Документ Microsoft Word. Исаак Ньютон
 Скачать 20.92 Kb.
|
|
Исаак Ньютон — великий английский физик, астроном и математик, механик. Высокой похвалы заслуживают работы Ньютона, в которых он заложил основы научного понимания законов Вселенной и заменил фантастические религиозные домыслы. Исаак Ньютон родился в 1643 году в Вулсторпе, недалеко от Грантема, сына бедной фермерской семьи. Он учился в Кембриджском университете. В 1672 году Исаак Ньютон стал членом, а с 1673 года — постоянным президентом Лондонского королевского общества Английской академии наук. С 1669 по 1701 год Исаак Ньютон был членом Лондонского королевского общества. С 1669 по 1701 год Ньютон был профессором физики и математики в Кембриджском университете. Ньютон сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, разработал основы дифференциального и интегрального исчисления. Главная работа Ньютона «Математические истоки естественной философии» (1687 г.) стала отправной точкой для всех работ по механике и небесной механике на протяжении следующих двух столетий. В «Оптике» (1704) он объяснил большинство световых феноменов с помощью разработанной им корпускулярной теории света. Физические открытия Ньютона были тесно связаны с решением астрономических проблем. Независимо от Г. Лейбница, Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление. Чуть позже он обнаружил рассеяние света, хроматические аберрации; изучил интерференцию и дифракцию, а также кольца, которые позднее были названы его именем. Оптика Ньютона родилась из попытки улучшить линзы для астрономических преломляющих телескопов и освободить их от искажений — аберраций. В 1668 году он разработал конструкцию зеркального телескопа, а в 1672 году был избран членом Лондонского королевского общества. Основываясь на установленном им законе гравитации, Ньютон пришел к выводу, что все планеты и кометы притягиваются Солнцем, а спутники — планетами с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния, и разработал теорию движения небесных тел. Ньютон показал, что из закона всемирного гравитационного потока законы Кеплера, пришли к выводу о неизбежности отклонений от этих законов из-за возмутительного действия на каждой планете или спутнике от других тел Солнечной системы. Теория гравитации позволила ему объяснить многие астрономические явления — особенности движения Луны, прецессию, приливы, сжатие Юпитера, разработать теорию фигуры Земли. Мнения Ньютона, его способность объяснять и описывать самые разнообразные природные явления, в частности, астрономические, оказали огромное влияние на дальнейшее развитие науки. Фундаментальные законы ньютоновской механики Венцом научной работы Ньютона является его бессмертная работа «Математические принципы естественной философии», впервые опубликованная в 1687 году. В ней он обобщил результаты, достигнутые его предшественниками и собственными исследованиями, и создал первую единую когерентную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Здесь Ньютон дал определения первоначальным понятиям — количеству вещества, соответствующему массе, плотности, количеству движения, соответствующему импульсу, и различным типам силы. Формулируя понятие количества материи, он исходил из того, что атомы состоят из одной первичной материи; плотность понималась как степень заполнения единицы объема тела первичной материей. В этой работе была представлена доктрина мировой гравитации Ньютона, на основе которой он разработал теорию движения планет, спутников и комет, составляющих Солнечную систему. Основываясь на этом законе, он объяснил феномен приливов и отливов и сжатия Юпитера. Концепция Ньютона стала основой для многих технических достижений в долгосрочной перспективе. На его основе были построены многие методы научных исследований в различных областях науки. Законы ходатайства Ньютона Если кинематика изучает движение геометрического тела, не обладающего какими-либо свойствами материального тела, кроме свойства занимать определенное положение в пространстве и изменять это положение во времени, то динамика изучает движение реальных тел под действием действующих на них сил. Три закона механики, установленные Ньютоном, составляют основу динамики и представляют собой фундаментальный раздел классической механики. Они могут применяться непосредственно в простейшем случае движения, когда движущееся тело рассматривается как материальная точка, а именно, когда размер и форма тела не учитываются и когда движение тела рассматривается как движение точки с грузом. В кипящей воде для описания движения точки может быть выбрана любая система координат, относительно которой определяются количества, характеризующие это движение. Любое тело, которое движется по отношению к другим телам, может рассматриваться как точка отсчета. В динамике мы имеем дело с инерциальными системами координат, которые характеризуются тем, что точка свободного материала движется относительно них с постоянной скоростью. Первый ньютоновский закон Закон инерции был впервые установлен Галилеем для случая горизонтального движения: Если тело движется в горизонтальной плоскости, его движение равномерно и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость бесконечно расширялась в пространстве. Ньютон дал более общую формулировку закона инерции как первого закона движения: каждое тело находится в состоянии покоя или в прямом и равномерном движении до тех пор, пока действующие на него силы не изменят это состояние. В жизни этот закон описывает случай, когда, перестав тянуть или толкать движущееся тело, оно останавливается и не продолжает двигаться с постоянной скоростью. Автомобиль с выключенным двигателем останавливается. Закон Ньютона требует применения тормозной силы к автомобилю, катящемуся по инерции, которая на практике представляет собой сопротивление и трение автомобильных шин о поверхность автострады. Это то, что они говорят машине разгоняться отрицательно, пока она не остановится. Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий связь между уравнением всех сил, действующих на тело, и ускорением этого тела. Один из трех законов Ньютона. Второй закон Ньютона гласит, что ускорение, которое испытывает тело, прямо пропорционально всем силам, воздействующим на тело, и обратно пропорционально весу тела. Этот закон записан в виде формулы: a = F / м, где a — это ускорение тела, F — это сила, прилагаемая к телу, а m — это вес тела. Или, более известный: F = ма в тех же выражениях. Если вес тела меняется со временем, то второй закон Ньютона записывается более общим образом: F = dp / dt, где p — импульс (количество движений) тела, t — время, а d/dt — производная времени. Второй закон Ньютона применяется только к скоростям, значительно меньшим, чем скорость света и в инерциальных системах подсчета. Понятие массы тела было введено на основе экспериментов по измерению ускорений двух взаимодействующих тел: Масса взаимодействующих тел обратно пропорциональна числовым значениям ускорений: m1 / m2 = — a2 / a1 или m1a1 = — m2a2. В векторной форме это соотношение принимает форму: m1a1 = — m2a2. Знак «минус» здесь выражает опытный факт, что ускорения взаимодействующих тел всегда направлены в противоположные стороны. Согласно второму закону Ньютона, ускорение тела вызывается силами, возникающими при взаимодействии тел. Отсюда следует: F1 = — F2. Это равенство известно как Третий закон Ньютона. В модуле тела действуют друг на друга с силами, равными по величине и в противоположных направлениях. Силы, возникающие в результате взаимодействия тел, всегда имеют одну и ту же природу. Они применяются к разным телам и поэтому не могут уравновешивать друг друга. Только силы, действующие на тело, могут быть добавлены по правилам векторного сложения. На рис. 1.9.1 показан третий закон Ньютона. Мужчина действует по обвинению с тем же модулем силы, что и обвинение, действующее на человека. Эти силы направлены в противоположных направлениях. Они имеют одинаковую физическую природу — это упругие силы веревки. Ускорения, о которых сообщают оба тела, обратно пропорциональны массам тел. Силы, действующие между частями одного и того же тела, называются внутренними силами. Когда тело движется в целом, его ускорение определяется только внешней силой. Внутренние силы исключены из второго закона Ньютона, потому что их векторная сумма равна нулю. Рассмотрим в качестве примера рис. 2, на котором изображены два тела с массой m1 и m2, жестко соединенные невесомой неразрывной нитью, которые движутся под действием внешней силы F с тем же ускорением, что и единое целое: F1 = — F2 Движение отдельных тел зависит от сил, действующих между ними. Второй ньютоновский закон, который применяется к каждому телу в отдельности. Сложите левую и правую части этих уравнений и учтите их. Внутренние силы были исключены из уравнения движения системы двух связанных тел. Пространство и время в связи с механическим образом мира Ключевым понятием механического мировоззрения было движение. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами Вселенной. Тело имеет внутреннюю врожденную способность двигаться плавно и линейно, и отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Мерой инерции является масса, еще одно важное понятие в классической механике. Универсальным свойством тел является гравитация. Для решения проблем взаимодействия тела Ньютон предложил принцип диапазона. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами на любом расстоянии происходит немедленно и без материальных посредников. Концепция охвата тесно связана с пониманием пространства и времени как особой среды, в которой находятся взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и абсолютного времени. Пространство казалось большим «черным ящиком», содержащим все тела мира, но если бы эти тела внезапно исчезли, пространство все равно осталось бы. Точно так же, по образу протекающей реки, время, казалось, существовало совершенно независимо от материи. В механической картине мира все события строго предписывались законами механики. Совпадение было в корне исключено из картины мира. Как говорил о. Лаплас, если бы существовал гигантский дух, способный охватить весь мир (зная координаты всех тел в мире и силы, действующие на них), то он определенно мог бы предсказать будущее этого мира. Жизнь и дух в механическом образе мира не имели качественных характеристик. Поэтому присутствие человека в мире ничего не изменило. Как только человек исчезает с лица земли, мир продолжает существовать так, как будто ничего не произошло. На основе механического образа мира в XVIII — начале XIX века была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Стремительное развитие технологий. Это привело к абсолютизации механического мировоззрения, к тому, что оно стало считаться универсальным. В то же время физика начала собирать эмпирические данные, которые противоречили механическому образу мира. Таким образом, помимо рассмотрения системы материальных точек, которая полностью соответствовала бы корпускулярным представлениям о материи, необходимо было ввести понятие непрерывной среды, которая на самом деле уже не связана с корпускулярной, а с континуумными представлениями о материи. Чтобы объяснить световые явления, было введено понятие эфира — особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи. В XIX веке методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Это, казалось бы, свидетельствует о большом успехе механического понимания мира как общей отправной точки для науки. Но, пытаясь выйти за пределы механики материи, точки должны были вводить все больше и больше новых искусственных и предположений, которые постепенно готовили коллапс механического мировоззрения. Подобно световым явлениям, термины тепло, электричество и магнетизм были введены для объяснения тепла, электрических и магнитных жидкостей как особых видов твердого вещества. Хотя механический подход к этим явлениям был неприемлем, экспериментальные факты были искусственно адаптированы к механической картине мира. Попытки построить атомистическую модель воздуха продолжались и в XX в. Эти факты, не вписывающиеся в ход механического мировоззрения, показали, что противоречия между устоявшейся системой взглядов и эмпирическими данными несовместимы. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в изменении физического мировоззрения. Многие вопросы и споры в истории физики породили взгляды Ньютона на пространство и время. Ньютон предполагает, что на практике люди узнают о пространстве и времени, измеряя пространственные связи между телами и временные связи между процессами. Таким образом, Ньютон описывает понятия пространства и времени как относительные. Он предполагает, что в природе существуют абсолютные пространства и временные пространства, которые не зависят от этих отношений, как пустые резервуары тел и событий. По мнению Ньютона, пространство и время не зависят от материи и материальных процессов, что противоречит представлениям физики ХХ века. Поскольку материя Ньютона инертна и не способна двигаться сама по себе, а пустое абсолютное пространство безразлично к материи, он признает «первое воздействие», т.е. Бога, в качестве первичного источника движения. Заключение По словам Эйнштейна, Ньютон — этот гениальный гений — указал на образ мышления, экспериментальные исследования и практические построения, создал гениальные методы и прекрасно ими владел, был чрезвычайно изобретателен в поисках математических и физических доказательств, был реальной судьбой на переломном этапе духовного развития человечества. Современная физика не отвергала ньютоновскую механику, она лишь устанавливала пределы ее применимости. |