Основы современного естествознания, Часть 2, Исаков А.Я.

Основы современного естествознания, Часть 2. В книге приведен исторический обзор основных этапов развития естественнонаучных представлений об окружающем нас Мире в период, так назывемого, классического периода естествознания. Учебное пособие предназначено для студентов дневной и заочной форм образования, изучающих дисциплину «Концепции современного естествознания». Содержание книги составлено на основе многолетнего опыта автора преподавания дисциплины на различных специальностях Камчатского государственного технического университета.

Основы современного естествознания, Часть 2, Исаков А.Я.

Описание учебника

1. Механические принципы устройства Мира
1.1. Открытие основных закономерностей
Грандиозные события, как правило, происходят на стыке различных эпох, когда рождаются неординарные личности, такие как Иоган Кеплер (1571 — 1630), Галилео Галилей (1564 — 1642), Исаак Ньютон (1642 — 1727). В этот период научные представления об окружающем человека мире претерпели принципиальные изменения. Это, прежде всего, касалось математизации физики и приоритетности экспериментальных исследований с последующей их теоретической интерпретации.
Галилей одним из первых отошёл от античного метода мучительного угадывания таинственных сил обожествлённой множественно природы и стал использовать остроумные эксперименты, совершенно новые оценочные методики и строгие математические формулировки. Пифагорейская идея о Мире как гармонии чисел стала возрождаться Галилеем на новом витке эволюционной спирали естествознания.

Механические движения Аристотель классифицирует, как прямолинейные -ограниченные и круговые — неограниченные. Круговое движение Аристотель считает более совершенным, потому что оно свойственно небесным телам.
По мнению Аристотеля, все движения можно поделить на «естественные» и «насильственные». «Естественные» движения совершаются сами по себе, без вмешательства со стороны. «Насильственные» же, наоборот, возникают и продолжаются только при внешнем вмешательстве.
Причинами, приводящими к возникновению движения, Аристотель считал силы, причём движение продолжалось только во время действия силы. Исчезновение силы, должно было прекращать движение.
Эти Аристотелевы заблуждения, как и многие его не корректные выводы долгое время не подвергались экспериментальной экспертизе. В частности, в средние века, военные инженеры, следуя идеям Аристотеля, полагали, что ядра, выстреливаемые пушками под углом к горизонту, движутся по прямолинейной траектории до тех пор, пока на них действует сила, затем падают отвесно вниз.

1.2. Кинематические характеристики движения
В кинематике изучают движение без учёта причин его вызывающих, т.е. силы, приводящие те или иные объекты в состояние взаимного перемещения, не рассматриваются.
Как будет показано ниже, говорить о движении, как таковом имеет смысл только при выборе соответствующей системе отсчёта. Под системой отсчёта понимается привязка движения в пространстве и во времени. Практически, для исследования движения необходима система координат и измеритель времени (рис. 1.2).
В кинематике такой выбор диктуется исключительно удобством пользования. При рассмотрении движения объектов вблизи земной поверхности, естественно выбрать Рис. 1.2. Система отсчёта систему отсчёта связанную с Землёй, считая
её условно неподвижной, почти по Аристотелю. Если анализировать Землю, как движущийся объект, то систему отсчёта целесообразно связать с Солнцем, т.е. по Копернику. Все системы отсчёта в кинематике, в отличие от динамики, эквивалентны.
Самым простым движущимся объектом является материальная точка. Строго говоря, это некий абстрактный элемент, своеобразная физическая или геометрическая модель.
Материальная точка это некое тело, геометрическими размерами которого в условиях данного движения без ущерба для анализа можно пренебречь. Формально представить себе объект, не имеющий геометрических размеров, но обладающий массой довольно сложно.
Всякая масса ассоциируется с занимаемым ей объёмом. На самом деле существует целый набор кинематических и динамических задач, в которых макроскопическое тело можно полагать геометрической точкой, в которой сосредоточена вся наличная масса.
При решении вопроса о том, можно ли данное тело считать точкой, физические и иные свойства самого тела не имеют никакого значения, важны только параметры движения.
Так, в ряде частных случаев, например, при рассмотрении прямолинейного движения по океанским просторам, огромное морское судно можно принять за точку, на основании того, что его размеры гораздо меньше размеров Земли (R3 = 6400 км). С другой стороны «закрученный» футбольный мяч, обладающий собственным вращением, точкой считать нельзя.
Введение понятия материальной точки, т.е. идеализация задачи движения, существенно упрощает процесс анализа, позволяя получать законы классической механики в наиболее простом виде.
Классическая механика рассматривает движения макроскопических тел, происходящие со скоростями гораздо меньшими скорости света (с = 3-108 м/с).
Даже повседневная жизнь, не говоря уже о профессиональных и образовательных занятиях, требует постоянного оперирования всякого рода числами. Практически на подсознательном уровне, числа представляются нам килограммами, секундами, миллиметрами ртутного столба, литрами, денежными единицами, оборотами в минуту и. т.д.
Без этого, обсуждая прошедшие, настоящие или предстоящие события никак не обойтись. Без количественных оценок в соответствующих единицах измерения события теряют всякий смысл.
Движение не является исключением. Для исследования его закономерностей требуются специальные единицы измерения, которые, кстати, в общих чертах, всем хорошо известны.
Ни для кого не секрет, например, что вся наша жизнь протекает в пространстве и времени. Эти физические, а во многом и философские понятия, несмотря на общеизвестность, не так просты, как кажутся на первый не просвещенный взгляд.
Учёные выяснили, что пространственно временные физические категории весьма далеки от полного их осознания. Так, например, до настоящего времени не утихают дискуссии о трёх мерности нашего пространства и возможности изменения направления течения времени. Но в простейших случаях анализа механических движений нам будет вполне достаточно установить ограниченное количество характеристик пространства и времени.
Приведём далее сведения, касающиеся единиц измерения физических величин, встречающмхся при рассмотрении механического движения наиболее часто.
Длина. Это понятие можно истолковать чисто геометрически, представив, как расстояние между двумя выбранными точками. В прошлые времена длины измеряли шагами, в локтях, в пядях, в ярдах, мерными шестами и прочими экзотическими с позиций теперешнего времени единицами и инструментами.
Сейчас большинство представителей просвещенного человечества предпочитают метрическую систему мер, которая была внедрена во Франции в 1801 г., в частности и стараниями Наполеона, который, со свойственной ему настойчивостью, распространял её на все завоёванные территории.
А поскольку, за малым исключением, все европейские государства были «осчастливлены» присутствием французов, то метрическая система мер быстро получила распространение и признательность. Единица длины была определена, как десятимиллионная часть длины меридиана, проходящего, естественно, через Париж, от экватора до Северного полюса.
Эталон был грандиозен, но крайне непрактичен, можно сказать — эфемерен. В 1889 г. эталон «приземлили». На платиноиридиевом бруске, находящимся при нормальных условиях (температура 0 0С, давление 750 мм ртутного столба) нанесли две параллельные метки, расстояние между которыми соответствовало меридиональным вычислениям. Это стал эталон метра.
Каждая уважающая себя держава имеет сейчас номерные вторичные эталоны длины, которые вправе использовать при организации своих метрологических систем, например, для того чтобы выпускать «правдивые» рулетки и линейки.
Современными измерительными средствами, с использованием прецизионного микроскопа, сравнение длин можно произвести с точностью порядка (2 — 5)-10 -м. Для некоторых научных и астронавигационных целей такой точности оказалось недостаточно, поэтому в качестве эталона стали использовать не металлический брусок, а длину волны, которую излучает 86 изотоп криптона.

Предложения интернет-магазинов