7.3.3.Теоретическая механика

Основной проблемой, волновавшей механиков и философов того времени, было объяснение движений небесных тел и определение формы Земли как одного из этих тел. Общепринятая картезианская точка зрения, основанная на кинетической механике Р. Декарта, сводилась к определению тяготения как движению некоей тонкой материи, что явно противоречило взглядам И. Ньютона в сформулированной им теории всемирного тяготения и принципе действия гравитационных сил на расстоянии.

Развитие теоретической механики в России началось в картезианском направлении, поэтому, видимо, большинство самостоятельно решенных русскими учеными задач относилось к статике, где силы взаимодействия тел возбуждаются непосредственным контактом.

К числу естественнонаучных проблем, особенно стимулировавших математические изыскания Л. Эйлера, также принадлежали проблемы механики. Ученый первым дал систематическое изложение механики на языке математического анализа и решил ряд важнейших проблем механики точки и твердого тела, а также механики жидкостей. Подлинные основы механики движения жидкостей были заложены в «Гидродинамике» Д. Бернулли, основное уравнение которого сводилось к определению зависимости между давлением, скоростью течения и потенциалом массовых сил при установившемся течении идеальной несжимаемой жидкости.

В трудах М. Ломоносова - сторонника картезианства - вопросы механики были связаны с учением о корпускулярной философии, тем самым, с общими положениями философского материализма Он считал, что объяснение качеств всех тел нужно искать в составляющих их нечувствительных физических частичках.

7.3.4.Физика

В связи с развитием производства, конструированием машин и механизмов и вследствие большей простоты и наглядности механического движения главное место среди отраслей физики занимала механика. Далее шла оптика в связи с разработкой вопросов теории зрения, постепенным установлением законов геометрической оптики. Если механика начала XVIII в. обладала уже стройной математической теорией, а оптика – рядом количественных законов и методами расчета оптических инструментов, то изучение теплоты, электричества и магнетизма находилось еще в самой начальной стадии.

В физике начала XVIII в. шла борьба между гипотезой об атомистическом строении материи и представлением о ее непрерывности. Для механистического периода в истории естествознания было характерно отделение материи от движения. Попытку построения натурфилософской системы, в которой на первый план выдвигается не материя, а сила как причина движения, была предпринята Г. Лейбницем, который предположил, что причиной движения и основой материального мира служат монады – непротяженные источники сил.

С созданием Академии наук и художеств и приездом в Россию Л. Эйлера, Д. Бернулли, Г. Бильфингера и Г. Крафта были созданы организационные предпосылки для творческого развития физики в стране. В обязанности академиков-физиков входило помимо теоретических исследований ведение метеорологических наблюдений, начатых по инициативе Петра I до организации академии. В 1726 г. был создан физический кабинет, куда поступили физические приборы из Кунсткамеры. Были организованы механическая и оптическая мастерские.

Г. Бильфингер объяснял теорию тяготения существованием вихрей, окружающих Землю и воздействующих на находящиеся на ее поверхности или вблизи поверхности тела. Г. Крафт прочитал первый полный курс по физике, широко пользуясь приборами физического кабинета. Г. Рихман осуществил серьезные экспериментальные исследования тепловых и электрических явлений с помощью сконструированного им впервые в мире электрического измерительного прибора. Для изучения атмосферного электричества Г. Рихман устроил у себя дома громовую машину, состоящую из громовой стрелы, установленной на крыше и соединенной с указателем, находящимся в доме, однако 26 июня 1753 г. был убит молнией во время опытов с грозовым электричеством.

Фундаментальное значение в истории акустики имели исследования Л. Эйлера по теории колебаний. Им были установлены уравнения колебаний струны и уравнение для трехмерных колебаний. Еще одна существенно новая идея Эйлера в области инструментальной оптики относится к конструкции солнечного микроскопа – прибора, позволяющего проектировать увеличенное микроскопом изображение на экран.

Личность Ф. Эпинуса, приехавшего в Петербург еще при М. Ломоносове, неоднозначна. Поначалу, занимаясь чисто научными изысканиями, ученый совершил значительные открытия. Так, создание количественной теории электростатических явлений началось с фундаментального трактата Ф. Эпинуса «Опыт теории электричества и магнетизма» (1759). Наиболее важный момент теории Ф. Эпинуса заключался в доказательстве сходства электростатических и магнитных явлений, которые в те времена рассматривались обычно изолированно.

В дальнейшем Ф. Эпинус, продолжая занимать академическую кафедру физики, большую часть времени был занят административными и придворными обязанностями, что негативно сказалось на работе физического кабинета Академии наук и художеств. Ф. Эпинус неоднократно выступал против М. Ломоносова, поддерживая Тауберта.

В трудах М. Ломоносова органически сочетались экспериментальные исследования и широкие теоретические обобщения. Атомистика М. Ломоносова отличалась от соответствующих теорий И. Ньютона и Г. Лейбница, так, его «нечувствительные частицы» взаимодействовали только при непосредственном контакте и имели материальные природу и конечные размеры, а решение им вопроса о взаимодействии материи и движения связывалось с существованием конкретных законов сохранения энергии.

Главным аргументом М. Ломоносова против «дальнодействия» в теории тяготения было утверждение, что «покоящееся тело не может дать того, чего у него нет – движения». Та же идея «неуничтожимости» движения лежала в основе его теории тепла. В основе учения М. Ломоносова о теплоте лежит представление об атомистическом строении вещества и стремление объяснить все явления природы движением материи.

Разработка основ кинетической теории позволила М. Ломоносову правильно объяснить процесс распространения звука как передачу упорядоченного колебательного движения при столкновении частиц. Изучая теорию цветов в оптике по принципу совмещения частиц, М. Ломоносов утверждал, что движение может передаваться только через однородные частицы, способные сцепляться друг с другом наподобие зубчатых колес. В дальнейшем эти идеи были использованы М. Ломоносовым для организации отечественного производства оптического стекла и оптического приборостроения.

Интерес М. Ломоносова к явлениям электричества был реализован им во время экспериментального изучения атмосферного электричества в 1752 г., когда ученый установил его существование при полном отсутствии признаков грозы. В своей теории М. Ломоносов исходил из мысли об образовании электрических зарядов при трении восходящих и нисходящих токов воздуха.

В XVII-XVIII вв. электричество и магнетизм обычно рассматривались как совершенно изолированные одна от другой области физики. М. Ломоносов проявил интерес к земному магнетизму, так как стремился построить единую картину всех физических процессов и пытался применить его в мореплавании. Изучая проблему тяготения, М. Ломоносов доказывал вечность первичного движения. Невозможность получить движение от «чистого притяжения» ученый доказывал ссылкой на закон сохранения движения: покоящееся тело не может дать того, чего у него нет, - движения.

Свои разносторонние интересы в физике М. Ломоносов стремился передать подрастающему поколению. Он издал на русском языке «Волфианскую физику» Тюмминга, где впервые систематически излагались достижения мировой физики в XVII-XVIII вв. При этом ему пришлось почти заново создавать русскую физическую терминологию.

Таким образом, труды петербургских академиков положили начало новому периоду истории физики, который характеризовался сближением между физикой «близкодействия» и математической физикой (Л. Эйлер), между физикой «близкодействия» и атомистикой (М. Ломоносов). Отличительной особенностью российских ученых было стремление объяснить все физические явления на основе единой теории, исходя из понятия о непрерывной движущейся материи, без привлечения распространенных в то время гипотез о «невесомых».