Закономерности развития физики

Содержание. Введение …………………………………………………………………..3 Основные закономерно сти развития физики ……………………...4 Развитие физики в Древней Гр еции………………………………...…….4 Основные представления аристотелевской механики……………...…4 Теоретическая меха ника…………………………………………...…….4 Развитие физики в средневековье…………………………………..…….5 Средневековая арабская культура………………………………..……..5 Физические идеи средневековья……………………………………..…...6 Научная революция XVII в.: возникновение классической механики…7 Галилей: разработка понятий и принципов «земной динамик и»…...…7 Ньютоновская революция…………………………………………….….7 Корпускулярная теория света………………………………………..….7 Изучение магнитных и электрических явлений…………………...…….8 Физика XII -первой пол овины XIII в………………………………...…….8 Становление основных отраслей классической физики………… ...…...8 Физика первой половины XIX в ……………………………………..…… . 9 Физика первой половины XIX в…………………………………….…….9 Теория электромагнитного поля………………………………….……..9 Великие открытия…………………………………………………...….10 Научная революция в физике начала XX в……………………………..10 Создание специальной теории относительности …………………….10 Создание общей теории относительности () ………………...…10 Возникновение и развитие квантовой физики…………………...……10 Мир элементарных частиц………………………………………...……..11 Гравитация ………………………………………………………….…….11 Электромагнетизм ………………………………………………….…… 11 Заключение…………………………………………………………..……11 Сп исок использованной литературы…………………………...………..12 Введение. Физика— главная из естествен ных наук, поскольку в буквальном переводе с греческого слово «фюзис» озн ачает «природа». Стало быть, физика— наука о природе. Физика всегда счит алась эталоном научного знания. В каком смысле? Не в том, что она дает наиб олее важное и истинное знание, а в том, что открывает истины справедливые для всей Вселенной, о соотношении нескольких основных переменных. Её уни версальность обратно пропорциональна количеству переменных, которые о на вводит в свои формулы. Можно отрицать законы философии, религию, мистические чудеса, и это приз нается нормальным. Но с подозрением смотрят на человека, который отрицае т законы науки, скажем, закон всемирного тяготения. В этом смысле можно ск азать, что законы физики лежат в основании научного постижения действит ельности. Основные закономерности развития физики . Развитие физики в Древней Греции. Основные представления аристотелевской механики. Историческая заслуга Аристотеля перед естествознанием состои т в том, что он стал основателем системы знаний о природе— физики. Центр п онятия аристотелевской физики – понятие движения. Аристотель разработ ал первую историческую форму учения о движении— механику. Все механиче ские движения он разбивает на две большие группы: движение небесных тел в надлунном мире; движение тел в подлунном, земном мире. Естественное дви жение— это движение тела к своему месту, например, тяжелого тела вниз, а л егкого вверх. Все остальные движения на Земле— насильственные и требую т применения силы. Механика Аристотеля содержала в себе глубокое противоречие— ведь есть немало видов движения, которые осуществляются без видимого прилож ения силы. Что вызывает эти движения? Поиски ответа на этот вопрос растян улись на столетия. Теоретическая механика. Из трех составных частей механики (статика, кинематика, динамика) в д ревнегреческий период наиболее обстоятельно была разработана статика (и гидростатика). Основополагающую роль в возникновении статики и гидро статики сыграл Архимед. Ему принадлежит установление понятия центра тя жести тел. Он теоретически доказал закон простого рычага (на основе ряда постулатов). В гидростатике Архимед открыл закон, носящий его имя, и теоре тически доказал его. Для объяснения давления, при котором на тело не действует никакая видимая сила, а оно продолжает двигаться, в IV в. возникла «теория импетуса». Её родоначальник, греческий философ и ученый Филопон полагал, что «движущемуся телу движущее тело со общает некую движущую силу», которая и продолжает некоторое время двига ть это тело, пока вся не израсходуется. Эта идея позднее, в XII - XVI вв. сыграла важную роль в становлении механики. Наряду с теоретической механикой получила развитие и прикладная механика— создание разного рода механи змов и машин. В III в. до н. э. возникла такая специфичная отрасль механики, как пневматика (использование давл ения воздуха для создания разного рода механических устройств). Основат елем этой отрасли считают Ктесибия, жившего и работавшего в Александрии . Он был изобретателем двухцилиндрового водяного насоса, снабженного вс асываемыми и наполнительными клапанами; водяного органа, управление ко торого осуществлялось с помощью сжатого воздуха; водяных часов; военных метательных машин, использовавших силу сжатого воздуха. Развитие физики в средневековье. Средневековая арабская культура. В арабской культуре в средние века из разделов механики наибольшее развитие получила статика , чему способствовали условия экономической жизни средневекового Восто ка. Интенсивная торговля определила развитие учения о взвешивании и тео ретической основы взвешивания— науки о равновесии, создание многочисл енных конструкций различных видов весов. Арабские ученые широко исполь зовали понятие удельного веса. Динамика развивал ась на основе комментирования и осмысления сочинений Аристотеля. Средн евековыми учеными обсуждались проблема существования пустоты и возмож ности движения в пустоте, характер движения в сопротивляющейся среде, ме ханизм передачи движения, свободное падение тел, движение тел, брошенных под углом к горизонту. Развитие кинематики было с вязано с потребностями астрономии в строгих методах для описания движе ния небесных тел. В этом направлении и развивается аппарат кинематико-ге ометрического моделирования движения небесных тел на основе «Альмагес та» К. Птолемея. Кроме того, в ряде работ изучалась кинематика «земных» дв ижений. Физические идеи средневе ковья. В период позднего средневековья ( XIV - XV вв.) постепенно осуществляется пересмотр основных представлений античной естественно-научной картины мира и складываются предпосылки для создания нового естествознания, новой физики. Качественные сдвиги происходят к ак в кинематике, так и в динамике. В кинематике средневековые схоласты вводят понятия «средняя скорость», «мгно венная скорость», «равноускоренное движение» ( они его называли униформ но-дифформное). Мгновенную скорость в данный момент они определяют как с корость, с какой стало бы двигаться тело, если бы с этого момента времени е го движение стало равномерным. Кроме того, постепенно вызревает понятие ускорения. В эпоху позднего средневековья значительное развитие по лучила динамическая «теория импетуса», которая была мостом, соединявши м динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Французский философ-схоласт Жан Буридан ( XIV в) объяснял падение т ел с точки зрения теории импетуса. Он считал, что при падении тел, тяжесть запечатлевает в падающем теле импетус, поэтому и скорость его все время падения возрастает. Величина импетуса определяется и скоростью, сообще нной телу, и «качеством материи этого тела». Импетус расходуется в проце ссе движения на преодоление трения; когда импетус растрачивается, тело о станавливается. Эти выводы стали предпосылками для перехода от понятия импетуса к понятию инерции. Кроме того, теория импетуса способствовала развитию и ут очнению понятия силы. Научная ре волюция XVII в: возникновение к лассической механики. Галилей: разработка понятий и принципов «земной динам ики». В формировании классической механики и утверждении нового мировоз зрения велика заслуга Г. Галилея. Еще будучи студентом он открывает зако н изотропности колебаний маятника, который сразу же нашел применение в м едицине, астрономии, географии, прикладной механике. После изобретения з рительной трубы (1608) Галилей усовершенствовал её и превратил в телескоп с 30-кратным приближением. Историческая заслуга Галиле я перед физикой состоит в следующем: - он разграничил понятия равномерного и неравномерного, ускоренного дв ижения; - сформулировал понятие ускорения (скорость изменение скорости); вывел формулу, связывающую у скорение, путь и время: S =1/2 at 2 ; сформулировал принцип инерции; выработал понятие инерциальной системы; сформулировал принцип относительности движения; открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции). Ньютоновская революция В XVII в. Исаак Ньютон завер шил постройку фундамента новой классической физики. Среди открытий Ньютона: зако ны динамики, закон всемирного тяготения (1666), изобретение телескопа-рефле ктора, открытие спектрального состава белого света и т.д. Корпускулярная теория све та. Оптика— важнейшая часть физики, более «молодая», чем механ ика. Начало научной оптики связано с открытием законов отражения и прело мления света в начале XVII в. Корпускуля рная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объяс няла интерференцию, дифракцию и поляризацию света. Изучение магнитных и электрических явлений. В XVII в. начинается систем атическое изучение магнитных и электрических†явлений. Первые сведения об этих явлениях были накоплены еще в древности. Главное практическое п рименение магнитных явлений было связано с компасом и явилось результа том наблюдений направляющего действия земного магнетизма на естествен ные магниты. Существенным шагом вперед в исследовании магнетизма была книга английского ученого, врача Елизаве ты У. Гильберта «О магните, магнитных телах и великом магните Земли», выше дшая в 1600 г. В своей работе Гильберт уделил внимание исследованию электрических яв лений и показал, что электрические явления следует отличать от магнитны х. Электрические и магнитные явления, даже если не знать о их внутреннем е динстве, схожи. После работ Гильберта в течение всего XVII в. в учении об электричестве и магнетизме был о получено мало новых результатов. Физика XVII -п ервой половины X Ш в. Становление основных отраслей классической физики. На развитие физики XVII в. с ущественное влияние оказало наследие предыдущего, XVII в. и особенно учение Ньютона. Очень быстрыми темпами разв ивается механика. Исследование законов теплоты— одна из центральных т ем физики XVII в. Термометрия, калоримет рия, плавление, испарение, горение— все эти вопросы становятся особенно актуальными. Производятся серьезные исследования по теплофизике, элек тричеству и магнетизму. В меньшей мере развивается оптика. Но и здесь получены отдельные важные результаты: зарождается фотометрия, изучается люминесценция. В 1729 г. англичанин С. Грей открыл явление электрической проводимости. Фран цуз Ш.Ф. Дюфе открыл существование отрицательного и положительного элек тричества и обнаружил, что «однородные электричества отталкиваются, а р азнородные притягиваются». Во второй половине XVIII в. Учение об элек тричестве и магнетизме развивается более быстрыми темпами. Среди многи х ярких открытий этого времени— изобретение А. Вольта источника постоя нного тока («Вольтов столб»). В это же время намечаются две основные конце пции в понимании электрических и магнитных явлений— дальнодействия и близкодействия. Физика первой половины XIX в. Первая половина XIX в.— время бурного р азвития техники. Была изобретена паровая машина; открыта первая железна я дорога. Начинается использование электричества для связи. В 1839 г. француз Л. Дагер получил первый фотографический снимок. В первой половине XIX в. быстро развиваю тся все разделы физики, но особенно оптика, а также учение об электричест ве и магнетизме, возникает новый быстро развивающийся раздел— учение о б электромагнетизме. В этот период складываются основы волновой оптики, теории дифракции, интерференции и поляризации. В 40-х гг. XIX в. весь ход развития физическ их наук по пути изучения связей между различными физическими явлениями, взаимных превращений различных форм энергии завершается установление м закона сохранения и превращения энергии. Физика второй половины XIX в. Вторая половина XIX в. хар актеризуется высокими темпами развития всех сложившихся ранее и возни кновением новых разделов физики. Особенно быстро развивается теория те плоты и электродинамика. Теория электромагнитного поля. К середине XIX в. в тех отра слях физики, где изучались магнитные и электрические явления, был накопл ен богатый эмпирический материал, сформулирован целый ряд важных закон омерностей: закон Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции , законы постоянного тока и др. ДЖ. К. Максвелл создал теорию электромагнитного поля, которая была изложена в работе «Динамическая т еория электромагнитного поля», опубликованной в 1864 г. Великие открытия. Конец XIX в. в истории физи ки отмечен рядом принципиальных открытий, которые привели к научной рев олюции на рубеже XIX - XX вв.: открытие рентгеновских лучей (В. Рентген , 1895), открытие электрона и установление зависимости его массы от скорости, открытие радиоактивности ( А. Беккерель, 1896), фотоэффекта и его законов и др. Научная революция в физике начала XX в. Создание специальной теории относительности. В начале XX в. на смену кла ссической механике пришла новая фундаментальная теория— специальная теория относительности (СТО). Созданная усилиями ряда уче ных, прежде всего А. Эйнштейном, она позволила непротиворечиво объяснить многие физические явления, которые не укладывались в рамки классически х представлений. В первую очередь это касалось закономерностей электро магнитных явлений в движущихся телах. В сентябре 1905 г. в немецком журнале « Annalen der Physik » появилась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн сформулировал основные положения СТО. Создание общей теории отно сительности (ОТО). Построение ОТО А. Эйнштейн завершил в 1916 г. При этом он исполь зовал понятия и математический аппарат неевклидовых геометрий. С точки зрения СТО пространство не обладает постоянной (нулевой) кривизной. Крив изна его меняется от точки к точке и определяется полем тяготения. Возникновение и развитие квантовой физики. Истоки квантовой физики можно найти в исследованиях проце ссов излучения тел. Формулировка гипотезы квантов энергии была началом новой эры в развитии теоретической физики. В 1905 г. Эйнштейн ввел понятие кв анта света. Мир элементарных частиц. Гравитация. Созданная в XVII в. ньютоно вская теория гравитации ( закон всемирного тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы природы. Гравитация имеет ряд особен ностей: - малая интенсивность универсальность дальнодействие Электромагнетизм. Существование электрона (единицы электрического заряда) б ыло твердо установлено в 90-е гг. XIX в. Но н е все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электрически нейтральны, например, фотон и нейтрино. В этом электричеств о отличается от гравитации. Заключен ие. Физика— продукт цивилизации и условие её развития. С помощ ью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обучает новые поколения людей, ле чит свое тело. Прогресс физики и техники значительно изменяет образ жизн и и благосостояние человека, совершенствует условия быта людей. Благода ря знанию законов природы человек может изменить и приспособить природ ные вещи и процессы так, чтобы они удовлетворяли его потребностям. Список использованной литературы. 1. Т. Я. Дубнищева «Концепции совреме нного естествознания», Учебник, Новосибирск-1997 2. Л. С. Мотылева, В. А. Скоробогатов, А. М. Судариков «Концепции современного естествознания», Учебник для ВУЗ ов, «Издательство Союз», Санкт-Петербург-2000 А. А. Горелов «Концепции современн ого естествознания», курс лекций, Издательство «Центр», Москва-2001 В. М. Найдыш «Концепции современного естествознания», уче бное пособие, Москва-1999.