать самолеты и космические корабли, электронные приборы, компьютерную технику и многое другое. Благодаря важным открытиям развивается не только сама физика, но и другие естественные науки: химия, астрономия, биология и др. Физика – одна из основ естественных наук.

Подводя итоги научной деятельности Ломоносова, я должен отметить, с одной стороны, поразительную разносторонность его научного творчества, которое охватывало различные вопросы теоретической и прикладной физики и химии, химической технологии, теоретической и экспериментальной метеорологии и многое другое.

С другой стороны, необходимо также подчеркнуть оригинальность и глубину его научного мышления, которые позволили ему обогатить эти разнообразные области знания идеями, опередившими его время на столетие.

Познание истинного устройства материального мира бесконечно, появляются новые наблюдения и результаты экспериментов, не укладывающиеся в представления сложившихся теорий. Новые появляющиеся теории, претендующие на более глубокое описание физической реальности и на более широкую область применимости, чем старые, должны включать старые теории в качестве своего предельного случая.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перечень работ по физике, осуществленных Ломоносовым, очень велик. Он многое сделал в разработке законов механики, связанных как с перемещением в пространстве крупнейших объектов Вселенной, так и с движением элементарных частичек вещества. Ученый исследовал причины и характер тяготения, сконструировал многие приборы и инструменты для экспериментальной работы в области физики, астрономии, химии и других наук.

Неоднократно подчеркивая в своих научных трудах задачи наиболее полного познания законов природы и совершающихся в ней процессов, Ломоносов прежде всего имел в виду их практическую значимость для человечества. К этому, по его мнению, должны быть направлены и стремления всех наук, тесно взаимодействующих между собой. Ученый обращал внимание на то, что блаженства человеческие увеличены и в высшее достоинство приведены быть могут яснейшим и подробнейшим познанием натуры, которого источник есть натуральная философия, обще называемая физика. Она разделяет смешение, различает сложение частей составляющих натуральные евши, усматривает в них взаимная действия и союз, показывает оных причины. . .

Труды Ломоносова в области физики явились крупным вкладом в эту важнейшую науку о природе. Они развивались и дополнялись учеными двух последующих столетий и способствовали тому, что в первой половине XX в. физика стала общепризнанным лидером естествознания.

Записка Ломоносова с перечнем его главных результатов в науке им не окончена, и её можно было бы продолжать очень долго, перечисляя огромное множество фактов, мыслей, догадок, найденных или высказанных Ломоносовым в химии, физике, астрономии, метеорологии, геологии, минералогии, географии, истории, языкознании.

Неиссякаемая энергия Ломоносова, его необычайная активность, непримиримость в принципиальном, высокое сознание своего долга и ответственность перед Родиной и сейчас служат нам образцом.

Велики заслуги Ломоносова перед Отечеством и в области науки, и в области просвещения, и в области русской культуры. О его замечательной деятельности неоднократно с восхищением писали лучшие представители русского народа. Мы уже приводили слова о Ломоносове А. С. Пушкина, который называл его «первым русским университетом».

Восторженно писал об отце русской науки В. Г. Белинский: «...на берегах Ледовитого моря, подобно северному сиянию, блеснул Ломоносов. Ослепительно и прекрасно было это явление! Оно доказало, что человек есть человек во всяком состоянии и во всяком климате, что гений умеет торжествовать над всеми препятствиями, какие не противопоставляет ему враждебная судьба, что, наконец, русский способен к всякому великому и прекрасному».

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

●       Спасский Б.И. Михаил   Васильевич   Ломоносов. — М.: Знание, 1986. — 48 с. — (Новое в жизни, науке,   технике. Сер. «Физика»; № 8).

●       Кудрявцев Б.Б. Химические и физические исследования. Закон сохранения вещества и движения  // Литература. сайт http://www.lit-info.ru/ [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://lomonosov.niv.ru/lomonosov/bio/kudryavcev-lomonosov/himicheskie-i-fizicheskie-issledovaniya.htm (дата обращения: 18.11.2021 г.)

●       Научные результаты Ломоносова и его физические воззрения //  Библиотека по физике [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://physiclib.ru/books/item/f00/s00/z0000053/st111.shtml (дата обращения: 20.11.2021 г.)

●       Павлова Г.Е., Федоров А.С. Научные труды в области физики // Литература. сайт http://www.lit-info.ru/ [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://lomonosov.niv.ru/lomonosov/bio/pavlova-fedorov-lomonosov/trudy-v-oblasti-fiziki.htm (дата обращения: 11.11.2021 г.)

●       Признательные внуки. Вклад М.В. Ломоносова в развитие физики // Творческая мастерская “Научные миры Ломоносова ”[Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.sites.google.com/site/priznatelnyevnuki/-naucnye-miry-lomonosova/vklad-v-razvitie-fiziki (дата обращения: 20.11.2021 г.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Рис. 1. Деревня Мишанинская Архангелогородской губернии

 

Приложение 2

 

Рис. 2. «Грамматика» Смотрицкого и «Арифметика» Магницкого

 

 

 

Приложение 3

Рис. 3. «Элементы математической химии»

 

 

Приложение 4

 

Рис. 4. Механизм воздействия молекул по Ломоносову

 

 

Приложение 5

Рис. 5. “Универсальный барометр” (рисунок Ломоносова)

 

 

 

 

Приложение 6

Рис. 6. Химическая лаборатория Ломоносова

Приложение 7

 

Рис. 7. Макет фабрики цветного стекла Ломоносова

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 8

 

Рис. 8. Схема распространения световых колебаний в эфире. Рисунок Ломоносова

 

 

Приложение 9

Рис. 9. “Громовая машина” Ломоносова

 

 

 

 

Приложение 10

 

Рис. 10. Восходящие и нисходящие потоки в атмосфере по Ломоносову

 

 

Приложение 11

 

Рис. 11.  Схема телескопа Ньютона

 

 

Рис. 12. Схема зрительной трубы Ломоносова

 

 

 

 

 

Приложение 12

 

Рис. 12. “Ночезрительная труба” Рисунок Ломоносова

 

Приложение 13

 

 

Рис. 13. Страница электронной интерактивной выставки-энциклопедии Феномен Ломоносова

 

 

 

 

 

 

 

 

Скачано с www.znanio.ru