Механика от Аристотеля до Ньютона
Министерство образования
Реферат
По Физике
Механика от Аристотеля до
Ньютона
ученика 9-1 класса
Украино-Американского Лицея
Ручаевского Дмитрия Александровича.
Руководитель: Карасик Л.В
1997-98 уч. год.
Основная часть
1. Античная механика
По мере накопления знаний о мире задача их систематизации становилась всё более насущной. Эта задача была выполнена одним из величайших мыслителей древности— Аристотелем (384-322гг. до н. э.)
«Аристотель— «самая универсальная голова» среди древнегреческих философов»,
сказал Ф. Энгельс про этого великого учёного Древней Греции.
Аристотель родился в Греции , в г. Стагире, расположенном рядом с Македонией.
В 366 г. до н. э. он приехал в Афины в академию Платона и пробыл там вместе с Платоном около 20-ти лет.
В 339 г. до н. э. Аристотель организовал в Афинах свой Лицей и успешно руководил им 13 лет.
Умер Аристотель в 322 году до н. э. на острове Эвбея.
В аристотелевской натурфилософии фундаментальное место занимает учение о движении. Движение он понимает в широком смысле, как изменение вообще, различая изменения качественные, количественные и изменения в пространстве.
Кроме того в понятие движения он включает психологические и социальные изменения - там, где речь идёт об усвоении человеком знаний или об обработке материалов. Понятие движение включает в себя также переход из одного состояния в другое, например из бытия в небытие.
Все механические движения Аристотель делит на три вида: круговые, естественные и насильственные. Круговое движение - это самое совершенное движение, присущее только небесному миру. Это движение вечно и неизменно, и причиной его является перводвигатель - бог, живущий за сферой неподвижных звёзд, где кончается материальная Вселенная.
Земные же движения, где всё несовершенно и имеет начало и конец, бывают естественные и насильственные. Естественное движение- это движение тяжёлого тела вниз к центру Мира, к центру Земли, и лёгкого вверх. Это движение тел происходит само собой, в результате стремления тела занять своё естественное место. Оно не нуждается в силах. Все остальные движения на Земле насильственные и могут происходить только под действием внешних сил ( в том числе равномерное и прямолинейное движение). Свой основной принцип динамики Аристотель формулирует так: « Всё, что находится в движении, движется благодаря воздействию другого».
У Аристотеля мы находим также и соображения, дающие основание для, количественного определения силы. Для того чтобы лучше разобраться в сути дела
4
введём некоторые современные термины и обозначения: f- сила, действующая на тело,
р—вес тела. Рассуждения Аристотеля сводятся к следующему: сила пропорциональна произведению скорости тела, к которому она приложена, на его вес, т.е. f= pv = ps/t ,
где s- пройденный путь, t- соответствующее время, а v - скорость.
Но вместе с тем Аристотель верил в бога, противопоставлял земное и небесное, в центре ограниченной Вселенной он поместил неподвижную Землю, как тело, обладающее наибольшей тяжестью. За эти и подобные им моменты в учении Аристотеля ухватилась церковь, превратив их в догмы.
Аристотеля называют крёстным отцом физики: ведь название его книги «Физика» стало названием всей физической науки.
2. Механика эпохи Возрождения
В середине XV века в Европе начинается быстрый рост городов, отделение ремесленного (промышленного) производства от натурального хозяйства. Этот период является началом широкого протестантского движения против духовной диктатуры католической церкви.
В этой обстановке рождалось новое естествознание. Ф. Энгельс так охарактеризовал начавшиеся со второй половины XV века период в истории науки: «Это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учёности...». И среди этих титанов эпохи Возрождения Ф. Энгельс одним из первых называет Леонардо да Винчи ( 1452-1519 гг.), «которому обязаны важнейшими открытиями самые разнообразные области физики».
«Опыт— отец всякой достоверности. Мудрость— дочь опыта.» утверждал этот великий учёный.
Леонардо да Винчи родился 15 апреля 1452 года в небольшом городке Винчи, недалеко от Флоренции.
С 1472 по 1482 год он живёт и работает во Флоренции, с 1482 по 1499 год — в Милане, затем снова во Флоренции ( 1499—1506 ) и в Милане ( 1506—1513). В 1516 году Леонардо да Винчи уезжает во Флоренцию по приглашению французского короля и там проводит свои последние годы.
«Механика— рай математических наук»,— говорил Леонардо, много времени и энергии отдавая её изучению. Работы Леонардо в области механики могут быть сгруппированы по следующим разделам: законы падения тел; законы движения тела, брошенного под углом к горизонту; законы движения тела по наклонной плоскости; влияние трения на движение тел; теория простейших машин( рычаг, наклонная плоскость, блок ); вопросы сложения сил; определение центра тяжести тел; вопросы, связанные с сопротивлением материалов. Перечень этих вопросов делается ёщё более значительным, если учесть, что многие из них разбирались вообще впервые. Остальные же, если и рассматривались до него, то базировались в основном на умозаключениях Аристотеля, весьма далёких в большинстве случаев от истинного положения вещей. По Аристотелю, например, тело, брошенное под углом к горизонту, должно лететь по прямой, а в конце подъёма, описав дугу круга, падать вертикально вниз. Леонардо да Винчи рассеял это заблуждение и нашёл, что траекторией движения в этом случае будет парабола.
Он высказывал много ценных мыслей, касающихся сохранения движения, подходя
5
вплотную к закону инерции. «Импульс» ( impeto ) есть отпечаток движения, который
движущее переносит на движимое. Импульс— сила, запечатлённая движущим в движимом. Каждый отпечаток тяготеет к постоянству или желает постоянства… Всякий отпечаток хочет вечности, как показывает нам образ движения, запечатлеваемый в движущимся предмете».
Леонардо знал и использовал в своих работах метод разложения сил. Для движения тел по наклонной плоскости он ввёл понятие о силе трения, связав её с силой
давления тела на плоскость и правильно указав направление этих сил.
Ещё до Леонардо да Винчи учёные занимались теорией рычага и блока. Однако выигрыш в силе происходит за счёт потери во времени. Леонардо критиковал тех, кто
стремился создать вечный двигатель: «О, искатели вечного движения, сколько пустых проектов создали вы в подобных поисках! Прочь идите с алхимиками— искатели золота». «Невозможно, чтобы груз, который опускается, мог поднять в течении какого ни было времени другой, ему равный, на ту же высоту, с которой ушёл».
Очень характерно для механики Леонардо да Винчи стремление вникнуть в сущность колебательного движения. Он приблизился к современной трактовке понятия
резонанса, говоря о росте колебаний при совпадении собственной частоты системы с частотой извне. « Удар в колокол получает отклик и приводит в движение другой подобный колокол, и тронутая струна лютни находит ответ и приводит в слабое движение другую подобную струну той же высоты на другой лютне».
Леонардо да Винчи впервые и много занимался вопросами полёта. Первые исследования, рисунки и чертежи, посвящённые летательным аппаратам, относятся примерно к 1487 году (первый Миланский период). В первом летательном аппарате применялись металлические части; человек располагался горизонтально, приводя механизм в движение руками и нагами.
В дальнейшем Леонардо заменил металл деревом и тростником, верёвки— жёсткими передачами, а человека расположил вертикально. Он стремился освободить руки человека: «Человек в своём летательном аппарате должен сохранять полную свободу движений от пояса и выше… У человека запас силы в ногах больше, чем нужно по его весу». Однако отсутствие уверенности в том, что этой силы достаточно для успешного полёта в любых условиях, привело его к мысли об использовании пружины как двигателя и о планере, с которым можно осуществить если не полный полёт, то хотя бы парение в воздухе. Он построил модель планера и готовил его испытание. Стремление обезопасить человека в процессе этих испытаний побудило его к изобретению парашюта.
