Развитие наук о неорганической природе в ХVIII -ХIХ веках

1. Развитие физики в ХVIII в.

На развитие физики в XVIII в. оказало существенное влияние наследство, полученное ею от предыдущего, ХVII века и особенно учение Ньютона. Развитие физики в XVIII в. предстает именно как развитие идей Ньютона, выполнением завещанной им программы распространения основных положений механики на всю физику.

На развитие физики существенное влияние оказывает и технический прогресс. Развитие производительных сил определяет потребность в разработке теории машин и механизмов, механики твердого тела. Исследование законов теплоты - одна из центральных тем физики ХVIII века. Термометрия, калориметрия, плавление, испарение, горение - изучение всех этих процессов становится особенно актуальным. Появляются серьезные исследования по теплофизике, электричеству и магнетизму. Эти разделы физики оформляются в самостоятельные области физической науки и достигают в XVIII в. первых успехов. В результате, в XVIII в. в качестве самостоятельных складываются все основные разделы классической физики.

Особенно быстрыми темпами развивается механика. Трудами т.н. “континентальных математиков” закладываются основы аналитической механики. В результате работ Эйлера, Даламбера, Лагранжа и других создается аналитический аппарат механики, начинает развиваться аналитическая механика.

В меньшей мере развивается оптика. Но и здесь были получены отдельные важные результаты: зарождается фотометрия; начинается изучение люминисценции, ставится вопрос о влиянии движения источников света и приемников, регистрирующих световые сигналы, на оптические явления. Впервые этот вопрос был поставлен открытием аберрации света английским астрономом Брадлеем в 1728 г.

Огромные успехи, достигнутые в небесной механике благодаря введению понятия силы (тяготения), способствовали распространению такой постановки вопроса и на другие разделы физики. Формируется общее убеждение, что не только движение планет, но и другие физические явления могут быть представлены как результат движения определенных материальных тел под действием определенных сил. Последователи Ньютона пытались объяснить различные физические явления, поставив им в соответствие различного рода силы, - магнитные, электрические, химические и др. Таким образом, был введен ряд сил: электрические, магнитные и др. Эти силы действуют, по мнению физиков, на расстоянии, так же как и силы тяготения. Носители сил – тонкие невесомые “материи”, которые определяют те или иные свойства тел. Так появляется учение о “невесомых”, характерное для физики XVIII в.

Так объясняли и природу теплоты. Нагревание тела связывали с присутствием некой жидкости – теплорода, частицам которого также присущи определенные силы. Например, между частицами теплорода действуют отталкивающие силы, а между частицами теплорода и частицами материальных тел – силы притяжения.

В первой половине XVIII в. были получены качественно новые результаты в области изучения электрических явлений. Так, в 1729 г. англичанин Грей открыл явление электропроводности. Он обнаружил, что электричество способно передаваться некоторыми телами, и все тела были разделены им на проводники и непроводники. Француз Дюфей (1698-1739) открывает существование отрицательного и положительного электричества и обнаруживает, что “однородные электричества отталкиваются, а разнородные притягиваются”. Следующим важным шагом в изучении электрических явлений было изобретение лейденской банки. (Оно было сделано почти одновременно немецкими учеными Клейстом и Мушенбруком. Название связано с городом Лейденом, где Мушенбрук проделал первые опыты с лейденской банкой.). Важность этого изобретения заключалась в том, что теперь физики могли получать значительные электрические заряды и экспериментировать с ними. Это изобретение привело к усилению интереса среди ученых к изучению электрических явлений и способствовало утверждению представления о возможности практического применения электричества, в том числе и в лечебных целях. (Опыты с электричеством стали модными и даже превратились в забаву: их производили и в лабораториях ученых, и в аристократических гостиных, и даже в королевских дворцах. Известно, например, что Людовик XV и его двор забавлялись, пропуская через цепь солдат разряд электричества).

Практическое значение исследования электрических явлений приобрели также в связи с открытием электрической природы молнии. Мысль об электрической природе молнии высказывалась и до изобретения лейденской банки. Однако только после того, как стало возможным искусственно получать большие заряды, она получила достаточное основание. Известный американский ученый, активный участник войны за независимость Северо-Американских колоний и общественный деятель Бенджамен Франклин (1706 – 1790), много занимавшийся исследованием электрических явлений, изложил гипотезу об электрической природе молнии и предложил экспериментальный метод проверки этой гипотезы.

С середины XVIII в. учение об электричестве и магнетизме развивается более быстрыми темпами. В это время формируются понятие электрического заряда и закон сохранения электрического заряда. Понятие электрического заряда и закон его сохранения складываются в работах Франклина, который рассматривал электрические явления как проявление некоторой “электрической материи”. Новый этап в истории учения об электричестве и магнетизме начинается с установления основного закона электростатики и магнитостатики – закона Кулона, открытого в 80-х годах французским физиком Кулоном.

Таким образом, к рубежу XVIII – XIX вв. природа электричества частично прояснилась. Выяснилось, что электрические заряды одного знака отталкиваются, а заряды противоположных знаков притягиваются, и в том и другом случае электрические силы ослабевают с расстоянием в соответствии с законом “обратных квадратов”, который Ньютон вывел ранее для гравитации. Но по величине электрические силы намного превосходят гравитационные. В отличие от слабого гравитационного взаимодействия, наличие которого Кавендишу удалось продемонстрировать только с помощью специального прибора, электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать.

2. Характерные черты физики первой половины ХIХ века

В первой половине ХIХ века в передовых странах Европы происходит промышленный переворот - переход от мануфактурного производства к машинному производству.

Промышленный переворот способствует развитию крупной машинной индустрии. Еще более высокими темпами, чем в XVIII в. развиваются различные отрасли промышленности: металлургическая, горнодобывающая, химическая, металлообрабатывающая и т. д. Машинная индустрия требует постоянного совершенствования техники - внедрения новых технологических методов, улучшения организации производства и др. А это, в свою очередь, требует применения и постоянного развития естественнонаучных знаний. Естествознание все в большей степени становится элементом производительных сил, его развитие теснейшим образом связывается с развитием практики, промышленного и сельскохозяйственного производства. Все чаще развитие практики, ее потребности определяют цели и задачи естествознания. В этих условиях физическая наука развивается более быстрыми темпами. Производство непрерывно ставит перед ней все новые и новые проблемы, доставляя одновременно и новый экспериментальный материал.

В тесном единстве с естествознанием происходит становление прикладных наук, прежде всего технических. Например, значительное развитие получает новая отрасль – теплотехника. Возникновение теплотехники было непосредственной реакцией на промышленный переворот, энергетической основой которого являлась паровая машина. Изобретенная еще в ХVIII в., паровая машина становится универсальным двигателем. Она применяется не только на промышленных предприятиях, но и на транспорте, приобретая все большее значение в технике. (В 1807 г. в Америке Фультоном был построен первый практически пригодный пассажирский пароход К 30-м годам уже налаживаются регулярные речные, морские и океанские пароходные сообщения. Паровую машину устанавливают на военных кораблях, ее используют в качестве двигателя и на сухопутном транспорте. Первая железная дорога (с локомотивом Стефенсона) была открыта в 1825 г. в Англии, а затем и в других странах. В течение короткого времени сеть железных дорог покрыла территорию Европы и Северной Америки. ). В первой половине ХIХ века теплотехника своими обобщениями и потребностями оказывала значительное влияние на развитие физики.

В первой половине XIX в. – зарождается и электротехника, изучающая закономерности применения электричества в технике. Прежде всего электричество используют для связи. Вскоре после открытия Эрстедом в 1819 г. действия электрического тока на магнитную стрелку возникает идея построить электромагнитный телеграф. (В 1832 г. в Петербурге уже демонстрировался первый практически действующий телеграф русского изобретателя П. Л. Шиллинга. Быстро появляются другие конструкции телеграфа. Американский изобретатель Морзе создает наиболее совершенную конструкцию электромагнитного телеграфа. В 1844 г. в Соединенных Штатах Америки была построена первая телеграфная линия, а в конце 40-х годов в Америке их было уже несколько десятков. Телеграфные линии начинают появляться и в Европе.).Были предприняты первые попытки использования электричества в качестве двигательной силы. Возникает новая область электротехники – гальванопластика, изобретателем которой был русский академик Б. С. Якоби.

Быстро развиваются в первой половине XIX в. все разделы физики, но особенно оптика, а также учение об электричестве и магнетизме. В этот период складываются основы волновой оптики, теории дифракции, интерференции и поляризации. В учении об электричестве и магнетизме возникает новый, быстро развивающийся раздел – учение об электромагнетизме. Результаты развития технических наук, в частности теплоэнергетики (в связи с усовершенствованием парового двигателя), электротехники и др., ставят на повестку дня проблему исследования не просто отдельных форм движения, а их взаимных превращений и переходов. В первой половине ХIХ века физика ориентируется на изучение не только отдельных типов физических явлений, но и связей между ними (превращение тепла в механическое движение, и наоборот, связь между электричеством и магнетизмом, между химическими и электрическими процессами и т. д.).

Важнейшее достижение физики первой половины ХIХ века - создание волновой теории света. В XVIII в. подавляющее большинство ученых придерживалось корпускулярной теории света, которая хорошо объясняла многие, но не все оптические явления. В начале XIX в. в поле зрения физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации света, которые корпускулярной теорией объяснялись неудовлетворительно. Это приводит к возрождению, казалось, давно забытых идей волновой оптики. В оптике происходит настоящая научная революция, закончившаяся победой волновой теории света над корпускулярной.

Впервые в защиту волновой теории света выступил в 1799 г. Томас Юнг (1773 – 1829). Юнг критиковал корпускулярную теорию света и указывал на явления, которые нельзя объяснить с ее позиций. Т. Юнг предложил рассматривать свет как колеблющееся движение частиц эфира: “...Светоносный эфир, в высокой степени разреженный и упругий, заполняет вселенную... Колебательные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело начинает светиться”.

Но, несмотря на то, что работы Юнга содержали новые очень важные результаты, свидетельствующие в пользу волновой теории света, они не поколебали господствующую тогда корпускулярную теорию.

В 1815 г. на арену борьбы с корпускулярной теорией выступил французский ученый Огюстен Френель (1788 – 1827). В 1818 г. Френель объединил все полученные результаты и изложил их в работе, представленной на конкурс, объявленный Французской Академией наук в 1817 г. Работу Френеля рассматривала специальная комиссия в составе Био, Араго, Лапласа, Гей-Люссака и Пуассона. Трое из них твердо придерживались корпускулярной теории и не могли испытывать симпатию к работе Френеля. Тем не менее изложенные результаты настолько хорошо соответствовали эксперименту, что просто отвергнуть данную работу было невозможно. Пуассон заметил, что из теории Френеля можно вывести следствие, противоречащее как будто бы здравому смыслу. Это следствие заключается в том, что в центре тени от круглого экрана должно наблюдаться светлое пятно. Эта “несообразность” была подтверждена на опыте, что произвело благоприятное впечатление на членов комиссии. В конце концов была признана правильность результатов теории Френеля и ему присудили премию.

Любая новая теория, решая одни проблемы, вместе с тем ставит и ряд новых. Так было и с волновой теорией света. В отличие от корпускулярной, волновая теория света должно была определиться с вопросом о свойствах среды, которая является носителем световой волны. Такая среда была названа эфиром. Каковы свойства эфира?

Ответ на этот вопрос предполагал решение двух фундаментальных проблем. Первая проблема связана с вопросом о том, какую волну представляют собой световые колебания - продольную или поперечную. Если бы световые волны были продольными, как и звуковые колебания, то теория эфира должна была бы строиться по аналогии с акустикой и теорией газов. Механистическая теория поперечных колебаний оказывается гораздо более сложной, так как такие колебания распространяются только в твердых (не газообразных) средах. Для ответа на вопрос о том, поперечной или продольной является световая волна, решающим оказалось объяснение поляризации света. Поляризация света могла быть полностью объяснена только, если исходить из гипотезы поперечных колебаний.

Вторая проблема состояла в решении вопроса о том, каким образом взаимодействует эфир с движущимся источником света. Иначе говоря, может ли эфир служить абсолютной системой отсчета для механического движения, поиск которой считал необходимым для обоснования физического знания И. Ньютон.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: источники реферат, 5 баллов рефераты.



1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки