Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

 Механика  Ньютона.

Вершиной научного творчества И. Ньютона является его  бессмертный труд «Математические  начала натуральной философии», впервые  опубликованный в 1687 году. В нем он обобщил результаты, полученные его  предшественниками и свои собственные  исследования и создал впервые единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Здесь Ньютон дал определения исходных понятий  – количества материи, эквивалентного массе, плотности; количества движения, эквивалентного импульсу, и различных  видов силы. Формулируя понятие количества материи, он исходил из представления  о том, что атомы состоят из некой единой первичной материи; плотность понимал как степень  заполнения единицы объема тела первичной  материей. В этой работе изложено учение Ньютона о всемирном тяготении, на основе которого он разработал теорию движения планет, спутников и комет, образующих солнечную систему. Опираясь на этот закон, он объяснил явление  приливов и сжатие Юпитера.

Концепция Ньютона  явилась основой для многих технических  достижений в течение длительного  времени. На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных областях естествознания.

1.1. Законы движения  Ньютона.

Если кинематика изучает  движение геометрического тела, который  не обладает никакими свойствами материального  тела, кроме свойства занимать определенное место в пространстве и изменять это положение с течением времени, то динамика изучает движение реальных тел под действием приложенных  к ним сил. Установленные Ньютоном три закона механики лежат в основе динамики и составляют основной раздел классической механики.

Непосредственно их можно применять к простейшему  случаю движения, когда движущееся тело рассматривается как материальная точка, т.е. когда размер и форма  тела не учитывается и когда движение тела рассматривается как движение точки, обладающей массой. В кипятке  для описания движения точки можно  выбрать любую систему координат, относительно которой определяются характеризующие это движение величины. За тело отсчета может быть принято  любое тело, движущееся относительно других тел. В динамике имеют дело с инерциальными системами координат, характеризуемыми тем, что относительно них свободная материальная точка  движется с постоянной скоростью.

1.2. Закон всемирного  тяготения.

Считается, что стержнем динамики Ньютона является понятие  силы, а основная задача динамики заключается  в установлении закона из данного  движения и, наоборот, в определении  закона движения тел по данной силе. Из законов Кеплера Ньютон вывел  существование силы, направленной к  Солнцу, которая была обратно пропорциональна  квадрату расстояния планет от Солнца. Обобщив идеи, высказанные Кеплером, Гюйгенсом, Декартом, Борелли, Гуком, Ньютон придал им точную форму математического  закона, в соответствии с которым  утверждалось существование в природе  силы всемирного тяготения, обусловливающей  притяжение тел. Сила тяготения прямо  пропорциональна произведению масс тяготеющих тел и обратно пропорционально  квадрату расстояния между ними.

Данный закон описывает  взаимодействие любых тел – важно  лишь то, чтобы расстояние между  телами было достаточно велико по сравнению  с их размерами, это позволяет  принимать тела за материальные точки. В ньютоновской теории тяготения  принимается, что сила тяготения  передается от одного тяготеющего тела к другому мгновенно, при чем  без посредства каких бы то ни было сред. Закон всемирного тяготения  вызвал продолжительные и яростные дискуссии. Это не было случайно, поскольку  этот закон имел важное философское  значение. Суть заключалась в том, что до Ньютона целью создания физических теорий было выявление и  представление механизма физических явлений во всех его деталях. В  тех случаях, когда это сделать  не удавалось, выдвигался аргумент о  так называемых "скрытых качествах", которые не поддаются детальной  интерпретации. Бэкон и Декарт ссылки на "скрытые качества" объявили ненаучными. Декарт считал, что понять суть явления природы можно лишь в том случае, если его наглядно представить себе. Так, явления тяготения он представлял с помощью эфирных вихрей. В условиях широкого распространения подобных представлений закон всемирного тяготения Ньютона, несмотря на то, что демонстрировал соответствие произведенных на его основе астрономическим наблюдениям с небывалой ранее точностью, подвергался сомнению на том основании, что взаимное притяжение тел очень напоминало перипатетическое учение о "скрытых качествах". И хотя Ньютон установил факт его существования на основе математического анализа и экспериментальных данных, математический анализ еще не вошел прочно в сознание исследователей в качестве достаточно надежного метода. Но стремление ограничивать физическое исследование фактами, не претендующими на абсолютную истину, позволило Ньютону завершить формирование физики как самостоятельной науки и отделить ее от натурфилософии с ее претензиями на абсолютное знание.

В законе всемирного тяготения наука получила образец  закона природы как абсолютно  точного, повсюду применимого правила, без исключений, с точно определенными  следствиями. Этот закон был включен  Кантом в его философию, где природа  представлялась царством необходимости  в противоположность морали - царству  свободы.

Физическая концепция  Ньютона была своеобразным венцом физики XVII века. Статический подход к Вселенной  был заменен динамическим. Эксперементально-математический метод исследования, позволив решить многие проблемы физики XVII века, оказался пригодным для решения физических проблем еще в течение двух веков.

1.3. Основная задача  механики.

Результатом развития классической механики явилось создание единой механической картины мира, в рамках которой все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам  ньютоновской механики. Согласно механической картине мира, если физическое явление  мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным. Механика Ньютона, таким образом, стала основой  механической картины мира, господствовавшей вплоть до научной революции на рубеже XIX и XX столетий.

Механика Ньютона, в отличие от предшествующих механических концепций, давало возможность решать задачу о любой стадии движения, как предшествующей, так и последующей, и в любой точке пространства при известных фактах, обусловливающих  это движение, а также обратную задачу определения величины и направления  действия этих факторов в любой точке  при известных основных элементах  движения. Благодаря этому механика Ньютона могла использоваться в  качестве метода количественного анализа  механического движения. Любые физические явления могли изучаться как, независимо от вызывающих их факторов. Например, можно вычислить скорость спутника Земли.

Законы ньютоновской механики связывали силу не с движением, а с изменением движения. Это позволило  отказаться от традиционных представлений  о том, что для поддержания  движения нужна сила, и отвести  трению, которое делало силу необходимой  в действующих механизмах для  поддержания движения, второстепенную роль. Установив динамический взгляд на мир вместо традиционного статического, Ньютон свою динамику сделал основой  теоретической физики. Хотя Ньютон проявлял осторожность в механических истолкованиях природных явлений, все равно считал желательным  выведение из начал механики остальных  явлений природы. Дальнейшее развитие физики стало осуществляться в направлении  дальнейшей разработки аппарата механики применительно к решению конкретных задач, по мере решения которых механическая картина мира укреплялась.