Ученые физики механики – —

Содержание

ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ | sibac.info

ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

Королев Владимир Степанович

доцент, канд. физ.-мат. наук,

Санкт-Петербургский Государственный Университет,
РФ, г. Санкт-Петербург

E—mail: vokorol@bk.ru

HISTORY OF FORMATION OF ANALYTICAL MECHANICS

Vladimir Korolev

candidate of Physical and Mathematical Sciences, assistant professor,

Saint-Petersburg State University,
Russia, Saint-Petersburg

Аннотация

Рассматриваются работы классиков науки по механике, которые были выполнены за прошедшие годы. Сделана попытка оценить их вклад в дальнейшее развитие науки.

Abstract

Works of classics of science on mechanics which were performed for last years are considered. Attempt to estimate their contribution to further development of science is made.

Ключевые слова: история механики; развитие науки.

Keywords: history of mechanics; development of science.

Введение

Механика — это наука о движении. Слова теоретическая или аналитическая показывают, что изложение не использует постоянного обращения к эксперименту, а проводится математическим моделированием на основании аксиоматически принятых постулатов и утверждений, содержание которых определяется глубинными свойствами материального мира.

Теоретическая механика является фундаментальной основой научного познания. Трудно провести четкую грань между теоретической механикой и некоторыми разделами математики или физики. Многие методы, созданные при решении задач механики, будучи сформулированными на внутреннем математическом языке, получили абстрактное продолжение и привели к созданию новых разделов математики и других наук.

Предметом исследования теоретической механики являются отдельные материальные тела или выделенные системы тел в процессе их движения и взаимодействия между собой и окружающим миром при изменении взаимного расположения в пространстве и времени. Принято считать, что окружающие нас предметы являются почти абсолютно твердыми телами. Деформируемые тела, жидкие и газообразные среды почти не рассматриваются или учитываются косвенным образом через их влияние на движение выделенных механических систем. Теоретическая механика занимается общими закономерностями механических форм движения и построением математических моделей для описания возможного поведения механических систем. Она опирается на законы, установленные в опытах или специальных физических экспериментах и принимаемых за аксиомы или истину, которая не требует доказательств, а также использует большой набор фундаментальных (общих для многих разделов науки) и специальных понятий и определений. Они верны лишь приближенно и подвергались сомнению, что послужило появлению новых теорий и направлений дальнейших исследований. Нам не даны идеальное неподвижное пространство или его метрика, а также процессы равномерного движения, по которым можно отсчитывать абсолютно точные промежутки времени.

Как наука она зародилась в IV веке до нашей эры в трудах древнегреческих ученых [2; 11] по мере накопления знаний вместе с физикой и математикой, активно развивалась различными философскими школами вплоть до первого века и выделилась в самостоятельное направление. К настоящему времени сформировалось [5; 6; 10] много научных направлений, течений, методов и возможностей исследований, которые создают отдельные гипотезы или теории для описания и моделирования на основе всех накопленных знаний. Многие достижения естественных наук развивают или дополняют основные понятия в задачах механики.

Это пространство, которое определяется размерностью и структурой, материя или вещество, которое заполняет пространство, движение как форма существования материи, энергия как одна из основных характеристик движения.

Основоположники классической механики

·Архит Тарентский (428—365 гг. до н. э.), представитель пифагорейской школы философии, одним из первых начал разрабатывать проблемы механики.

·Платон (427—347), ученик Сократа, развивал и обсуждал многие проблемы в рамках философской школы, создал теорию идеального мира и учение об идеальном государстве.

·Аристотель (384—322), ученик Платона, сформировал общие принципы движения, создал теорию движения небесных сфер, принцип виртуальных скоростей, источником движений считал силы, обусловленные внешним воздействием.

Рисунок 1.

·Евклид (340—287), сформулировал множество математических постулатов и физических гипотез, заложил основы геометрии, которая используется в классической механике.

·Архимед (287—212), заложил основы механики и гидростатики, теории простых машин, изобрел архимедов винт для подачи воды, рычаг и много различных грузоподъемных и военных машин.

Рисунок 2.

·Гиппарх (180—125), создал теорию движения Луны, объяснил видимое движение Солнца и планет, ввел географические координаты.

·Герон Александрийский (1 век до н. э.), исследовал подъемные механизмы и приспособления, изобрел автоматические двери, паровую турбину, первым начал создавать программируемые устройства, занимался гидростатикой и оптикой.

·Птолемей (100—178 гг. н. э.), механик, оптик, астроном, предложил геоцентрическую систему мира, исследовал видимое движение Солнца, Луны и планет.

Рисунок 3.

Дальнейшее развитие наука получила в эпоху возрождения в исследованиях многих европейских ученых.

·Леонардо да Винчи (1452—1519), универсальный творческий человек, много занимался теоретической и практической механикой, исследовал механику движений человека и полета птиц.

·Николай Коперник (1473—1543), разработал гелиоцентрическую систему мира и опубликовал в работе «Об обращении небесных сфер».

·Тихо Браге (1546—1601), оставил точнейшие наблюдения за движением небесных тел, пытался объединить системы Птолемея и Коперника, но в его модели Солнце и Луна вращались вокруг Земли, а все прочие планеты вокруг Солнца.

Рисунок 4.

·Галилео Галилей (1564—1642), проводил исследования по статике, динамике и механике материалов, изложил важнейшие принципы и законы, которые наметили путь к созданию новой динамики, изобрел телескоп и открыл спутники Марса и Юпитера.

Рисунок 5.

·Иоганн Кеплер (1571—1630), предложил законы движения планет и положил начало небесной механике. Открытие законов движения планет были сделаны по результатам обработки таблиц наблюдений астронома Тихо Браге.

Рисунок 6.

Основоположники аналитической механики

Аналитическая механика была создана трудами представителей почти вплотную следующих друг за другом трех поколений [6].

К 1687 году относится публикация «Математических начал натуральной философии» Ньютона [3; 4]. В год его смерти двадцатилетний Эйлер публикует свою первую работу по применению математического анализа в механике. Многие годы он прожил в Санкт-Петербурге, опубликовал сотни научных работ и этим способствовал становлению Академии Наук России. Через пять лет после Эйлера. Лагранж в 52-летнем возрасте публикует «Аналитическую динамику». Пройдет еще 30 лет, и будут опубликованы труды по аналитической динамике трех знаменитых современников: Гамильтона, Остроградского и Якоби. Основное развитие механика получила в исследованиях европейских ученых.

·Христиан Гюйгенс (1629—1695), изобрел маятниковые часы, закон о распространении колебаний, разработал волновую теорию света.

·Роберт Гук (1635—1703), занимался теорией планетных движений, высказал идею закона всемирного тяготения [9] в своем письме Ньютону, изучал давление воздуха, поверхностное натяжение жидкости, открыл закон деформации упругих тел.

Рисунок 7. Роберт Гук

·Исаак Ньютон (1643—1727), создал основы современной теоретической механики, в своем главном труде «Математические начала натуральной философии» [4] обобщил результаты предшественников, дал определения основных понятий и сформулировал основные законы, выполнил обоснование и получил общее решение в задаче двух тел. Перевод с латинского языка на русский язык был выполнен академиком А.Н. Крыловым.

Рисунок 8.

·Готфрид Лейбниц (1646—1716), ввел понятие живой силы, сформулировал принцип наименьшего действия, исследовал теорию сопротивления материалов.

·Иоганн Бернулли (1667—1748), решил задачу о брахистохроне, разрабатывал теорию ударов, исследовал движение тел в сопротивляющейся среде.

Леонард Эйлер (1707—1783), заложил основы аналитической динамики в книге «Механика или наука о движении в аналитическом изложении», разобрал случай движения тяжелого твердого тела, закрепленного в центре тяжести, является основоположником гидродинамики, развил теорию полета снаряда, ввел понятие силы инерции.

Рисунок 9.

·Жан Лерон Даламбер (1717—1783), получил общие правила составления уравнений движения материальных систем, изучал движение планет, установил основные принципы динамики в книге «Трактат о динамике».

·Жозеф Луи Лагранж (1736—1813), в своей работе «Аналитическая динамика» предложил принцип возможных перемещений, ввел обобщенные координаты и придал уравнениям движения новую форму, открыл новый случай разрешимости уравнений вращательного движения твердого тела.

Трудами этих ученых было завершено построение основ современной классической механики, положено начало анализу бесконечно малых. Разработан курс механики, который излагался строго аналитическим методом на основе общего математического начала. Этот курс получил название «аналитическая механика». Успехи механики были столь велики, что оказали влияние на философию того времени, которая проявилась в создании «механицизма».

Способствовал развитию механики также интерес астрономов, математиков и физиков [8] к задачам определения движения видимых небесных тел (Луны, планет и комет). Открытия и работы Коперника, Галилея и Кеплера, теория движения Луны Даламбера и Пуассона, пятитомная «Небесная механика» Лапласа и других классиков позволили создать достаточно полную теорию движения в гравитационном поле, давая возможность применения аналитических и численных методов к исследованиям других задач механики. Дальнейшее развитие механики связано с трудами выдающихся ученых своего времени.

·Пьер Лаплас (1749—1827), завершил создание небесной механики на основе закона всемирного тяготения, доказал устойчивость Солнечной Системы, разработал теорию приливов и отливов, исследовал движение Луны и определил сжатие земного сфероида, обосновал гипотезу возникновения Солнечной Системы.

Рисунок 10.

·Жан Батист Фурье (1768—1830), создал теорию уравнений с частными производными, разработал учение о представлении функций в виде тригонометрических рядов, исследовал принцип виртуальных работ.

·Карл Гаусс (1777—1855), великий математик и механик, опубликовал теорию движения небесных тел, установил положение планеты Церера, изучал теорию потенциалов и оптики.

·Луи Пуансо (1777—1859), предложил решение в общем виде для задачи о движении тела, ввел понятие эллипсоида инерции, исследовал многие задачи статики и кинематики.

·Симеон Пуассон (1781—1840), занимался решением задач по гравитации и электростатике, обобщил теорию упругости и построение уравнений движения на основе принципа живых сил.

·Михаил Васильевич Остроградский (1801—1862), великий математик и механик [5; 8], его работы относятся к аналитической механике, теории упругости, небесной механике, гидромеханике, исследовал общие уравнения динамики.

·Карл Густав Якоби (1804—1851), предложил новые решения уравнений динамики, разработал общую теорию интегрирования уравнений движения, использовал канонические уравнения механики и уравнения в частных производных.

·Уильям Роуан Гамильтон (1805—1865), привел уравнения движения произвольной механической системы к каноническому виду, ввел понятие кватернионов и векторов, установил общий интегральный вариационный принцип механики.

Рисунок 11.

·Герман Гельмгольц (1821—1894), дал математическую трактовку закона сохранения энергии, положил начало широкому применению принципа наименьшего действия к электромагнитным и оптическим явлениям.

·Николай Владимирович Маиевский (1823—1892), основатель русской научной школы баллистики, создал теорию вращательного движения снаряда, первым начал учитывать сопротивление воздуха.

·Пафнутий Львович Чебышев (1821—1894), занимался теорией машин и механизмов, создал паровую машину, центробежный регулятор, шагающий и гребной механизмы.

Рисунок 12.

·Густав Кирхгоф (1824—1887), изучал деформацию, движение и равновесие упругих тел, работал над логическим построением механики.

·Софья Васильевна Ковалевская (1850—1891), занималась теорией вращательного движения тела вокруг неподвижной точки, открыла третий классический случай решения задачи, исследовала задачу Лапласа о равновесии колец Сатурна.

·Анри Пуанкаре (1854—1912), опубликовал более 1000 работ по различным научным направлениям, в том числе по небесной механике, теории колебаний, условиям устойчивости [10].

Рисунок 13.

·Генрих Герц (1857—1894), основные работы посвящены электродинамике и общим теоремам механики на основе единого принципа.

Современное развитие механики

В двадцатом столетии занимались и сейчас продолжают заниматься решением многих новых задач механики. Особенно активно это было после появления современных вычислительных средств. Прежде всего, это новые сложные проблемы управляемого движения, космической динамики, робототехники, биомеханики, квантовой механики. Можно отметить работы выдающихся ученых, многих научных школ Вузов и исследовательских коллективов России [1; 5; 11].

·Николай Егорович Жуковский (1847—1921), основоположник аэродинамики, исследовал движение твердого тела с неподвижной точкой и проблему устойчивости движений, вывел формулу для определения подъемной силы крыла, занимался теорией удара.

Рисунок 14.

·Александр Михайлович Ляпунов (1857—1918), основные работы посвящены теории устойчивости равновесия и движения механических систем, основоположник современной теории устойчивости [1; 5; 7].

·Константин Эдуардович Циолковский (1857—1935), основоположник современной космонавтики, аэродинамики и ракетодинамики, создал теорию поезда на воздушной подушке и теорию движения одноступенчатых и многоступенчатых ракет.

·Иван Всеволодович Мещерский (1859—1935), исследовал движение тел переменной массы, составил сборник задач по механике, который используется и в настоящее время.

Рисунок 15.

·Алексей Николаевич Крылов (1863—1945), основные исследования относятся к строительной механике и кораблестроению, непотопляемости судна и его устойчивости, гидромеханике, баллистике, небесной механике, теории реактивного движения, к теории гироскопов и численным методам, перевел на русский язык труды многих классиков науки [4; 5; 9].

·Сергей Алексеевич Чаплыгин (1869—1942), основные работы относятся к неголономной механике, гидродинамике, теории авиации и аэродинамики, дал полное решение задачи о воздействии воздушного потока на обтекаемое тело.

·Альберт Эйнштейн (1879—1955), сформулировал специальную и общую теорию относительности, создал новую систему пространственно–временных отношений и показал, что тяготение является выражением неоднородности пространства и времени, которая производится присутствием материи.

·Александр Александрович Фридман (1888—1925), создал модель нестационарной вселенной, где он предсказал возможность расширения Вселенной.

·Николай Гурьевич Четаев (1902—1959) исследовал свойства возмущённых движений механических систем, вопросы устойчивости движения, доказал основные теоремы о неустойчивости равновесия.

Рисунок 16.

·Лев Семенович Понтрягин (1908—1988) исследовал теорию колебаний, вариационное исчисление, теорию управления, создатель математической теории оптимальных процессов.

Рисунок 17.

Возможно, что еще в древние времена [2; 5; 11] и последующие периоды существовали центры знания, научные школы и направления исследования науки и культуры народов или цивилизаций: арабские, китайские или индийские в Азии, народа майя в Америке, где появлялись достижения, но европейские философские и научные школы развивались особым образом, не всегда обращая внимание на открытия или теории других исследователей. В разные времена для общения использовали языки латинский, немецкий, французский, английский… Нужны были точные переводы доступных текстов и общие обозначения в формулах. Это затрудняло, но не останавливало развития.

Современная наука пытается изучать единый комплекс всего существующего, который проявляется столь многообразно в окружающем нас мире. К настоящему времени сформировалось много научных направлений, течений, методов и возможностей исследований. При изучении классической механики традиционно выделяют в качестве основных разделов кинематику, статику и динамику. Самостоятельным разделом или наукой сформировались небесная механика [8], как часть теоретической астрономии, а также квантовая механика [7].

Основные задачи динамики состоят в определении движения системы тел по известным учитываемым действующим силам или в определении сил по известному закону движения. Управление в задачах динамики предполагает [6], что есть возможность изменения для условий реализации процесса движения по нашему собственному выбору параметров или функций, которые определяют процесс или входят в уравнения движения, в соответствии с заданными требованиями, пожеланиями или критериями.

Аналитическая, Теоретическая, Классическая, Прикладная,

Рациональная, Управляемая, Небесная, Квантовая…

Это все Механика в различных изложениях!

Список литературы:

Алешков Ю.З. Замечательные работы по прикладной математике. СПб.: Изд. СПбГУ, 2004. — 309 с.
Богомолов А.Н. Математики механики. Биографический справочник. Киев: Изд. Наукова думка, 1983. — 639 с.
Вавилов С.И. Исаак Ньютон. 4-е изд., доп. М.: Наука, 1989. — 271 с.
Крылов А.Н. Исаак Ньютон: Математические начала натуральной философии. Перевод с латинского с примечаниями и пояснениями флота генерал-лейтенанта А.Н. Крылова. // Известия Николаевской Морской Академии (Вып. 4), Петроград. Книга 1. 1915. 276 с., Книга 2. 1916. (Вып. 5). 344 с. или в кн.: А.Н. Крылов. Собрание Трудов. М.-Л. Изд-во АН СССР. Т. 7. 1936. 696 с. или в серии «Классики науки»: И. Ньютон. Математические начала натуральной философии. Перевод с лат. и комментарии А.Н. Крылова. М.: Наука. 1989. — 687 с.
Люди русской науки // Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники. (Математика. Механика. Астрономия. Физика. Химия). Сборник статей под ред. И.В. Кузнецова. М.: Физматлит, 1961. 600 с.
Новоселов В.С., Королев В.С. Аналитическая механика управляемой системы. СПб.: Изд. СПбГУ, 2005. 298 с.
Новоселов В.С. Квантовая механика и статистическая физика. СПб.: Изд. ВВМ, 2012. 182 с.
Поляхова Е.Н. Классическая небесная механика в работах Петербургской школы математики и механики в XIX веке. СПб.: Изд. Нестор-История, 2012. 140 с.
Поляхова Е.Н., Королев В.С., Холшевников К.В. Переводы трудов классиков науки академиком А.Н. Крыловым. «Естественные и математические науки в современном мире» № 2(26). Новосибирск: Изд. СибАК, 2015. С. 108—128.
Пуанкаре А. О науке. Пер. с фр. под ред. Л.С. Понтрягина. М.: Наука, 1990. 736 с.
Тюлина И.А., Чиненова В.Н. История механики сквозь призму развития идей, принципов и гипотез. М.: URSS (Либроком), 2012. 252 с.

sibac.info

ученые механики | Социальная сеть работников образования

Слайд 1

УЧЁНЫЕ МЕХАНИКИ Выполнил ученик 7 класса МБОУ «Копановская ООШ» Серёжников Александр

Слайд 2

Исаак Ньютон Исаак Ньютон-основоположник современного математического естествознания. Его метод состоял в формулировке аксиом подтверждающихся экспрементальными данными и практикой. Обобщив результаты, полученные его предшествениками, и собственные исследования, Ньютон создал единую систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Ньютон сформулировал аксиомы динамики, вывел закон сохранения количества движения. Он первым выдвинул гипотезу двоинственной природы света и установил переодичность света. Он создал огромный труд «математические начала натуральной философии.

Слайд 3

ЛЕОНАРД ЭЙЛЕР Он разработал кинематику и динамику твёрдого тела и положил начало теории гироскопа. Обширный цикл работ он посвятил задачам математической физики и внёс ценный вклад в сопротивление предметов. Эйлер заложил основы нескольких математических дисцыплин, которые измелись только в зачаточном виде или вовсе отсудствовали в исчеслении бесконечно.

Слайд 4

ЖОЗЕФ ЛАГРАНЖ Основоположник аналитической механики в котором он сформулировал принцып виртуальных перемещений и общее уравнение динамики. Наряду с Эйлером, Лагранж является создателем вариационного исчесления.

Слайд 5

ПЬЕР ЛАПЛАС Он внёс фундаментальный вклад в развитие небесной механики. Он разработал динамическую теорию приливов и определил величину сжатия Земли у полюсов. Лаплас создал математическую теорию вероятности. Лаплас был приверженцем абсолютного детерлинизма.

Слайд 6

ОГЮСТЕН КОШИ Он был основоположником современной механики сплошной среды, создатель математической теории упругости. Создал теорию напряжений и деформаций в сплошной среде. Он систематически развил теорию сходящихся рядов, теорию аналитических функций, теорию вычетов.

Слайд 7

ДАНИИЛ БЕРНУЛЛИ Интересовался научными дисциплинами- физиологией, ботаникой, анатомией. В своём классическом труде «гидродинамика» он вывел основное уравнение стационарного движения. Даниил Бернулли первым выступил с утверждением, что причиной давления газа является тепловое движение молекул. Он ввёл понятия гармонического колебания. Он применил анализ к задачам теории вероятности и развил математическую статистику.

Слайд 8

КЛОД НАВЬЕ Он один из основоположников теории упругости. Первый курс издания лекций Навье было по сопротивлению материалов. В книге Навье было дано решение задачи, определения напряжений и прогибов, а также исследован изгиб кривых стержней. По видимому им было открыто явление ползучести материалов.

Слайд 9

ИМЕОН ПУАСОН Он обобщил уравнение Навье- Стокса. Решил ряд задач теории упругости и обобщил уравнение теории упругости на анизатропные тела. Он иследовал устойчивость движения Земли вокруг её центра тяжести.

Слайд 10

ДЖОРДЖ ГРИН Он не получил образования, но опыт применения математического анализа к теориям электричества и магнетизма развил. Значение работ Грина для основ теории упругости можно сравнить только с открытием Навье основных уравнений. Он ввёл понятия упругого потенциала, вывел зависимость между деформациями и напряжениями для анизатропного тела.

Слайд 11

МИХАИЛ ОСТРОГРАДСКИЙ Ему принадлежат фундаментальные результаты связанные с развитием принципа возможных перемещений, вариационных принципов механики, а также с построением общей теории удара. Он ввёл понятие сопряжённого дифференциального оператора, доказал ортогональность его собственных функций, установил принцип разложимости функций.

Слайд 12

АДЕКАР ДЕ СЕН-ВЕНАН Основные труды Сен- Венана относятся к теории упругости. Он сформулировал принцип смягчения граничных условий, построил общую теорию кручения и изгиба призматических стержней. Сен- Венан один из основоположников теории пластичности.

Слайд 13

УИЛЬЯМ ТОМСОН Он начал существования упругости потенциала Грина. Он занимался различными вопросами гидродинамики приливов. Он исследовал теории теплоты, предложил абсолютную шкалу температур, дал формулировки второго начала термодинамики и ввёл понятие рассеяная энергия. Он разработал теорию электромагнитных колебаний и ввёл формулу зависемости периода колебаний.

Слайд 14

ДЖОН РЕЛЕЙ Один из основоположников современной математической теории колебаний. Релей сформулировал ряд фундаментальных теорем линейной теории колебаний. Релей ввёл понятия обобщённых координат и обобщённых сил. Релей вывел один из законов излучения абсолютно чёрного тела- закон Релея- Джинса.

Слайд 15

НИКОЛАЙ ЖУКОВСКИЙ Работал в области аэродинамики. Он разработал вихревую теорию воздушного винта. Изучил связь между основными уравнениями движения материальной точки и равновесия гибкой нити, исследовал устойчивость элементов конструкций самолётов, колебания паровоза на рессорах, прочность велосипедного колеса, распространение давления на нарезках винта и гайки.

Слайд 16

АЛЕКСАНДР ЛЯПУНОВ Основные его работы были посвящены теории устойчивости равновесия и движение механических систем. Он работал в теории устойчивости. В теории фигур равновесия равномерно вращающейся жидкости Ляпунов впервые доказал существование фигур равновесия. В математической физике Ляпунов решил ряд важных задач.

nsportal.ru

Самые известные физики мира | VivaReit

Одной из основополагающих наук нашей планеты является физика и ее законы. Ежедневно мы пользуемся благами ученых физиков, которые уже много лет работают для того чтобы жизнь людей становилась комфортнее и лучше. Существование всего человечества построено на законах физики, хотя мы об этом и не задумываемся. Благодаря кому у нас в домах горит свет, мы можем летать на самолетах по небу и плавать по бескрайним морям и океанам. Об ученых посветивших себя науке мы и поговорим. Кто же самые известные физики, чьи работы изменили нашу жизнь навсегда. Великих физиков огромное множество в истории человечества. О семи из них мы и расскажем.

Альберт Эйнштейн (Швейцария) (1879-1955)

Альберт Эйнштейн один из величайших физиков человечества родился 14 марта 1879 года в немецком городе Ульм. Великого физика-теоретика можно назвать человеком мира, ему пришлось жить в тяжелое время для всего человечества во время двух мировых войн и часто переезжать из одной страны в другую.

Эйнштейн написал больше 350 работ по физике. Является создателем специальной (1905) и общей теории относительности(1916), принципа эквивалентности массы и энергии(1905). Разработал множество научных теорий: квантового фотоэффекта и квантовой теплоемкости. Вместе с Планком, разработал основы квантовой теории, представляющие основой современной физике. Эйнштейн имеет большое количество премий за свои труды в области науки. Венцом всех наград выступает Нобелевская премия, по физике полученная Альбертом в 1921 году.

Никола Тесла (Сербия) (1856-1943)

Родился известный физик-изобретатель в небольшой деревушке Смилян 10июля 1856 года. Работы Теслы намного опередили время, в которое жил ученый. Николу называют отцом современного электричества. Он сделал множество открытий, и изобретений получив более 300 патентов на свои творения во всех странах, где работал. Никола Тесла был не только физиком теоретиком, но и блестящим инженером, создававшим и испытывавшим свои изобретения.

Тесла открыл переменный ток, беспроводную передачу энергии, электричества, его работы привели к открытию рентгена, создал машину, которая вызывала колебания поверхности земли. Никола предсказывал наступление эры роботов, способных выполнять любую работу. Из-за своей экстравагантной манеры поведения не снискал признания при жизни, но без его работ сложно представить повседневную жизнь современного человека.

Исаак Ньютон (Англия) (1643-1727)

Один из отцов классической физики появился на свет 4 января 1643 года в городке Вулсторп в Великобритании. Являлся сначала участником, а впоследствии главой королевского общества Великобритании. Исаак сформировал и доказал главные законы механики. Обосновал движение планет Солнечной системы вокруг Солнца, а также наступление приливов и отливов. Ньютон создал фундамент для современной физической оптики. Из огромного списка работ великого ученого, физика, математика и астронома выделяются две работы одна из которых была написана в 1687 году и «Оптика» вышедшая из под пера в 1704 году. Верхом его работ является известный даже десятилетнему малышу закон всемирного тяготения.

Стивен Хокинг (Англия)

Самый известный физик современности появился на нашей планете 8 января 1942 года в Оксфорде. Образование Стивен Хокинг получал в Оксфорде и Кембридже, где и преподавал в дальнейшем, также работал в Канадском Институте теоретической физики. Главные работы его жизни связаны с квантовой гравитацией и космологией.

Хокинг исследовал теорию возникновения мира вследствие Большого взрыва. Разработал теорию исчезновения черных дыр, вследствие явления получившего в его честь название-излучение Хокинга. Считается основоположником квантовой космологии. Член старейшего научного общества, в которое входил еще Ньютон, Лондонского королевского общества на протяжении долгих лет, вступив в него в 1974 году, и считается одним из самых молодых членов принятых в общество. Всеми силами приобщает к науке современников с помощью своих книг и участвуя в телепередачах.

Мария Кюри-Склодовская(Польша, Франция)(1867-1934)

Самая известная женщина физик появилась на свет 7 ноября 1867 года в Польше. Окончила престижный университет Сорбонна, в котором изучала физику и химию, а впоследствии стала первой женщиной-преподователем в истории своей Альма-матер. Вместе со своим мужем Пьером и известным физиком Антуаном Анри Беккерелем изучали взаимодействие солей урана и солнечного света, вследствие экспериментов получили новое излучение, которое было названо радиоактивностью. За это открытие вместе со своими коллегами получила Нобелевскую премию по физике 1903 года. Мария состояла во множестве научных обществ по всему земному шару. Навсегда вошла в историю как первый человек, удостоившийся Нобелевской премии, по двум номинациям химии в 1911и физике.

Вильгельм Конрад Рентген(Германия) (1845-1923)

Рентген впервые увидел наш мир городе Леннеп, в Германии 27 марта 1845 года. Преподавал в Вюрцбургском университете, где 8 ноября 1985 года и сделал открытие, которое изменила жизнь всего человечества навсегда. Ему удалось открыть икс-излучение, впоследствии получившее название в честь ученого — рентгеновское. Его открытие стало толчком к появлению целого ряда новых течений в науке. Вильгельм Конрад вошел в история как первый обладатель Нобелевской премии по физике.

Андрей Дмитриевич Сахаров (СССР, Россия)

21 мая 1921 года родился будущий создатель водородной бомбы.Сахаров написал немало научных работ на тему элементарных частиц и космологии, по магнитной гидродинамике и астрофизике. Но главным его достижением является создание водородной бомбы. Сахаров был гениальным физиком в истории не только огромной страны СССР, но и мира.

vivareit.ru

хронология, ученые-физики и их открытия

Хотя история физики как самостоятельной науки началась только в XVII веке, ее истоки относятся к самой глубокой древности, когда люди начали систематизировать первые свои знания об окружающем их мире. До Нового времени они относились к натуральной философии и включали в себя сведения о механике, астрономии и физиологии. Настоящая же история физики началась благодаря опытам Галилея и его учеников. Также фундамент этой дисциплины был заложен Ньютоном.

В XVIII и XIX столетии появились ключевые понятия: энергия, масса, атомы, импульс и т. д. В XX веке стала ясной ограниченность классической физики (помимо нее, зародилась квантовая физика, теория относительности, теория микрочастиц и т. д.). Естественнонаучные знания дополняются и сегодня, так как перед исследователями остается множество нерешенных проблем и вопросов о природе нашего мира и всей вселенной.

Древность

Многие языческие религии Древнего мира основывались на астрологии и знаниях звездочетов. Благодаря их исследованиям ночного неба произошло становление оптики. Накопление астрономических знаний не могло не повлиять на развитие математики. Однако теоретически объяснить причины природных явлений древние не могли. Жрецы приписывали молнии и солнечные затмения божественному гневу, что не имело ничего общего с наукой.

В то же время в Древнем Египте научились измерять длину, вес и угол. Эти знания были необходимы архитекторам при строительстве монументальных пирамид и храмов. Развивалась прикладная механика. Сильны в ней были и вавилоняне. Они же, основываясь на своих астрономических знаниях, стали использовать сутки для измерения времени.

Древнекитайская история физики началась в VII веке до н. э. Накопленный опыт в ремеслах и строительстве был подвергнут научному анализу, результаты которого были изложены в философских сочинениях. Самым известным их автором считается Мо-цзы, живший в IV столетии до н. э. Он предпринял первую попытку сформулировать основополагающий закон инерции. Уже тогда китайцы первыми изобрели компас. Они открыли законы геометрической оптики и знали о существовании камеры-обскуры. В Поднебесной появились зачатки теории музыки и акустики, о которых еще долгое время не подозревали на Западе.

Античность

Античная история физики больше всего известна благодаря греческим философам. Их исследования основывались на геометрических и алгебраических познаниях. Например, пифагорейцы первыми объявили о том, что природа подчиняется универсальным законам математики. Эту закономерность греки видели в оптике, астрономии, музыке, механике и других дисциплинах.

История развития физики с трудом представляется без трудов Аристотеля, Платона, Архимеда, Лукреция Кара и Герона. Их сочинения сохранились до наших времен в достаточно целостном виде. Греческие философы отличались от современников из других стран тем, что они объясняли физические законы не мифическими понятиями, а строго с научной точки зрения. В то же время у эллинов случались и крупные ошибки. К ним можно отнести механику Аристотеля. История развития физики как науки многим обязана мыслителям Эллады уже хотя бы тем, что их натурфилософия оставалась основой международной науки до XVII столетия.

Вклад александрийских греков

Демокрит сформулировал теорию атомов, согласно которой все тела состоят из неделимых и крохотных частиц. Эмпедокл предложил закон сохранения материи. Архимед заложил основы гидростатики и механики, изложив теорию рычага и подсчитав величину выталкивающей силы жидкости. Он же стал автором термина «центр тяжести».

Александрийский грек Герон считается одним из величайших инженеров в человеческой истории. Он создал паровую турбину, обобщил знания об упругости воздуха и сжимаемости газов. История развития физики и оптики продолжилась благодаря Евклиду, исследовавшему теорию зеркал и законы перспективы.

Средневековье

После падения Римской империи настал крах античной цивилизации. Многие знания были преданы забвению. Европа почти на тысячу лет остановилась в своем научном развитии. Храмами знаний стали христианские монастыри, которым удалось сохранить некоторые сочинения прошлого. Однако прогресс тормозила сама церковь. Она подчинила философию богословской доктрине. Мыслители, пытавшиеся выйти за ее пределы объявлялись еретиками и жестоко наказывались инквизицией.

На этом фоне первенство в естественных науках перешло к мусульманам. История возникновения физики у арабов связана с переводом на их язык трудов античных греческих ученых. На их основе мыслители востока сделали несколько собственных важных открытий. К примеру, изобретатель Аль-Джазири описал первый коленчатый вал.

Европейский застой продлился вплоть до Ренессанса. За Средние века в Старом Свете изобрели очки и объяснили возникновение радуги. Немецкий философ XV века Николай Кузанский первым предположил, что Вселенная бесконечна, и тем самым далеко опередил свое время. Через несколько десятилетий Леонардо да Винчи стал первооткрывателем явления капиллярности и закона трения. Также он пытался создать вечный двигатель, но не справившись с этой задачей, начал теоретически доказывать неосуществимость подобного проекта.

Ренессанс

В 1543 году польский астроном Николай Коперник опубликовал главный труд всей своей жизни «О вращении небесных тел». В этой книге впервые в христианском Старом Свете была произведена попытка защитить гелиоцентрическую модель мира, согласно которой Земля крутится вокруг Солнца, а не наоборот, как предполагала принятая церковью геоцентрическая модель Птолемея. Многие ученые физики и их открытия претендуют на звание великих, однако именно появление книги «О вращении небесных тел» считается началом научной революции, за которой последовало возникновение не только современной физики, но и современной науки в целом.

Другой знаменитый ученый Нового времени Галилео Галилей больше всего прославился изобретением телескопа (также ему принадлежит изобретение термометра). Кроме того, он сформулировал закон инерции и принцип относительности. Благодаря открытиям Галилея зародилась совершенно новая механика. Без него история изучения физики застопорилась бы еще на долгое время. Галилею, как и многим его широко мыслившим современникам, пришлось сопротивляться давлению церкви, из последних сил пытавшейся защитить старый порядок.

XVII столетие

Набравший ход рост интереса к науке продолжился и в XVII веке. Немецкий механик и математик Иоганн Кеплер стал первооткрывателем законов движения планет в Солнечной системе (законов Кеплера). Свои взгляды он изложил в книге «Новая астрономия», изданной в 1609 году. Кеплер оппонировал Птолемею, заключив, что планеты движутся по эллипсам, а не по окружностям, как считалось еще в античности. Этот же ученый внес значительный вклад в развитие оптики. Он исследовал дальнозоркость и близорукость, выяснив физиологические функции хрусталика глаза. Кеплер ввел понятия оптической оси и фокуса, сформулировал теорию линз.

Француз Рене Декарт создал новую научную дисциплину – аналитическую геометрию. Также он предложил закон преломления света. Главным трудом Декарта стала книга «Начала философии», изданная в 1644 году.

Немногие ученые-физики и их открытия известны так, как англичанин Исаак Ньютон. В 1687 году он написал революционную книгу «Математические начала натуральной философии». В ней исследователь изложил закон всемирного тяготения и три закона механики (также ставшие известными как законы Ньютона). Этот ученый работал над теорией цвета, оптикой, интегральными и дифференциальными исчислениями. История физики, история законов механики – все это тесно связано с открытиями Ньютона.

Новые рубежи

XVIII век подарил науке множество выдающихся имен. Особенно выделяется среди них Леонард Эйлер. Этот швейцарский механик и математик написал более 800 работ по физике и таким разделам, как математический анализ, небесная механика, оптика, теория музыки, баллистика и т. д. Петербургская академия наук признала его своим академиком, из-за чего Эйлер значительную часть жизни провел в России. Именно этот исследователь положил начало аналитической механике.

Интересно что история предмета физика сложилась такой, какой мы ее знаем, благодаря не только профессиональным ученым, но и исследователям-любителям, гораздо больше известным в совершенно другом качестве. Самым ярким примером такого самоучки стал американский политик Бенджамин Франклин. Он изобрел громоотвод, внес большой вклад в изучение электричества и сделал предположение о его связи с явлением магнетизма.

В конце XVIII столетия итальянец Алессандро Вольта создал «вольтов столб». Его изобретение стало первой электрической батарей в истории человечества. Этот век также ознаменовался появлением ртутного термометра, создателем которого был Габриэль Фаренгейт. Другим важным событием изобретательства оказалось изобретение паровой машины, произошедшее в 1784 году. Оно породило новые средства производства и перестройку промышленности.

Прикладные открытия

Если история начала физики развивалась исходя из того, что наука должна была объяснить причину природных явлений, то в XIX веке ситуация значительно изменилась. Теперь у нее появилось новое призвание. От физики стали требовать управления природными силами. В связи с этим стала ускоренно развиваться не только экспериментальная, но и прикладная физика. «Ньютон электричества» Андре-Мари Ампер ввел новое понятие электрического тока. В этой же области работал Майкл Фарадей. Он открыл явление электромагнитной индукции, законы электролиза, диамагнетизм и стал автором таких терминов, как анод, катод, диэлектрик, электролит, парамагнетизм, диамагнетизм и т. д.

Сложились новые разделы науки. Термодинамика, теория упругости, статистическая механика, статистическая физика, радиофизика, теория упругости, сейсмология, метеорология – все они формировали единую современную картину мира.

В XIX столетии возникли новые научные модели и понятия. Томас Юнг обосновал закон сохранения энергии, Джеймс Клерк Максвелл предложил собственную электромагнитную теорию. Русский химик Дмитрий Менделеев стал автором значительно повлиявшей на всю физику периодической системы элементов. Во второй половине века появилась электротехника и двигатель внутреннего сгорания. Они стали плодами прикладной физики, ориентированной на решение определенных технологических задач.

Переосмысление науки

В XX веке история физики, кратко говоря, перешла к тому этапу, когда наступил кризис уже устоявшихся классических теоретических моделей. Старые научные формулы начали противоречить новым данным. К примеру, исследователи выяснили, что скорость света не зависит от, казалось бы, незыблемой системы отсчета. На рубеже столетий были открыты требовавшие подробного объяснения явления: электроны, радиоактивность, рентгеновские лучи.

Вследствие накопившихся загадок произошел пересмотр старой классической физики. Ключевым событием в этой очередной научной революции стало обоснование теории относительности. Ее автором был Альберт Эйнштейн, впервые поведывавший миру о глубинной связи пространства и времени. Возник новый раздел теоретической физики – квантовая физика. В ее становлении приняли участие сразу несколько ученых с мировым именем: Макс Планк, Макс Бон, Эрвин Шредингер, Пауль Эренфест и другие.

Современные вызовы

Во второй половине XX века история развития физики, хронология которой продолжается и сегодня, перешла на принципиально новый этап. Этот период ознаменовался расцветом исследования космоса. Небывалый скачок сделала астрофизика. Появились космические телескопы, межпланетные зонды, детекторы внеземных излучений. Началось детальное изучение физических данных различных тел Солнечной планеты. С помощью современной техники ученые обнаружили экзопланеты и новые светила, в том числе радиогалактики, пульсары и квазары.

Космос продолжает таить в себе множество неразгаданных загадок. Изучаются гравитационные волны, темная энергия, темная материя, ускорение расширения Вселенной и ее структура. Дополняется теория Большого взрыва. Данные, которые можно получить в земных условиях, несоизмеримо малы по сравнению с тем, сколько работы у ученых есть в космосе.

Ключевые проблемы, стоящие перед физиками сегодня, включают в себя несколько фундаментальных вызовов: разработку квантового варианта гравитационной теории, обобщение квантовой механики, объединение в одну теорию всех известных сил взаимодействия, поиск «тонкой настройки Вселенной», а также точное определение явления темной энергии и темной материи.

fb.ru

Самые известные ученые-физики и их вклад в науку

Физика является одной из фундаментальных наук, которая позволяет людям узнавать больше об основополагающих законах планеты Земля. Каждый день люди не замечают, как пользуются теми благами, которые стали возможными благодаря труду многочисленных ученых. Если бы не их самоотверженная работа, человек не смог бы летать в самолете, пересекать на огромных лайнерах океаны и даже просто включить электрический чайник. Все эти самоотверженные исследователи сделали облик мира таким, каким его видят современные люди.

Открытия Галилея

Ученый-физик Галилей – один из самых известных. Он является физиком, астрономом, математиком и механиком. Именно он впервые изобрел телескоп. С помощью этого невиданного для того времени аппарата можно было наблюдать за далекими небесными телами. Галилео Галилей является основателем экспериментального направления в физической науке. Первые открытия, которые Галилей совершил с телескопом, увидели свет в его сочинении «Звездный вестник». Эта книга имела воистину сенсационный успех. Так как идеи Галилея во многом противоречили Библии, долгое время его преследовала инквизиция.

Биография и открытия Ньютона

Великим ученым, который совершил открытия во множестве областей, является также Исаак Ньютон. Самое известное из его открытий – это закон всемирного тяготения. Кроме этого, ученый-физик объяснил множество природных явлений на основе механики, а также описал особенности движения планет вокруг Солнца, Луны и Земли. Ньютон родился 4 января 1643 года в английском городке Вулсторпе.

Окончив школу, он поступил в колледж при Кембриджском университете. Ученые-физики, которые преподавали в колледже, оказали на Ньютона большое влияние. Вдохновившись примером преподавателей, Ньютон сделал несколько своих первых открытий. Главным образом они касались сферы математики. Далее Ньютон начинает проводить опыты по разложению света. В 1668 году он получает степень магистра. В 1687 году была опубликована первая серьезная научная работа Ньютона – «Начала». В 1705 году ученому было присвоено звание рыцаря, и правившая в ту эпоху английская королева Анна лично отблагодарила Ньютона за его исследования.

Женщина-физик: Мария Кюри-Склодовская

Ученые-физики всего мира до сих пор пользуются в своей работе и достижениями Марии Кюри-Склодовской. Она является единственным физиком-женщиной, которая два раза была номинирована на Нобелевскую премию. Мария Кюри родилась 7 ноября 1867 года в Варшаве. В детстве в семье девочки случилась трагедия – погибла мать и одна из сестер. Во время обучения в школе Мария Кюри отличалась прилежностью и интересом к науке.

В 1890 году Мария Кюри переехала к старшей сестре в Париж, где поступила в Сорбонну. Тогда же она познакомилась и со своим будущим супругом – Пьером Кюри. В результате многолетних научных исследований супруги открыли два новых радиоактивных элемента – радий и полоний. Незадолго до начала войны на территории Франции был открыт радиевый институт, где Мария Кюри занимала должность директора. В 1920 году она выпустила книгу под названием «Радиология и война», в которой был обобщен ее научный опыт.

Альберт Эйнштейн: один из величайших умов планеты

Ученые-физики всей планеты знают имя Альберта Эйнштейна. Его авторству принадлежит теория относительности. Современная физика во многом опирается на взгляды Эйнштейна, несмотря на то что не все современные ученые согласны с его открытиями. Эйнштейн был лауреатом Нобелевской премии. В течение своей жизни он написал порядка 300 научных работ, касающихся физики, а также 150 работ об истории и философии науки. До 12 лет Эйнштейн был очень религиозным ребенком, так как образование он получал в католической школе. После того, как маленький Альберт прочитал несколько научных книг, он пришел к выводу: не все положения в Библии могут быть правдивыми.

Многие считают, что Эйнштейн был гениален с самого детства. Это далеко не так. Будучи школьником, Эйнштейн считался весьма слабым учеником. Хотя уже тогда его интересовала математика, физика, а также философские труды Канта. В 1896 году Эйнштейн поступил на педагогический факультет в Цюрихе, где также познакомился со своей будущей супругой – Милевой Марич. В 1905 году Эйнштейном были опубликованы некоторые статьи, которые, однако, некоторые ученые-физики подвергли критике. В 1933 году Эйнштейн навсегда переезжает в США.

Другие исследователи

Но есть и другие известные фамилии ученых-физиков, которые сделали не менее значительные открытия в своей области. Это и В. К. Рентген, и А. Д. Сахаров, С. Хокинг, Н. Тесла, Л. Л. Ландау, Н. Бор, М. Планк, Э. Ферми, Э. Резерфорд, М. Фарадей, А. А. Беккерель и многие другие. Их вклад в физическую науку не менее важен.

fb.ru

1.1. Физические основы механики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)

___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 201000 Биотехнические системы и технологии

Профиль подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы и технологии.

Направление подготовки: 210400 Радиотехника

Профили подготовки: 1. Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов.

2.Аудиовизуальная техника.

3.Бытовая радиоэлектронная аппаратура.

4.Радиоэлектронные системы.

5.Радиофизика.

Квалификация выпускника: бакалавр Форма обучения: очная

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Физика, 1 семестр

Москва

2012

НИУ «МЭИ»

1. Механика и молекулярная физика ЛЕКЦИЯ 1

1.1.1. Предмет физики. Понятие механики. Модели в механике

Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, и законы её движения.

Главная цель любой науки, в том числе и физики, рассматривается обычно как приведение в систему представлений о сложных явлениях, регистрируемых нашими органами чувств, т.е. упорядочение того, что мы называем «окружающим нас миром».

Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами посредством ощущений, представляет собой материю. Материя – это объективная реальность, данная нам в ощущениях.

Неотъемлемым свойством материи и формой её существования является движение – это в широком смысле слова всевозможные изменения материи – от простого перемещения до сложнейших процессов мышления.

Дать строгое определение предмета физики довольно сложно, потому что границы между физикой и рядом смежных дисциплин условные.

Академик А.Ф. Иоффе (1880–1960),российский физик, определил физику как науку, изучающую общие свойства и законы движения вещества и поля. В настоящее время общепринято, что все взаимодействия осуществляются посредством полей.

Поле, наряду с веществом, является одной из форм существования материи. Неразрывная связь поля и вещества, а также различие в их свойствах будут рассмотрены нами по мере изучения курса физики.

Теория и эксперимент в физике

В курсе физики мы часто будем использовать понятия: эксперимент,гипотеза,теория,

модель, закон.

Каждая наука определяется не только предметом изучения, но и специфическими методами, которые она применяет. Основным методом исследования в физике является опыт – наблюдение исследуемых явлений в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явлений, многократно воспроизводить его при повторении этих условий.

Наиболее широко в науке используется индуктивный метод, заключающийся в накоплениифактов и последующем их обобщении для выявления общей закономерности

– гипотезы. На следующем этапе познания ставят специальные эксперименты для проверки гипотезы. Если результаты эксперимента не противоречат гипотезе, то последняя получает статустеории.

Великие научные теории, как творческие достижения, можно сравнить с великими творениями литературы и искусства. Однако, наука всё же существенно отличается от других видов творческой деятельности человека, и основное отличие состоит в том, что наука требует проверки своих понятий или теорий – её предсказания должны подтверждаться эксперимент.

Пытаясь понять и объяснить определенный класс явлений, ученые часто прибегают к использованию модели. При этом под моделью понимают некоторый мысленный образ явления, опирающийся на уже известные понятия и позволяющий построить полезную аналогию.

Эйнштейн Альберт (1879–1955)– выдающийсяфизик-теоретик,один из основателей современной физики, создатель специальной и общей теории относительности, коренным образом изменивших представления о пространстве, времени и материи. Исходя из своей теории, открыл в 1905 г. закон взаимосвязи массы и энергии.

Под влиянием СТО Эйнштейна существенно изменилось наше представление о пространстве и времени. Более того, мы пришли к пониманию взаимосвязи массы и энергии (на основе знаменитого соотношения). Таким образом, теория относительности резко изменила наши взгляды на природу физического мира.

Примером может служить волновая модель света. Световые волны нельзя наблюдать подобно тому, как мы видим волны на воде, однако результаты опытов со светом указывают на его большое сходство с волнами на воде. Другой пример – модель атома, которую много раз строили и усовершенствовали.

Модельное представление всегда строится на основе какого-либозакона.Законом называют некоторые краткие, но достаточно общие утверждения относительно характера явлений природы (таково, например, утверждение о сохранении импульса). Иногда подобные утверждения принимают форму определенных соотношений между величинами, описывающими явления, например закон всемирного тяготения Ньютона, согласно которому:

(1.1.1)

Для того чтобы называться законом, утверждение должно выдержать экспериментальную проверку в широком классе наблюдаемых явлений. Т.е. закон представляет объединяющее начало для многих наблюдений. Это ведущий принцип, который высвечивает закономерности явлений природы.

Таков путь развития знания. Однако известны случаи, когда путь открытия был противоположным описанному. Это так называемый дедуктивный метод, когда на основе общих закономерностей выделяются частные явления. Так, на основе закона всемирного тяготения, Лаверье в 1848 г. открыл планету Нептун, а Тамбо в 1930 г. – Плутон.

Механика – часть физики, которая изучает закономерности механического движения и причины, вызывающие или изменяющие это движение.

Механическое движение – это изменение с течением времени взаимного расположения тел или их частей.

Механика вообще подразделяется на три части: статику, кинематику и динамику.

Кинематика (от греческого слова kinema – движение) – раздел механики, в котором изучаются геометрические свойства движения тел без учета их массы и действующих на них сил.

Динамика (от греческого dynamis – сила) изучает движения тел в связи с теми причинами, которые обусловливают это движение.

Статика (от греческого statike – равновесие) изучает условия равновесия тел. Поскольку равновесие есть частный случай движения, законы статики являются естественным следствием законов динамики и в данном курсе не изучаются.

Без знаний механики невозможно представить себе развитие современного машиностроения. Развитие механики, как науки, начиналось с III в. до н.э., когда древнегреческий ученый Архимед (287–312до н.э.) сформулировал закон рычага и законы равновесия плавающих тел. Основные законы механики установлены итальянским физиком и астрономом Г. Галилеем(1564–1642)и окончательно сформулированы английским физиком И. Ньютоном(1643–1727).

Механика Галилея и Ньютона называется классической, т.к. она рассматривает движение макроскопических тел со скоростями значительно меньшими, чем скорость света в вакууме.

Для описания движения тел в зависимости от условий задачи используют различные физические модели. Чаще других используют понятия абсолютно твердого тела и материальной точки.

Движение тел происходит под действием сил. Под действием внешних сил тела могут деформироваться, т.е. изменять свои размеры и форму.

Тело, деформацией которого можно пренебречь в условиях данной задачи, называют абсолютно твердым телом (хотя абсолютно твердых тел в природе не существует).

Тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь, называется

материальной точкой.

Можно ли данное тело рассматривать как материальную точку или нет, зависит не от размеров тела, а от условия задачи (например, наше огромное Солнце тоже материальная точка в Солнечной системе).

1.1.2. Кинематика материальной точки. Система отсчета, тело отсчета

Всякое движение относительно, поэтому для описания движения необходимо условиться, относительно какого другого тела будет отсчитываться перемещение данного тела. Выбранное для этой цели тело называют телом отсчета.

Для описания движения практически приходится связывать с телом систему отсчета координат (декартова, сферическая и т.д.).

Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом, относительно которого изучается движение.

Движения тела, как и материи, вообще не может быть вне времени и пространства. Материя, пространство и время неразрывно связаны между собой (нет пространства без материи и времени, и наоборот).

Пространство трехмерно, поэтому «естественной» системой координат является декартова прямоугольная система координат, которой мы, в основном, и будем пользоваться.

В декартовой системе координат, используемой наиболее часто, положение точки А в данный момент времени по отношению к этой системе характеризуется тремя координатами x, y, z илирадиус-вектором ,проведенным из начала координат в данную точку (рис.1.1.1).

Рис. 1.1.1

При движении материальной точки её координаты с течением времени изменяются. В общем случае её движение определяется скалярными уравнениями:

x =x (t),y =y (t),z =z (t).

(1.1.2)

Эти уравнения эквивалентны векторному уравнению

r =r(t) =x i +y j +z k

(1.1.3)

где х,у,z – проекциирадиус-векторана оси координат;i,j,k – единичные векторы (орты), направленные по соответствующим осям.

Уравнения (1.1.2) и (1.1.3) называются кинематическими уравнениями движения

материальной точки.

Число независимых координат, полностью определяющих положение точки в пространстве, называется числом степеней свободы.

Если материальная точка движется в пространстве, то она имеет три степени свободы (координаты х,у,z). Если она движется на плоскости – две степени свободы. Если вдоль линии – одна степень свободы.

studfiles.net

ВЫДАЮЩИЕСЯ УЧЕНЫЕ-ФИЗИКИ — МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ ФИЗИКА КАК ЕСТЕСТВЕННАЯ НАУКА — Учебник Физика 7 класс — Бойко Н.П.

Раздел 1 ФИЗИКА КАК ЕСТЕСТВЕННАЯ НАУКА

МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

§ 11. ВЫДАЮЩИЕСЯ УЧЕНЫЕ-ФИЗИКИ

Понять строение окружающего мира люди пытались очень давно. Древнегреческие ученые Philolaus, Аристарх Самосський, Клавдий Птолемей предложили первые модели строения Вселенной. Названия таких наук, как математика, механика, физика, биология, география, научные понятия — атом, масса, электрон, протон берут начало от древней греческой науки и связаны с именами Фалеса, Демокрита, Эпикура, Аристотеля, Пифагора, Евклида и других ученых. Они стремились объяснить явления природы, не ссылаясь на таинственные силы. “Найти одно научное доказательство для меня значит больше, чем овладеть всем персидским царством” — говорил Демокрит, с именем которого связана идея атомного строения вещества.

Значительным в развитии физики был вклад Архимеда (382— 322 гг. к н. е.). До сих пор в физике и технике пользуются установленным им законом плавание тел, правилом равновесия рычага и “золотым” правилом механики. Однако Архимед был не только ученым. Он изобрел и усовершенствовал много технических устройств. Так, для отпора нападения врагов на свой родной город Сиракузы Архимед сконструировал военные машины.

Демокрит Архимед

Леонардо да Винчи Галилео Галилей

Известный итальянский художник Леонардо да Винчи (1452— 1519 гг.) был талантливым ученым и конструктором. Он исследовал падение тел, сложения сил, вопросы гидравлики, разработал первые проекты парашюта и летательного аппарата. Особое внимание Леонардо да Винчи уделял опыта как метода познания. Однако высоко он ценил и теоретические знания.

Большинство открытий в области физики до середины второго тысячелетия касались механических явлений, поскольку механическое движение — самая доступная для наблюдения форма движения материи. Для людей в то время механические явления приобретали первостепенное значение.

Исаак Ньютон, Михаил Ломоносов

Науку, которая изучала движение материальных тел и их взаимодействие, назвали механикой (с греческого механика — это искусство создавать машины). Развитие учения о механических явлениях и выделение механики как науки связаны с именами Галилео Галилея, Исаака Ньютона, Рене Декарта, Христиана Гюйгенса и многих других ученых.

Г. Галилей — один из первых, кто обратился к физическому опыту, и первый, кто соединил физику с математикой.

Весомым в становление механики как науки был вклад. Ньютона (1643-1727 гг). Сформулированные им законы движения и взаимодействия тел, закон всемирного тяготения стали основой для создания первой физической теории — классической механики. И поныне механикой Ньютона пользуются для расчета движений различных тел, в частности планет и искусственных спутников Земли. Также значительным является вклад. Ньютона в изучение световых явлений. На надгробии его могилы высечены слова: “Здесь покоится вечным сном сэр Исаак Ньютон, дворянин, прилежный, мудрый и верный толкователь природы, который почти божественным разумом первым вывел с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого”.

Джеймс Джоуль Майкл Фарадей

Успехи механики дали толчок для развития других отраслей физики. Михаил Васильевич Ломоносов (1711 -1765 гг.) выдвинул идею зависимости температуры тела от скорости движения корпускул (молекул) и с ее помощью объяснил процессы нагревания и охлаждения тел.

Большое значение для развития физической теории имели открытия Джеймса Джоуля, Роберта Майера и Германа Гельмгольца. Первый закон термодинамики, открытый ими в разные времена, позволил установить взаимосвязь различных типов движения материи и возможность их взаимного превращения.

Открытый в 1784 г. Шарлем Кулоном (1736 — 1806 гг.) закон взаимодействия электрических зарядов начал развитие теории электрических явлений. В XIX века. благодаря исследованиям Анри Ампера (1775 — 1836 гг), Майкла Фарадея (1791 — 1867 гг.) и других ученых было открыто взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Джеймс Максвелл (1831 — 1879 гг) создал теорию электромагнитного поля, предсказал существование электромагнитных волн. В 1888 г. Генрих Герц (1857 — 1894 гг.) открыл электромагнитные волны и экспериментально доказал правильность теории Д. Максвелла.

Джеймс Максвелл Альберт Эйнштейн

XX ст. ознаменовалось новыми открытиями в области физики. Ученые все глубже познавали природу материи. Предложенная Альбертом Эйнштейном теория относительности дала возможность по-другому посмотреть на движение материи, установить взаимосвязь пространства и времени как форм ее существования. Эрнест Резерфорд и его ученики экспериментально установили наличие у атома положительно заряженного ядра и электронной оболочки, а Нильс Бор предложил первую теорию строения атома. В результате этих исследований человечество получило новый источник энергии — атомную энергию.

Ученые все глубже проникают в микромир, познавая строение вещества и одновременно Вселенной. Исследования, которые проводят в современной физике, требуют все более сложного оборудования, а открытия становятся результатом напряженного коллективного труда ученых.

schooled.ru