Главная Обратная связь

Дисциплины:






Состояние естествознания. В XV-XVII вв. возникло современное естествознание, основанное на научном эксперименте



В XV-XVII вв. возникло современное естествознание, основанное на научном эксперименте. Мировоззрение эпохи характеризовала «выработка своеобразного общего мировоззрения, центром которого является представление об абсолютной неизменяемости природы». Метафизическое понимание мира представлялось как неизменное не только великим естествоиспытателям, но и философам этого периода. Дальнейший период развития науки идет под знаменем становления исторического метода в естествознании. Одним из необходимых условий выработки метода было исследование внутренней объективной связи между различными явлениями природы. Необходимо было покончить с метафизической изоляцией различных областей природы, установить их взаимные связи. Наука показала связь между такими явлениями, как свет, теплота, электричество, механическое движение, химическое взаимодействие. Особенность рассматриваемого периода – это создание научной основы познания материального единства мира.

Математика

В этот период происходит расширение области применения математического анализа. Его обоснование имело влияние на успешное приложение математики к естествознанию.

В первой половине XIX в. в центре внимания большинства российских и зарубежных математиков был математический анализ в приложении к задачам термодинамики, электродинамики, теории потенциала, теории упругости и других разделов математической физики. Это обусловило прогресс в развитии теории уравнений с частными производными, а в связи с ней – теории тригонометрических рядов, теории специальных функций. От преимущественного изучения отдельных разложений в ряды и частных видов функций математики обратились к общим проблемам сходимости рядов и разложимости функций в ряды различных видов, к изучению общих свойств широких классов непрерывных функций. Математики убедились в необходимости доказывать теоремы анализа на арифметической основе, а не на обращении к наглядным, но далеко не всегда точным представлениям геометрии и механики.

В этот период оформляется новая математическая дисциплина – векторное исчисление, отвечавшее, в первую очередь, потребностям механики и физики. Н. Лобачевский отверг возможность доказательства так называемой «аксиомы Эвклида о параллельных линиях» с помощью прочих аксиом. Эта аксиома гласила, что «через точку, не лежащую на данной прямой, проходит не больше чем одна прямая, лежащая с данной прямой в одной плоскости и не пересекающая ее». Н. Лобачевский детально разработал новую геометрическую систему: «Через одну точку, не лежащую на данной прямой, проходит по крайней мере две прямые, лежащие с данной прямой в одной плоскости и не пресекающие ее». Теория Н. Лобачевского не была принята его современниками. Неэвклидова геометрия была почти одновременно открыта К. Гауссом в 1819 г. Приоритет в обнародовании Н. Лобачевским неэвклидовой геометрии стал достоянием научного общества уже после смерти самого ученого и его оппонента К. Гаусса. Его взгляды на основание геометрии и открытие Н. Лобачевского были изложены в переписке 1840 г., опубликованной лишь в 1860-1865 гг.



Астрономия

Успехи астрономических исследований в этот период были подготовлены совершенствованием астрономических приборов и методов наблюдений небесных тел и накоплением данных астрономических наблюдений. В 1755 г. выдающийся немецкий философ И. Кант выдвинул первую космогоническую гипотезу. В 1796 г. С. Лаплас конкретизировал гипотезу образования планет из газового облака, вращавшегося вокруг Солнца и простиравшегося за пределы возникшей из него солнечной системы. С помощью крупных телескопов Гершель открыл планету Уран, два спутника Сатурна, ряд туманностей и звездных скоплений.

Существенное значение для дальнейшего развития астрономии в России имели работы обсерватории Дерптского университета. В начале XIX в. студент-филолог В. Струве заинтересовался астрономией. Наблюдение двойных звезд и измерение дуги меридиана на территории Лифлндии, проведенные под руководством В. Струве, принесли Дерптской обсерватории мировую известность, а ученому – славу. В 1822 г. он был избран членом-корреспондентом Императорской Академии наук, а в 1832 г. стал академиком. В дальнейшем благодаря таким первоклассным инструментам, как меридианный круг Рейхенбаха и Эртеля и девятисекундного ахроматического рефрактора Фраунгофера ему удалось измерить первый параллакс звезды Веги. В опубликованных в 1847 г. «Этюдах звездной астрономии» В. Струве впервые доказал существование поглощения света в межзвездном пространстве и увеличение числа звезд в единице объема по мере приближения к плоскости Млечного Пути.

Спектральный анализ, разработанный немецкими учеными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом, являлся одним из основных научных методов современной астрофизики. Спектральный анализ дал возможность исследовать строение и химический состав звездной материи и туманностей. Посредством систематических исследований удалось установить наличие в солнечной и в звездной материи большинства элементов, известных на Земле.

Механика

Если механика конца XVII – отчасти XVIII в. занималась в основном задачами движения материальной точки и системы точек, имевшими особенно важное значение для проблем небесной механики, то в XIX в. центр внимания был перенесен на разработку вопросов физической и прикладной механики.

Первая половина XIX в. отмечена значительными успехами в аналитической механике. Многочисленные исследования М. Остроградского в Петербурге можно условно разделить на три группы: 1) связанные с началом возможных перемещений, 2) с дифференциальными уравнениями механики, 3) с решением частных задач механики. Одним из важных вопросов механики являлась задача интегрирования уравнений движения, которое составляет вариационный принцип. В исследованиях по уравнениям динамики М. Остроградский дал каноническую форму уравнений динамики и установил теоремы о характеристической функции, принимая связи системы, зависящими от времени. Ученый доказал, что задача определения интегралов канонических уравнений эквивалентна нахождению полного интеграла некоторого дифференциального уравнения в частных производных. Все искомые интегралы канонических уравнений можно найти дифференцированием полного интеграла уравнения в частных производных.

Работы по баллистике были предприняты М. Остроградским по заданию русского артиллерийского ведомства. В мемуарах «Заметка о движении сферического снаряда в сопротивляющейся среде» и «О движении сферического снаряда в воздухе» М. Остроградский исследовал актуальный для артиллерии того времени вопрос о движении центра тяжести и о вращении сферического снаряда, геометрический центр которого не совпадает с центром тяжести. Здесь был сделан существенный шаг по сравнению с более ранними исследованиями С. Пуассона, который изучил движение сферических снарядов в допущении, что эти два центра совпадают.

Одновременно с исследованиями по общим основаниям теоретической механики – развитием вариационных принципов – было положено начало теории механизмов. В связи с ростом промышленности возникли новые проблемы в области конструирования и усовершенствования машин. Анализируя недостатки в работе так называемого параллелограмма Д. Уатта, который служит для перевода вращательного движения кривошипа в прямолинейное (приближенное) движение поршня и обратно, П. Чебышев выбрал в качестве объекта исследования проблему синтеза шарнирных механизмов, то есть построение механизмов, выполняющих заданное движение. Среди других механизмов, исследованных и построенных П. Чебышевым, – механизм для превращения вращательного движения кривошипа в колебательное движение коромысла с двумя качаниями за один оборот кривошипа, кулисный механизм паровой машины и др. Изучая те части траекторий, описываемых различными точками шатуна, которые мало отличаются от окружностей и присоединяя дополнительные звенья, П. Чебышев создал механизмы с остановками: отдельные звенья их на некоторое время останавливаются, хотя ведущее звено продолжает вращаться.

В XIX в. машину стали рассматривать как устройство для передачи сил (или движения) с изменением их величины и направления. Разрабатываются и совершенствуются аналитические методы механики и закладываются основы прикладной механики.

Основным в прикладной механике являются понятия механической работы и уравнения движения машин. Важной задачей было определение коэффициента полезного действий машин, проблема обеспечения равномерного движения машин, в связи, с чем весьма важной стала проблема устойчивости движения в машинах.

Прикладная механика включала в себя изложение начал гидравлики, теории гидравлических двигателей, теории паровых машин и паровых котлов. В 30-х гг. XIX в. теория упругости и сопротивления материалов оформились в самостоятельную научную дисциплину. После появления водяных турбин выделяется гидравлика и теория гидравлических двигателей. Кинематика как самостоятельный раздел механики возникла только в первой половине XIX в. под влиянием запросов машинной техники и необходимости исследования передачи движений в механизмах. Крупнейшую роль в этом новом направлении сыграла выдвинутая Г. Монжем идея разработки кинематики механизмов. Первыми специальными работами по кинематике механизмов можно считать книгу Виллиса «Принципы механики» (1841), работу Л. Бурместера «Учебник по кинематике» и сочинение Ф. Рело «Теоретическая кинематика» (1875)

На основе изучения свойств прямолинейно направленных механизмов Уатта Чебышев создал математическую теорию синтеза направляющих механизмов самых разнообразных назначений.

Термодинамика

Исследование паровых машин привело к разработке основных начал термодинамики – науки, изучающей законы теплового равновесия и превращения теплоты в другие виды энергии. Карно указывал, что полезная работа в паровых машинах может быть получена только при переходе тепла от более нагретого к телу более холодному. Для того чтобы передать тепло от холодного тела к более нагретому, необходимо затратить работу. Сущность второго начала термодинамики, по Клаузиусу, заключается в том, что теплота не может сама по себе перейти от более холодного тела к более теплому. Клаузиус впервые ввел понятие энтропии – одну из основных термодинамических величин.

Важнейшее значение для развития техники имело открытие первого закона термодинамики, согласно которому количество теплоты, сообщенное материальной системе, равно сумме прироста внутренней энергии системы и количества произведенной ею работы.

Закон сохранения и превращения энергии был сформулирован выдающимся немецким ученым Р. Майером. Этот закон в 1841 г. Р. ер впервые изложил в своем труде «О количественном и качественном определении сил». Закон сохранения и превращения «сил», по Р. еру, заключается в том, что движение, теплота, электричество, химические процессы и т.п. являются качественно различными формами «сил», превращающихся друг в друга при неизменных количественных соотношениях.





sdamzavas.net - 2018 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...