Наука о движении от Аристотеля до Ньютона

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное научно-образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Институт промышленного менеджмента, экономики и торговли

(Менеджмент)











Реферат по дисциплине «Концепции современного естествознания»

на тему «Наука о движении: от Аристотеля до Ньютона»









Выполнил студент I курса очного отделения группы №137332/0003 Шарлай Константин Игоревич

Проверила кандидат физико-математических наук, доцент кафедры экспериментальной физики ИФНиТ СПбПУ Бабаева Марина Алексеевна



Санкт-Петербург

2017






Содержание:

Введение. Определение механики …………….. 2-3 стр.

Механика античности ………………………………….. 4-6 стр.

Аристотель (384-322 до н.э.)

Архимед (287-212 до н.э.)

Клавдий Птолемей (100-170)

Механика эпохи Возрождения ……..…………… 7-10 стр.

Леонардо да Винчи (1452-1519)

Николай Коперник (1473-1543)

Джордано Бруно (1548-1600)

Симон Стевин (1548-1620)

Иоганн Кеплер (1571-1630)

Галилео Галилей (1564-1642)

Рене Декарт (1596-1650)

Блез Паскаль (1623-1662)

Христиан Гюйгенс (1629-1695)

Роберт Гук (1635-1703)

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716)

Механика Исаака Ньютона (1643-1727) ..… 11-12 стр.

Заключение. Роль и место механики в естествознании ….………………………………………. 13 стр.





















Введение

Механика – это раздел физики, который изучает механическое движение материальных тел и взаимодействия между этими телами. В качестве механического движения понимается изменение взаимного положения тел или частиц этих тел в пространстве с течением времени. В природе механика выражается в движении небесных тел, различных течениях: водных и воздушных, колебаниях земной коры. А в технике – в движении летательных аппаратов и транспортных средств, различных машин, механизмов, деформации элементов разных конструкций, движения жидкостей, газов и т.д. Рассматриваемые в механике взаимодействия выражаются в действиях тел друг на друга. В результате этих действий способны изменяться скорости точек данных тел или возникать деформации, такие как: притяжения материальных тел по закону всемирного тяготения, давления соприкасающихся тел, взаимодействия частиц жидкости или газа.

Классическая механика состоит из трёх разделов: кинематики (движение тел без рассмотрения причин, которые его обуславливают), динамики (движение тел из-за приложенных к этим телам сил) и статики (условия равновесия тел вследствие различных сил).

Любое движение твёрдого тела можно представить в виде комбинации двух видов движения: поступательного и вращательного. Поступательное движение – это движение, любая прямая, жёстко связанная с материальным телом, при котором перемещается, при этом оставаясь параллельной самой себе. В качестве примеров поступательного движения можно привести движение поршня в цилиндре двигателя или кабин «чертова колеса». Вращательное движение - движение, при котором все точки материального тела движутся в различных плоскостях, являющимися перпендикулярными к неподвижной прямой, которая называется осью вращения, и описывают окружности, центры которых лежат на этой оси (роторы турбин, генераторов и двигателей).

Механика - фундамент естественных и технических наук. Она занимает на данный момент одну из центральных позиций среди наук, которые обеспечивают научно-технический прогресс человечества. Механика имеет ведущая роль в разработке научной базы инженерии на основе использования довольно широкого спектра методов исследований физики, математического анализа и компьютерного моделирования. Достижения космической авиации, гидротехники, приборостроения зависят от глубокого понимания закономерностей механики и выверенного расчёта.

Происходит непрерывное улучшение методов механики и расширение понимания явлений, которые ей изучаются. Однако развитие науки происходит постепенно. Всё время возникают необъяснимые существующими методами вопросы. Для исследователя огромное счастье натолкнуться на подобные тяжёлые вопросы. Для их решения создаются ключевые исследования. Они могут быть различными по масштабам, но обязательно связаны с именами выдающихся личностей.

Общественно-исторический опыт в исследовании законов движения и равновесия тел передавался из поколения в поколение, и был тем материалом, на анализе которого развивалась механика как наука. А сейчас я расскажу о главных открытиях этой науки до появления работ великого английского учёного Исаака Ньютона.















































Механика античности

Первые научные сообщения по механике относятся к античным учёным Древнего Египта и Греции. Книги, сохранившие исследования большинства элементарных задач механики, относятся к разнообразным задачам статики, по сути, учению о равновесии. В первую очередь здесь нужно назвать сочинения выдающегося философа древней Греции Аристотеля (384—322 гг. до нашей эры), который ввёл в терминологию понятие механики для широкой области человеческого знания, изучающей простейшие движения материальных тел; в понятие движения он также включает психологические и социальные изменения -усвоение человеком знаний, обработка материалов.

Большая часть рассуждений Аристотеля о явлениях механического движения наивна, запутана, непоследовательна. Исходя из общих аксиоматических положений, он довольно часто делал неверные заключения о закономерностях конкретных явлений. Пренебрежение экспериментом и множество выводов, которые были основаны на непосредственном наблюдении видимых процессов движения тел без следующего за этим количественного анализа, привели Аристотеля к не подтверждающимся количественным анализом результатам. Действительно, в некоторых вопросах взгляды учёного отличались от ныне принятых, но всё же, безусловно, вместе с этим, Аристотель выразил множество верных предположений в науке.

Все движения в механике Аристотель делил на три различных вида: круговые, естественные и насильственные. Круговое движение, по Аристотелю, является самым совершенным, оно присуще только небесному миру. Причина кругового движения - перводвигатель – бог.

В свою очередь, земные движения, по мнению философа, бывают естественными и насильственными. Естественное движение — движение тяжёлого тела к центру Земли, а лёгкого – вверх; оно не нуждается в силах. Все остальные движения на Земле -насильственные; они могут протекать только под влиянием внешних сил. В целом, основной принцип динамики Аристотеля - «Всё, что находится в движении, движется благодаря воздействию другого».

Также у Аристотеля присутствуют соображения, которые дают основание для количественного определения силы. Все умозаключения Аристотеля сводятся к тому, что сила прямо пропорциональна произведению скорости тела на его вес, т.е. .

Аристотель, к тому же, пришёл к правильной догадке об условиях равновесия рычага с неравными плечами, хотя и в этом случае философ применяет малое количество экспериментальных доказательств. Более того, правильным предположением Аристотеля является теорема о сложении скоростей (абсолютная скорость материальной точки при сложном движении равна сумме относительной и переносной скоростей). 

Основы науки о равновесии были заложены Архимедом (287—212 гг. до нашей эры), который впервые начал успешно использовать строгие математические методы к изучению проблем механики.

В своей работе «О равновесии плоских тел, или о центрах тяжести плоских тел» Архимед выразил закон равновесия рычага и установил принципы статики твердого тела, исходя из следующих постулатов:

 Равные грузы, приложенные к равным плечам рычага, уравновешиваются.

 Равные грузы, приложенные к неравным плечам рычага, не находятся в равновесии. Груз, приложенный к более длинному плечу, падает вниз.

 Если грузы, подвешенные на каких-нибудь плечах рычага, находятся в равновесии, то если к одному из грузов что-либо добавить, то равновесие нарушится и груз, к которому прибавлено, будет падать вниз.

 Точно так же, если от одного груза отнять что-либо, то равновесие нарушится и груз, от которого не было отнято, будет падать вниз.

Из этих аксиоматических положений учёный получил условие равновесия рычага: любые грузы находятся в равновесии, когда плечи рычага обратно пропорциональны грузам.

Архимед путём строгих геометрических рассуждений обнаружил положение центра тяжести параллелограмма, треугольника, параболического сегмента (центр тяжести параболического сегмента нашёл с помощью метода «исчерпания»). Исследования Архимеда вызывали восхищение всех учёных. 

Архимед заложил основы гидростатики - науки о равновесии жидкостей; разработал правила сложения и разложения параллельных сил; создавал сложные технические механизмы и изобретения. 

Ещё одной значительной личностью в истории развития механики является Птолемей (ок. 100-ок. 170), который в работе «Великое математическое построение астрономии в 13 книгах» создал геоцентрическую систему мира, в которой видимые движения небесного свода и планет объяснялись, основываясь на предположении о неподвижности Земли и её местоположении в центре вселенной. Весь небесный свод, по этой теории, делает полный оборот вокруг Земли за 24 часа, и при этом звёзды участвуют лишь в суточном его движении, сохраняя при этом неизменным своё относительное расположение; планеты, кроме того, движутся относительно небесной сферы, изменяя свое положение относительно звезд. Законы видимых движений планет были выработаны Птолемеем настолько, что появилась возможность предварительного вычисления положений этих планет в сравнении со сферой неподвижных звезд.

Однако теория строения вселенной, которая была создана Птолемеем, была ложной; она привела к сложным и неестественным схемам движения планет и в ряде случаев не могла полностью раскрыть причину их видимых перемещений относительно звезд. Больше всего ошибочность теории Птолемея проявлялась при предсказаниях солнечных и лунных затмений, сделанных на много лет вперед, наблюдалось несоответствие наблюдений и вычислений.

Птолемей проводил также планомерные опыты по изучению преломления света. Наблюдения Птолемея сохраняют свой интерес и по сей день. Углы преломления света при переходах между воздухом, водой и стеклом, которые он нашёл, весьма точны для своего времени. Птолемей великолепно сочетал в себе строгого математика и, одновременно, тонкого экспериментатора.





































                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   .......................