Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
ньютоновская революция

Ньютоновская революция

План

1. Ньютон и его время

2. "Математические начала натуральной философии" и их структура

3. Закон всемирного тяготения

4. Математическое обобщение

5. Ньютоновская оптика

6. Атомистические взгляды Ньютона

7. Учение Ньютона об эфире

8. Ньютоновская Идея дальнего действия

9. Пространство, время, движение

Ньютон и его время

Обобщив разрозненные результаты своих предшественников в стройную теоретическую систему знания (ньютоновскую механику), Ньютон (1643-1727) стал основоположником классической теоретической физики. Он сформулировал ее цели, разработал методы и программу развития, которая была обозначена следующим образом: "Было бы неплохо вывести из начал механики и остальные явления природы". В основе ньютон и ВСК метода лежит экспериментальное установление точных количественных закономерных связей между явлениями и выведение из них общих законов природы методом индукции.

Ньютон родился в год начала большой войны в Англии и пережил за свою долгую, висимдесятипьятилитне жизни казнь Карла I, правление Кромвеля, реставрацию Стюартов, вторую, так называемую "бескровную" славную революцию 1688 и умер за окрепшего конституционного режима. Он был современником Петра I и Людовика XIV. Но политические бури, очевидно, не оставили глубоких следов в жизни Ньютона. Он был, по крайней мере внешне, аполитичным "философом" в том широком смысле, в котором это слово применялось в древности.

Жизнь Ньютона всплывало спокойно, мирно и однообразно; умер холостяком, никуда не выезжал за пределы Англии, путешествия его ограничивались небольшими расстояниями от Грэнтэма в Кембридж и Лондон (около 200 км). Ньютон отмечался крепким здоровьем, никогда не имел особенно близких друзей, родственников чисто "жизненная" биография Ньютона почти ограничивается послужным списком и десятком анекдотов-легенд. Все это только показная оболочка настоящей деятельности Ньютона, которая поглощала иого полностью, по крайней мере, в первой половине жизни; плодами ее стали "Оптика", "Математические начала натуральной философии" и метод флюксии.

Ньютон, несмотря на невиданную широту научных интересов, был универсальным гением, как Леонардо да Винчи, или "полигиетором" (знатоком всех наук), как Лейбниц. Его мысли и работа сосредоточены на "натуральной философии", или физике; математика и астрономия в его руках были, в конце концов, методом и материалом для решения основных физических задач. Богословские и исторические знания Ньютона можно рассматривать как неизбежную дань времени, свойственную многим его современникам.

Мирная однообразие жизни и сосредоточенность мысли и работы были теми благоприятными факторами, которые помогали Ньютону с беспристрастностью стороннего зрителя осознать поразительные размеры и величие достижений познания, но качество научного наследия ученого секрет гения, остался непонятным и для него самого. Мы можем только восхищаться им.

Родился И. Ньютон в небольшом поселке Вульсторп в графстве Линкольн 5 января 1643 в семье мелкого фермера. Его детские и юношеские годы проходили в среде фермеров и сельских пасторов. В детстве Исаак жил в основном на попечении бабушки. Склонен к одиночеству, соображений, упорный в учебе мальчик успешно закончил школу и в 1660 г.. Поступил в Кембриджский университет. Все свои великие открытия он сделал или подготовил в молодые годы с 1665 по 1667 pp., спасаясь в родном Вульсторп от чумы, свирепствовавшей в городах Англии. Среди этих открытий законы динамики, закон всемирного тяготения, создание (одновременно с Лейбницем) новых математических методов дифференциального и интегрального исчисления, ставших фундаментом высшей математики; изобретение телескопа-рефлектора, открытие спектрального состава белого света и др.

"Математические начала натуральной философии" и их структура

Непосредственная цель «Начал» приведения доказательств в пользу закона всемирного тяготения как таком, непосредственно вытекает из применения принципов механики к движению небесных тел. Подготовку этой непосредственности было проведено с поразительным мастерством. «Начала» построены очень четко, и это четкость, где случайно. Следуя Евклида, Ньютон сначала вводит определение основных физических понятий массы, количества движения, силы и т.п., затем идут аксиомы, или законы движения.

"Книга И, О движении тел" решения ряда динамических задач, касающихся движения материальных точек и твердых тел. Рассмотрены основные вопросы относительно закона Ценг тральной силы, когда орбиту задано; сделана попытка решить и обратную проблему. Наряду с законом обратных квадратов в этих задачах фигурируют и другие законы.

"Книга II, О движении тел". Цель второй книги сокрушительная критика вихревой теории Декарта, основная тема гидродинамические и гидростатические задачи, законы движения тел в среде с сопротивлением, волновое движение, простейшие случаи вихревых движений.

"Книга III, О системе мира". Наиболее физической относительно содержания и наиболее весомой по результатам была третья книга. Сначала идут "Правила исследования природы". Сформулировано четыре правила, смысл которых заключается в том, что если с опыта что-то следует, то это верно, и дальше не нужно вести философские дискуссии, а нужно эти утверждения применять и наблюдать, что из этого выйдет. Если последствия согласуются с опытом, то теория верна.

Следующий раздел называется "Явления". В нем тщательно перечислены основные экспериментальные факты "Явления". "Явления" описано очень основательно. Например, проверяя третий закон Кеплера для спутников Юпитера, Ньютон подробно описывает, с помощью которого телескопа, какой длины, с помощью которого "великолепного микрометра" было проведено измерение и т.д. Результатом анализа приведенных "явлений", а также некоторых других фактов Ньютон считал установление факта, что "притяжения существует ко всем тел вообще и пропорционален массе каждого из них" и "притяжения к отдельным равных частей телобратнопропорциональна квадратам расстояний до этих частей ".

Далее идет некоторое количество теорем о свойствах Солнечной системы. Есть теоремы о форме Земли, широтную зависимость веса и многое другое. И, наконец, идет сложнее: количественная теория Луны, теория приливов и теория комет.

Закон всемирного тяготения

Еще в древности, наблюдая за движением планет, люди догадывались, что все они, вместе с Землей, движутся вокруг Солнца. Позже, когда было забыто, о чем знали прежде, это открытие заново сделал Коперник. И тогда возникли новые вопросы: как планеты движутся вокруг Солнца "какой характер их движения ли двигаются они по кругу и Солнце находится в центре, или они движутся по какой-то другой кривой Как быстро они движутся? И так далее. Выяснилось это не так быстро. После Коперника снова наступили неспокойные времена и начались споры о том, вращаются планеты вместе с Землей вокруг Солнца, или Земля находится в центре Вселенной. Тихо Браге нашел выход из затруднительного положения того времени. Он пришел к выводу , что нужно оч е внимательно следить, где появляются на небе планеты, точно записывать данные наблюдений и тогда уже выбирать между двумя противоположными теориями. Это и было началом современной науки, становлением новых подходов к правильному пониманию природы наблюдать за явлением, записывать все подробности и использовать их для того или иного теоретического толкования. и вот Тихо Браге в своей обсерватории фиксировал каждую ночь положения планет. Огромное количество высокоточных данных Браге завещал Кеплеру, который и попытался дать ответ на вопрос, как движутся я планеты вокруг Солнца. В конечном итоге Кеплер установил, что планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, а Солнце находится в одном из фокусов. Затем он открыл второй и третий законы, названные его именем. Эти три закона исчерпывающе описывают движение планет вокруг Солнца. Но какая сила заставляет планеты двигаться?

Между тем Галилей исследовал законы движения обычнйнисиньких предметов, которые были у него под рукой. Изучая движение шарика по наклонной плоскости, колебания маятника и т.д., Галилей открыл принцип инерции, согласно которому, если на предмет ничто не действует и он движется с определенной скоростью по прямой линии, то движение будет происходить с этой же скоростью по этой же прямой линии вечно.

Затем пришло время Ньютона. Размышляя над вопросом: а если шарик не катится по прямой линии, что тогда? & Mdash; он ответил так: для того, чтобы хоть как-то изменить ее скорость, нужна сила. Например, если вы подтолкнете шарик в том направлении, в котором она катится, то она покатится быстрее. Если вы заметили, что она повернула в сторону, значит сила действовала стороны. Силу можно охарактеризовать произведением двух величин ускорения и массы тела. Силу можно и измерить: например, если мы привяжем к веревке камень и начнем крутить его над головой, то почувствуем, что веревку надо тянуть. Чем больше масса, тем сильнее нужно тянуть веревку. Когда камень движется по кругу, величина скорости не меняется, зато меняется ее направление. Ньютон решил, что планете, которая вращается вокруг Солнца, не нужна сила, чтобы двигаться вперед; если бы никакой силы не было, планета двигалась 6 по касательной. Но на самом деле планета движется не по прямой. ее движение постоянно отклоняется в сторону Солнца. Чтобы так исказить траекторию, нужна сила. Стало понятно, что источник этой силы находится где-то около Солнца. И Ньютону удалось доказать, что второй закон Кеплера закон равенства площадей непосредственно следует по той простой идеи, что все изменения в скорости направлены к Солнцу, даже в случае эллиптической орбиты. Этот закон усилил убежденность Ньютона в том, что сила, действующая на планет ты, направленная к Солнцу и, зная, как период обращения различных планет зависит от расстояния до Солнца, можно определить, как ослабевает сила с расстоянием. Он доказал, что сила обратнопропорциональна квадрату расстояния. До сих пор Ньютон не сказал ничего нового он лишь повторил другими сМесяц, но и ее саму притягивает Солнце, и все это дополняется обратным влиянием Луны на Землю, Земли на Солнце и т.д. Соответственно, формула центростремительного ускорения превращается в формулу взаимного притяжения

где G - множитель пропорциональности, а

массы тел, которые взаимно притягиваются друг к другу.

Отдавая дань гению Ньютона, все же следует отметить, что закон всемирного тяготения имеет ряд недостатков: он не способен, когда речь идет об исчислении движения Меркурия, передачи притяжения через пустоту, он признает необходимость первого толчка. На что "тирокляти вопрос" старой механики дала ответ общая теория относительности.

Математическое обобщение

Математическим обобщением, которые позволили достичь взлета механической концепции мира, были понятия производной, дифференциала и интеграла основы для анализа бесконечно малых. Создавая анализ бесконечно малых, Ньютон исходил из понятия производной. ее прообразом была переменная скорость движущегося тела под действием силы.

Если тело движется по инерции, то движение происходит по закону, что связывает положение тела со временем, -то говорится о линейной зависимости этого положения от времени. Скорость на всем отрезке постоянная, она совпадает со скоростью в точке, и путь тела мы определяем, умножив время движения на эту неизменную скорость. Если же тело движется под влиянием неизменной силы, то постоянной является не скорость, а ускорение.

Ньютон обобщает понятие пути, пройденного частицей, и ее скорости и вводит понятие флюенты (сменной) и флюксия (скорости изменения флюенты, то есть производной этой переменной). У Ньютона не было отчетливого представления о флюксия как о границе отношение зависимой переменной к ее аргумента. Но Ньютон указал путь, ведущий к такому представлению, введя понятие, которые помогли сформулировать концепцию бесконечно малых переменных величин и производной как их предельного отношения. Предельное отношение, например предельное отношение пути ко времени, то есть скорость, с абсолютной точнистю характеризует движение в данной точке и в данный момент времени. Констатация скорости в точке и вообще любого предельного отношение переменных величин не связана с каким-либо компромиссным игнорированием настоящей длины величин, бесконечно малые сохраняют свою длину, и мы определяем производную не как отношение этих переменных величин, а как границу, к которой приближается это отношение, когда переменные стремятся к нулю.

Ньютон выбрал путь, ведущий к представлению о бесконечно малые как переменные величины и к понятию границы, вводя "первые отношения" величин зарождающихся и

"последние отношения" исчезающих величин. Эти понятия фигурируют в "Размышлениях о квадратуры кривых" и в "Началах". Здесь речь идет отнюдь не о "последние отношения" величин в тот момент, когда мы признаем их достаточно малыми, чтобы пренебречь ими, речь идет о "последние отношения", к которым переменные величины направляются, не достигая их, то есть о предельных отношения.

В работе «Метод флюксий и бесконечных рядов" Ньютон рассматривает две задачи определение флюксии по флюентами, например, мгновенной скорости по пройденному пути (то есть о задаче дифференцирования), и определение флюент по флюксиями, например, пути по скорости (то есть о задачу интегрирования).

Ньютон ввел обозначения для производных: первую производную от величины X он обозначил X, вторую X. Таким образом, если X координата частицы, то ее скорость X, а ускорение X. Для производных по времени эти обозначения применяются и в наше время. Предложенные математические понятия представляют собой обобщение механических категорий. Соответственно, независимой переменной может быть любая величина, если рассматривать отношение к ней всех других величин, которые могут изменяться как равномерно, так и произвольно. Подобное обобщение способствует становлению новых физических понятий. Представим себе, что независимой переменной является пространство, например, расстояние от центра тяжести, и нам нужно вычислить силу притяжения в каждой точке. В настоящее время известно, что решения подобныхх задач связано с представлением о силовом поле пространство, где каждой точке соответствует определенное значение силы, действующей на единичную массу. Мы знаем также, что подобная формальная континуализация тяжести, заполняет пространство сугубо математическими величинами, превратилась со временем в картину материальной среды, в котором сила передается от точки к точке (после того, как было доказано существование конечной скорости распространения взаимодействия). Таким образом, математическое обобщение механики дальнего действия способствовало созданию физики ближнего действия.

Ньютоновская оптика

Физические идеи, лежащие в основе механики Ньютона, высказанные преимущественно в его работах по оптике. С точки зрения общей истории естествознания, оптика Ньютона имеет первостепенное значение, так как в ней находим глубокие физические, часто кинетические, иногда чисто картезианские по духу корни классической механики.

Исходным пунктом оптических экспериментов Ньютона были потребности практики. Первые крупные телескопы имели сферическую и хроматические аберрации. Чтобы устранить этот недостаток, Ньютон предложил заменить рефракторы отражающих телескопами рефлекторами. В 1668 гг. Он построил большую модель рефлектора, а три года спустя создал сравнительно большой отражающий телескоп. При этом Ньютон обнаружил ебе как чрезвычайно изобретательный конструктор и технолог.

Решение проблемы хроматической аберрации начало все последующие оптические исследования Ньютона. Непосредственный объект телескопа звездное небо привлекло внимание Ньютона к основным задачам небесной механики и астрономии. В исполнении Ньютона эксперимент стал настолько точным и плодотворным орудием познания, вся предыдущая экспериментальная физика кажется предысторией ньютоновских работ. В результате проведенных исследований Ньютон открыл явление разложения на спектр белого света, когда он проходит через призму, измерив величину преломления лучей разных частей спектра. При этом Ньютон различал основные цвета и сложные вторичные цвета. основни цвета образуют спектр, включающий красный; оранжевый, желтый, зеленый и т.д., и огромное количество промежуточных оттенков.

Близкие друг к другу участки спектра дают в сочетании промежуточные цвета: желтый с синим зеленый, красный с желтым оранжевый и т.д. Цвета, лежащие в диапазоне далеко друг от друга, не образуют промежуточных оттенков. Белый цвет является результатом сочетания всех упомянутых выше цветов.

Отсюда следует, что обычный свет белое представляет собой сочетание лучей всех длин волн, которые излучают тела светятся. Некоторые тела излучают свет различных частей спектра не в одинаковой пропорции, и поэтому их свет имеет определенную окраску.

Впоследствии Ньютон объяснил разный цвет некоторых тел изменением их состояния. Различные вещества по-разному отражают и поглощают свет. Неодинаковое окраски природных тел связано, по мнению Ньютона, с разной способностью тел отражать одни световые лучи в большей степени, чем другие.

Ньютон заканчивает изложение своей теории указанием субстанциальности света: "Мы увидели, что причина цветов связана не с телами, а со светом, поэтому мы достаточные основания полагать свет субстанцией".

Однако Ньютон отказывается от выдвижения физических гипотез. "Не так легко, однако, с полной уверенностью и окончательно определить, что такое свет,

Загрузка...

Страницы: 1 2 3