Возникновение классической механики

1.Особенности познавательной деятельности в 17 веке

17 век открыл новый период в развитии естествознания. Развитие машинного производства, горного дела, судостроения, гидротехническое строительство, совершенствование военной техники, создание точных часов и т.п. порождали инженерно-технические проблемы, решение которых требовало знания законов природных явлений, прежде всего связанных с законами движения. Решение этих проблем, а также запросы астрономии, навигации, картографии, баллистики, гидравлики требовали совершенствования математических методов.

Переход коперниканской революции в революцию в физике привел к созданию классической механики (первой фундаментальной естественнонаучной теории). Это стало возможным благодаря внедрению метода эксперимента в естественнонаучное познание и установлению связи с математикой, которая стала универсальным средством формулирования и объяснения законов природы.

Математика также изменяется: от изучения чисел и их отношений, постоянных величин, геометрических фигур переходит к изучению движений и преобразований, переменных величин и функциональных зависимостей.

Изучение функциональных зависимостей подводит к основным понятиям математического анализа, разрабатываются дифференцированное и интегрированное исчисление (Ньютон, Г.Лейбниц- это имеет значение для естествознания, т.к. большинство механических и физических задач записываются в форме диф. уравнений, а их решение–интегрированное); зарождается перспективная геометрия (Дезарг и Паскаль), работы по теории вероятностей (Ферма, Паскаль, Гюйгенс).

Но научная деятельность творцов классической механики была чужда университетской атмосфере того времени (до 17 в. университеты контролировались церковными кругами). В 17 веке научная деятельность стала развиваться независимо - работа дискуссионных кружков, личная переписка ученых. Стали формироваться научные академии (1560 г. Неаполь, 1603 г. Рим, 1662 г. Лондонское Королевское общество, 1666 г. Французская, 1724 РАН).

С середины 17 века роль науки в обществе возрастает.

2.Три закона планетарных движений

После Коперника развитие астрономии требовало расширения и уточнения эмпирического материала. Проводимые в ту пору европейскими астрономами наблюдения характеризовались большими погрешностями.

Изменения произошли после строительства в 1580 году в Дании (остров Вен) астрономической обсерватории (Небесный замок–Ураниборг), основателем которой был Тихо Браге. Он был блестящим астрономом-наблюдателем, но не теоретиком, поэтому не смог оценить учение Коперника. Однако также ощущал недостатки птолемеевской геоцентрической системы и разработал промежуточную систему между геоцентрической и гелиоцентрической. В ней Солнце движется по эксцентрической окружности вокруг неподвижной Земли, а планеты обращаются вокруг Солнца. Результаты его многолетних исследований получил Кеплер, заложил основу новой теоретической астрономии, показав, что законы надо искать в природе, а не подгонять под искусственные схемы явления природы.

Будучи религиозным, поставил задачу проникнуть в божественные планы творения мира, постичь тайны строения Вселенной. Считая, что Бог как высшее творческое начало при сотворении мира руководствовался идеальными числовыми соотношениями и геометрическими формами, Кеплер пытался объяснить существование лишь 6 планет Солнечной системы.

В ходе своей работы, как астроном и математик, смог преодолеть тысячелетние традиции и предрассудки, открыв действительные законы планетных движений. Он выступил против космологических идей древних греков, которые поддерживали Коперник и Галилей (лишь круговое, равномерное движение допустимо для небесных тел). В 1609 году Кеплер, наблюдая за движением Марса, открыл 2 закона планетных движений.

1 закон - орбиты имеют эллиптическую форму.

2 закон – планеты движутся по орбитам неравномерно, скорость изменяется таким образом, что площади, описываемые радиусом-вектором в равные промежутки времени, равны между собой (Это привело к краху принципа равномерности небесных движений).

Ввел пять параметров, определяющих гелиоцентрическую орбиту планеты (Кеплеровы элементы), нашел уравнение для вычисления положения планеты на орбите в любой момент времени.

3 закон (1619 год) – квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца.

Обратил внимание на то, что с удалением от Солнца периоды обращения планет увеличивается быстрее, чем радиусы их орбит, т.е. уменьшается скорость движения планеты. По его мнению, причина была в том, что движущая сила (Солнце) едина для всей системы и действует сильнее на близкие и слабее на далекие планеты.

Кеплер впервые поставил вопрос о физической природе и точном математическом законе действия силы, движущей планеты, сравнил действие Солнца с действием магнита (увлечение магнитными явлениями было характерно для того времени) и развил представление о механизме действия силы, движущей планеты, как в вихре, возникающем в эфирной среде от вращения магнитного Солнца. Он полагал, что сила действует на планету непосредственно вдоль орбиты. Недостаточное развитие механики привело его к ошибке – сила пропорциональна расстоянию (а не его квадрату) от Солнца. Эксцентричность орбит он объяснял тем, что планеты – это большие круглые магниты с постоянным направлением магнитной оси, которые в зависимости от расположения магнитных полюсов то притягиваются, то отталкиваются от Солнца.

Для установления истинных причин орбитального движения планеты требовались уточнения основных физических понятий и создание основ механики, а Кеплер до предела исчерпал возможности современной ему физики.