Лекции по "Естествознанию"

"justify">    5. Различия между вещами происходит  от различия их атомов в  числе, величине, форме и порядке.

    Развивая  учения Демокрита, Эпикур (341 - 270 до н.э.) пытался объяснить на основе атомных представлений все естественные, психические и социальные явления. Если суммировать все воззрения Демокрита и Эпикура, то, имея хорошее воображение, можно увидеть в их трудах зачатки атомной и молекулярно- кинетической теории. Учение древнегреческих атомистов дошло до нас через знаменитую поэму «О природе вещей» Лукреций (99 -56 до н.э.).

    По  мере накопления знаний о мире задача их систематизации становилась всё  более актуальной. Эта задача была выполнена одним из величайших мыслителей древности, учеником Платона - Аристотелем (384 -322 до н.э.). Аристотель был наставником Александра Македонского, вплоть до его смерти. Аристотелем было написано много работ. В одной из них - «Физике», он рассматривал вопросы о материи и движении, о пространстве и времени, о конечном и бесконечном, о существующих причинах.

    В своей другой работе - «О небе он привёл два веских довода в пользу того, что Земля не плоская тарелка (как считали в то время), а круглый шар.

    Во-первых, Аристотель догадался, что лунные затмения происходят тогда, когда Земля оказывается  между Луной и Солнцем. Земля  всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а это может быть лишь в том случае, если Земля имеет форму шара.

    Во-вторых, из опыта своих путешествий греки  знали, что в южных районах  Полярная звезда на небе располагается  ниже, чем в северных. Полярная звезда на северном полюсе находится прямо над головой наблюдателя. Человеку же на экваторе кажется, что оно располагается на линии горизонта. Зная разницу в кажущемся расположении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел вычислить длину экватора! Правда эта длина получилась несколько больше (примерно в два раза), но всё равно в те времена это было крупное научное открытие.

    Аристотель  полагал, что Земля неподвижна, а  Солнце, Луна, планеты и звёзды обращаются вокруг неё по круговым орбитам.

    Интересно, что первые глобальные научные открытия были сделаны учеными не в земной области, а в области Вселенной, космической. Именно из этих астрономических знаний родилась новая картина строения Вселенной, разрушая все старые привычные представления об окружающем людей мире. Эти знания настолько изменились и само мировоззрение всех живших в то время людей, что силу их воздействия на умы можно сравнить разве что с революцией - резкой переменой взглядов на устройство мира. Такие «перевороты» в основах знаний в научном мире так и называются - естественно-научные революции.

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                         Звезды и

                       планеты 
 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Изображение, полученное в программе Redshift Cолнечное затмение, наблюдавшееся 11 августа 1999 года. В динамике это изображение через несколько секунд выглядит так:

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Каждая  глобальная естественно-научная революция  начинается именно с астрономии (величайший пример - создание теории относительности). Решая чисто астрономические  проблемы, ученые начинают ясно понимать, что у современной науки нет достаточных оснований для её объяснения. Далее начинается радикальный пересмотр всех имеющихся космологических представлений о мире и о Вселенной в целом. Завершается естественно научная революция (если дело доходит до этого) возведением нового физического фундамента под новые, радикально пересмотренные космологические представления о всём мировоззрении.

    Главный итог первой естественно-научной  революции, преобразовавшей астрономию, космологию и физику, - создание последовательного учения о геоцентрической системе мира, начатое ещё в VI в до н.э. Анаксимандром и Аристотелем. Эту научную революцию естественно назвать Аристотелевой.

    Гелиоцентрическая система мира Коперника. Вторая естественно-научная  революция

    Как уже было сказано, Аристотель утверждал, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной. Представления Аристотеля об устройстве мира оставались незыблемыми до XVII в. Это, конечно, не значит, что взамен ничего не предлагалось.

    Так, Архимед (ок. 310-230 до н.э.) предложил ещё в то время гелиоцентрическую систему, в которой все планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. Однако, подобная мысль слишком опережала своё время и была полностью отвергнута, в частности из-за её противоречия Аристотелевой картине мира.

    Птолемей (ок. 100—165 н.э.) превратил идею Аристотеля в полную космологическую модель геоцентрической системы мира.

    Земля стоит в центре, окруженная восемью  сферами, и несущими на себе Луну, Солнце и планеты. Что лежит за последней  сферой, не объяснялось. Но было бы неверным считать; Что система Птолемея принималась безоговорочно. Уже в конце XIII в. Среди учёных появились недовольство этой системой из-за её сложности и громоздкости. Постепенно начали возникать и более обособленные возражения.

    Французский философ Николай Орезмский (1320-1382) высказал мысль, что легче представить себе вращение самой Земли, чем вращение вокруг неё огромной звёздной сферы. Однако, дальше идеи не пошел.

    Начало  научной революции, которая низвергла  систему Птолемея, а вместе с ней и все здание механики Аристотеля положил труд Николая Коперника (1473 - 1543). Коперник ещё студентом   познакомился с идеями о возможном движении Земли. Он проникся убеждением, что наблюдаемые движения небесных тел лучше всего объясняются двумя движениями Земли: её вращением вокруг своей оси и обращением вместе с другими планетами вокруг Солнца, которое находится в центре мира. В 1543 г. в год смерти Коперника вышла в свет его книга «О вращении небесных сфер». Книга вызвала большой интерес и многочисленные дискуссии.

    Идея  гелиоцентрической Вселенной и  движущейся Земли начало быстро завоевывать  умы учёных. В Англии теория Коперника  нашло прочную поддержку. Там  вышла книга Томаса Диггса (ок. 1545 - 1595) «Совершенное описание небесных сфер», где Диггс почти полностью перевёл труд Коперника на английский язык.

    В 1583 г. Англию посетил доминиканский  монах Джордано Бруно, где он познакомился с теорией Коперника. Его горячую поддержку идей Коперника и представление о бесконечном звёздном космосе Католические церковники сочли проявлением еретических отношений к церкви. В 1600 г. Джордано Бруно был сожжен на костре за ересь, а его странная пропаганда новых представлений о Вселенной привела к тому, что Католическая церковь предала теорию Коперника анафеме.

    Первой  книгой, которая познакомила широкий  круг русских людей с учением  Коперника, стала работа Фонтенеля «Разговор о множественности миров», переведенная на русский язык в 1740г. Она в простой и занимательной форме знакомила с воззрениями Коперника, Бруно и Галилея.

    Грандиозные успехи небесной механики (в конце XVII - начале XIX вв.) вынудили Католоническую церковь снять запрет с книги Коперника, а вместе с ней и с произведении Галилея и Кеплера.

    Величие созданной Коперником гелиоцентрической системы мира обнаружилось после того, как Кеплер открыл истинные законы эллиптического движения планет, а Ньютон на их основе - закон всемирного тяготения.

      
 
 
 

                                                                  Луна  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Контрольные вопросы

 

    1. Картины мыслителей древности.

    2. В чём суть учения Демокрита об атомистическом строении материи?

    3. Что понимают под естественно-научными  революциями?

    4. Основные этапы естественно-научных  революций.

    5. Когда, кем и в каких трудах  была разработана модель гелиоцентрической  системы мира? 
 

                                                                                                            

    Лекция  № 3 

    Тема: Физические основы механики. Классическая концепция  Ньютона

    (с. 59-61 /1/, с. 19 Ю) 

• Механическое  движение.
• Уравнение движения.
• Законы движения земных тел.
• Понятие силы. Силы в природе.

 

    Ньютон  сформулировал три основных закона движения, имеющие фундаментальное  значение в современной физике.

    Законы  механического движения Ньютона:

    Первый  закон: всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят этого состояния.

    Второй  закон: произведение массы тела m на его ускорение а равно действующей на него силе F = m ∙ a, а направление ускорения совпадает с направлением силы.

    Третий  закон: действию всегда соответствует равное по величине и противоположно направленное противодействие.

    Первый  и второй законы Ньютона окончательно опровергли учение Аристотеля о силе и движении. Ньютон предельно ясно объяснил, что для поддержания  движения сила не нужна. В его работах были определены и сами понятия силы, массы, инерции. Как следует из №Начала» Ньютона, его динамические законы не только следуют из соответствующих кинематических законов Кеплера и Галилея, но и сами могут быть положены в основу всех трех кинематических законов Кеплера и обоих кинематических законов Галилея (закон инерции и закон свободного падения).

    Именно  Ньютон впервые создал единую механику всех земных и небесных тел, с общими для них законами инерции, динамики, действия и противодействия, а также взаимного тяготения.

    Последующие многочисленные наблюдения показали истинность законов Кеплера и законов  всемирного тяготения Ньютона. Уже  к концу первой половины XIX века было установлено, что закон всемирного тяготения существует повсеместно в наблюдаемой области Вселенной. Ньютоновское тяготение поистине универсально. Открылись широкие возможности для развития научного подхода к исследованию Вселенной и ее составных частей на основе лишь немногих фундаментальных законов и взаимодействий, имеющих одинаковую силу на Земле, в научной лаборатории и в космосе. 

    Динамика  материальной точки

    Сила  и масса

    Динамика – раздел механики, изучающий причины, вызывающие движение. В основе динамики лежат три закона Ньютона, которые связаны с понятиями силы и массы.

    Понятие силы можно ввести следующим образом: сила является мерой воздействия, оказываемого на данное тело со стороны другого тела, в результате чего либо изменяется скорость движения этого тела, либо оно деформируется. Не касаясь пока вопроса о деформации тел, отмети, что под действие одной и той же силы изменение скорости (ускорение) различных тел будут, вообще говоря, различны. Это связано с различной инертностью тел, под которой подразумевается их способность приобретать то или иное ускорение под действием данной силы. Мерой инертности тела служит масса. Сила – величина векторная: если на тело действует несколько сил, то результирующее воздействие будет таково, как если бы на тело действовала одна сила, равная векторной сумме исходных сил. Масса представляет собой скалярную величину: общая масса нескольких тел определяется как алгебраическая сумма масс отдельных тел.