Уральскаягосударственная сельскохозяйственная академияКафедрафизики Реферат натему: «Закономерности развития физики» Выполнила студенткаЭкономическогофакультета3гр., 5 п/гр.БиричевскаяС.А.Провериладоцент ВолковаО.В.Екатеринбург,2001год.
Содержание.Введение…………………………………………………………………..3Основные закономерности развития физики……………………...4Развитие физики в ДревнейГреции………………………………...…….4
Основные представленияаристотелевской механики……………...…4
Теоретическая механика…………………………………………...…….4
Развитие физики всредневековье…………………………………..…….5
Средневековая арабская культура………………………………..……..5
Физические идеи средневековья……………………………………..…...6
Научная революция XVII в.: возникновение классическоймеханики…7
Галилей: разработка понятий ипринципов «земной динамики»…...…7
Ньютоновская революция…………………………………………….….7
Корпускулярная теория света………………………………………..….7
Изучение магнитных и электрическихявлений…………………...…….8
Физика XII-первой половины XIII в………………………………...…….8
Становление основных отраслейклассической физики…………...…...8
Физика первой половины XIXв……………………………………..…….9
Физика первой половины XIX в…………………………………….…….9
Теория электромагнитного поля………………………………….……..9
Великие открытия…………………………………………………...….10
Научная революция в физике начала XX в……………………………..10
Создание специальной теорииотносительности…………………….10
Создание общей теорииотносительности (ОТО)………………...…10
Возникновение и развитие квантовойфизики…………………...……10
Мир элементарных частиц………………………………………...……..11
Гравитация………………………………………………………….…….11
Электромагнетизм………………………………………………….……11Заключение…………………………………………………………..……11
Список использованнойлитературы…………………………...………..12
Введение.
Физика—главная изестественных наук, поскольку в буквальном переводе с греческого слово «фюзис»означает «природа». Стало быть, физика—наука о природе. Физика всегда считаласьэталоном научного знания. В каком смысле? Не в том, что она дает наиболееважное и истинное знание, а в том, что открывает истины справедливые для всейВселенной, о соотношении нескольких основных переменных. Её универсальностьобратно пропорциональна количеству переменных, которые она вводит в своиформулы.
Можно отрицать законыфилософии, религию, мистические чудеса, и это признается нормальным. Но сподозрением смотрят на человека, который отрицает законы науки, скажем, законвсемирного тяготения. В этом смысле можно сказать, что законы физики лежат восновании научного постижения действительности.
Основныезакономерности развития физики.
Развитие физики в Древней Греции.
Основные представленияаристотелевской механики.Историческаязаслуга Аристотеля перед естествознанием состоит в том, что он стал основателемсистемы знаний о природе—физики. Центр понятия аристотелевской физики –понятиедвижения. Аристотель разработал первую историческую форму учения одвижении—механику. Все механические движения он разбивает на две большиегруппы: движение небесных тел в надлунном мире; движение тел в подлунном,земном мире. Естественное движение—это движение тела к своему месту, например,тяжелого тела вниз, а легкого вверх. Все остальные движения наЗемле—насильственные и требуют применения силы.
Механика Аристотеля содержала в себе глубокое противоречие—ведь естьнемало видов движения, которые осуществляются без видимого приложения силы. Чтовызывает эти движения? Поиски ответа на этот вопрос растянулись на столетия.
Теоретическаямеханика.
Из трех составных частей механики (статика, кинематика,динамика) в древнегреческий период наиболее обстоятельно была разработанастатика (и гидростатика). Основополагающую роль в возникновении статики игидростатики сыграл Архимед. Ему принадлежит установление понятия центратяжести тел. Он теоретически доказал закон простого рычага (на основе ряда постулатов).В гидростатике Архимед открыл закон, носящий его имя, и теоретически доказалего.
Для объяснения давления,при котором на тело не действует никакая видимая сила, а оно продолжаетдвигаться, в IV в. возникла «теория импетуса». Еёродоначальник, греческий философ и ученый Филопон полагал, что «движущемусятелу движущее тело сообщает некую движущую силу», которая и продолжаетнекоторое время двигать это тело, пока вся не израсходуется. Эта идея позднее,в XII-XVI вв. сыграла важную роль в становлении механики.
Наряду с теоретическоймеханикой получила развитие и прикладная механика—создание разного родамеханизмов и машин.
В III в. до н. э. возникла такаяспецифичная отрасль механики, как пневматика (использование давления воздухадля создания разного рода механических устройств). Основателем этой отраслисчитают Ктесибия, жившего и работавшего в Александрии. Он был изобретателемдвухцилиндрового водяного насоса, снабженного всасываемыми и наполнительнымиклапанами; водяного органа, управление которого осуществлялось с помощьюсжатого воздуха; водяных часов; военных метательных машин, использовавших силусжатого воздуха.
Развитиефизики в средневековье.
Средневековая арабскаякультура.
В арабской культуре всредние века из разделов механики наибольшее развитие получила статика,чему способствовали условия экономической жизни средневекового Востока.Интенсивная торговля определила развитие учения о взвешивании и теоретическойосновы взвешивания—науки о равновесии, создание многочисленных конструкций различныхвидов весов. Арабские ученые широко использовали понятие удельного веса.
Динамика развивалась на основекомментирования и осмысления сочинений Аристотеля. Средневековыми ученымиобсуждались проблема существования пустоты и возможности движения в пустоте,характер движения в сопротивляющейся среде, механизм передачи движения,свободное падение тел, движение тел, брошенных под углом к горизонту.
Развитие кинематикибыло связано с потребностями астрономии в строгих методах для описания движениянебесных тел. В этом направлении и развивается аппараткинематико-геометрического моделирования движения небесных тел на основе«Альмагеста» К. Птолемея. Кроме того, в ряде работ изучалась кинематика«земных» движений.
Физические идеисредневековья.
В период позднегосредневековья (XIV-XV вв.) постепенно осуществляетсяпересмотр основных представлений античной естественно-научной картины мира искладываются предпосылки для создания нового естествознания, новой физики.
Качественные сдвигипроисходят как в кинематике, так и в динамике. В кинематике средневековыесхоласты вводят понятия «средняя скорость», «мгновенная скорость»,«равноускоренное движение» ( они его называли униформно-дифформное). Мгновеннуюскорость в данный момент они определяют как скорость, с какой стало быдвигаться тело, если бы с этого момента времени его движение стало равномерным.Кроме того, постепенно вызревает понятие ускорения.
В эпоху позднегосредневековья значительное развитие получила динамическая «теория импетуса»,которая была мостом, соединявшим динамику Аристотеля с динамикой Галилея.Французский философ-схоласт Жан Буридан ( XIVв) объяснял падение тел с точки зрения теорииимпетуса. Он считал, что при падении тел, тяжесть запечатлевает в падающем телеимпетус, поэтому и скорость его все время падения возрастает. Величина импетусаопределяется и скоростью, сообщенной телу, и «качеством материи этого тела».Импетус расходуется в процессе движения на преодоление трения; когда импетусрастрачивается, тело останавливается. Эти выводы стали предпосылками дляперехода от понятия импетуса к понятию инерции.
Кроме того, теорияимпетуса способствовала развитию и уточнению понятия силы.
Научнаяреволюция XVIIв:возникновение классической механики.
Галилей: разработкапонятий и принципов «земной динамики».
В формированииклассической механики и утверждении нового мировоззрения велика заслуга Г.Галилея. Еще будучи студентом он открывает закон изотропности колебаниймаятника, который сразу же нашел применение в медицине, астрономии, географии,прикладной механике. После изобретения зрительной трубы (1608) Галилейусовершенствовал её и превратил в телескоп с 30-кратным приближением.
Историческая заслугаГалилея перед физикой состоит в следующем:
- он разграничилпонятия равномерного и неравномерного, ускоренного движения;
- сформулировал понятие ускорения (скорость изменение скорости);
- вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время: S=1/2at2;
- сформулировал принцип инерции;
- выработал понятие инерциальной системы;
- сформулировал принцип относительности движения;
- открыл закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).
Ньютоновскаяреволюция
В XVIIв. Исаак Ньютон завершил постройку фундамента новой классической физики.
Среди открытий Ньютона:законы динамики, закон всемирного тяготения (1666), изобретениетелескопа-рефлектора, открытие спектрального состава белого света и т.д.
Корпускулярнаятеория света.
Оптика—важнейшая частьфизики, более «молодая», чем механика. Начало научной оптики связано соткрытием законов отражения и преломления света в начале XVIIв. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохообъясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.
Изучение магнитных иэлектрических явлений.
В XVIIв. начинается систематическое изучение магнитных и электрических†явлений.Первые сведения об этих явлениях были накоплены еще в древности. Главноепрактическое применение магнитных явлений было связано с компасом и явилосьрезультатом наблюдений направляющего действия земного магнетизма на естественныемагниты.
Существенным шагомвперед в исследовании магнетизма была книга английского ученого, врачаЕлизаветы У. Гильберта «О магните, магнитных телах и великом магните Земли»,вышедшая в 1600 г.
В своей работе Гильбертуделил внимание исследованию электрических явлений и показал, что электрическиеявления следует отличать от магнитных. Электрические и магнитные явления, дажеесли не знать о их внутреннем единстве, схожи. После работ Гильберта в течениевсего XVII в. в учении об электричестве и магнетизмебыло получено мало новых результатов.
Физика XVII-первой половины XШ в.
Становление основныхотраслей классической физики.
На развитие физики XVII в. существенное влияние оказало наследие предыдущего, XVII в. и особенно учение Ньютона.
Очень быстрыми темпамиразвивается механика. Исследование законов теплоты—одна из центральных темфизики XVII в. Термометрия, калориметрия, плавление,испарение, горение—все эти вопросы становятся особенно актуальными.Производятся серьезные исследования по теплофизике, электричеству и магнетизму.
В меньшей мереразвивается оптика. Но и здесь получены отдельные важные результаты:зарождается фотометрия, изучается люминесценция.
В 1729 г. англичанин С.Грей открыл явление электрической проводимости. Француз Ш.Ф. Дюфе открылсуществование отрицательного и положительного электричества и обнаружил, что«однородные электричества отталкиваются, а разнородные притягиваются».
Во второй половине XVIIIв. Учение об электричестве и магнетизме развиваетсяболее быстрыми темпами. Среди многих ярких открытий этого времени—изобретениеА. Вольта источника постоянного тока («Вольтов столб»). В это же времянамечаются две основные концепции в понимании электрических и магнитныхявлений—дальнодействия и близкодействия.
Физика первой половиныXIXв.
Первая половина XIXв.—время бурного развития техники. Была изобретена пароваямашина; открыта первая железная дорога.
Начинаетсяиспользование электричества для связи. В 1839 г. француз Л. Дагер получилпервый фотографический снимок.
В первой половине XIX в. быстро развиваются все разделы физики, но особеннооптика, а также учение об электричестве и магнетизме, возникает новый быстроразвивающийся раздел—учение об электромагнетизме. В этот период складываютсяосновы волновой оптики, теории дифракции, интерференции и поляризации.
В 40-х гг. XIXв. весь ход развития физических наук по пути изучениясвязей между различными физическими явлениями, взаимных превращений различныхформ энергии завершается установлением закона сохранения и превращения энергии.
Физика второйполовины XIXв.
Вторая половина XIX в. характеризуется высокими темпами развития всехсложившихся ранее и возникновением новых разделов физики. Особенно быстроразвивается теория теплоты и электродинамика.
Теорияэлектромагнитного поля.
К середине XIX в. в тех отраслях физики, где изучались магнитные иэлектрические явления, был накоплен богатый эмпирический материал,сформулирован целый ряд важных закономерностей: закон Кулона, закон Ампера,закон электромагнитной индукции, законы постоянного тока и др.
ДЖ. К. Максвелл создалтеорию электромагнитного поля, которая была изложена в работе «Динамическаятеория электромагнитного поля», опубликованной в 1864 г.
Великие открытия.
Конец XIXв. в истории физики отмечен рядом принципиальных открытий, которые привели кнаучной революции на рубеже XIX-XXвв.: открытие рентгеновских лучей (В. Рентген, 1895), открытие электрона иустановление зависимости его массы от скорости, открытие радиоактивности ( А.Беккерель, 1896), фотоэффекта и его законов и др.
Научная революция вфизике начала XXв.
Создание специальнойтеории относительности.
В начале XX в. на смену классической механике пришла новаяфундаментальная теория—специальная теория относительности (СТО).
Созданная усилиями рядаученых, прежде всего А. Эйнштейном, она позволила непротиворечиво объяснитьмногие физические явления, которые не укладывались в рамки классическихпредставлений. В первую очередь это касалось закономерностей электромагнитныхявлений в движущихся телах.
В сентябре 1905 г. внемецком журнале «Annalen der Physik»появилась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейнсформулировал основные положения СТО.
Создание общейтеории относительности (ОТО).
Построение ОТО А.Эйнштейн завершил в 1916 г. При этом он использовал понятия и математическийаппарат неевклидовых геометрий. С точки зрения СТО пространство не обладаетпостоянной (нулевой) кривизной. Кривизна его меняется от точки к точке иопределяется полем тяготения.
Возникновение иразвитие квантовой физики.
Истоки квантовой физикиможно найти в исследованиях процессов излучения тел. Формулировка гипотезыквантов энергии была началом новой эры в развитии теоретической физики. В 1905г. Эйнштейн ввел понятие кванта света.
Мир элементарныхчастиц.
Гравитация.
Созданная в XVII в. ньютоновская теория гравитации ( закон всемирноготяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силыприроды.
Гравитация имеет рядособенностей:
- малая интенсивность
- универсальность
- дальнодействие
Электромагнетизм.
Существование электрона(единицы электрического заряда) было твердо установлено в 90-е гг. XIXв. Но не все материальные частицы являются носителямиэлектрического заряда. Электрически нейтральны, например, фотон и нейтрино. Вэтом электричество отличается от гравитации.
Заключение.
Физика—продуктцивилизации и условие её развития. С помощью науки человек развиваетматериальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает иобучает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс физики и техникизначительно изменяет образ жизни и благосостояние человека, совершенствуетусловия быта людей. Благодаря знанию законов природы человек может изменить иприспособить природные вещи и процессы так, чтобы они удовлетворяли его потребностям.
Список использованной литературы.
1. Т. Я. Дубнищева «Концепции современного естествознания», Учебник,Новосибирск-1997
2. Л. С. Мотылева,В. А. Скоробогатов, А. М. Судариков «Концепции современного естествознания»,Учебник для ВУЗов, «Издательство Союз», Санкт-Петербург-2000
3. А. А. Горелов«Концепции современного естествознания», курс лекций, Издательство «Центр»,Москва-2001
4. В. М. Найдыш«Концепции современного естествознания», учебное пособие, Москва-1999.