Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






В 1-й пол. 17 в. началось успешное изучение






газов. Ученик Галилея Э. Торричелли установил существование атм. давления и создал первый барометр. Р. Бойль и Э. Mapuomm исследовали упругость газов и сформулировали первый газовый закон, носящий их имя. В. Снеллиус и Р. Декарт открыли закон преломления света. В это же время был создан микроскоп. Значительный шаг вперёд в изучении магнитных явлений был сделан в самом нач. 17 в. У. Гильбертом. Он доказал, что Земля является большим магнитом, и первый строго разграничил электрич. и магнитные явления.

Осн. достижением Ф. 17 в. было создание классич. механики. Развивая идеи Галилея, X. Гюйгенса и др. предшественников, И. Ньютон в труде " Математические начала натуральной философии" (1687) сформулировал все осн. законы этой науки (см. Ньютона законы механики). При построении классич. механики впервые был воплощён идеал науч. теории, существующий и поныне. С появлением механики Ньютона было окончательно понято, что задача науки состоит в отыскании наиболее общих количественно формулируемых законов природы.

Наибольших успехов механика Ньютона достигла при объяснении движения небесных тел. Исходя из законов движения планет, установленных И. Кеплером на основе наблюдений Т. Браге, Ньютон открыл закон всемирного тяготения (см. Ньютона закон тяготения). С помощью этого закона удалось с замечат. точностью рассчитать движение Луны, планет и комет Солнечной системы, объяснить приливы и отливы в океане. Ньютон придерживался концепции дальнодействия, согласно к-рой взаимодействие тел (частиц) происходит мгновенно непосредственно через пустоту; силы взаимодействия должны определяться экспериментально. Им были впервые чётко сформулированы классич. представления об абсолютном пространстве как вместилище материи, не зависящем от её свойств и движения, и абсолютном равномерно текущем времени. Вплоть до создания теории относительности эти представления не претерпели никаких изменений.

В это же время Гюйгенс и Г. Лейбниц сформулировали закон сохранения количества движения; Гюйгенс создал теорию физ. маятника, построил часы с маятником.

Началось развитие физ. акустики. М. Мерсенн измерил число собств. колебаний звучащей струны и впервые определил скорость звука в воздухе. Ньютон теоретически вывел формулу для скорости звука.

Во 2-й пол. 17 в. начала быстро развиваться геометрич. оптика применительно к конструированию телескопов и др. оптич. приборов, а также были заложены основы физич. оптики. Ф. Гримальди открыл дифракцию света, а Ньютон провёл фундаментальные исследования дисперсии света. С этих работ Ньютона берёт начало оптич. спектроскопия. В 1676 О. К. Рёмер впервые измерил скорость света. Почти одновременно возникли и начали развиваться две различные теории о физ. природе света - корпускулярная и волновая (см. Оптика). Согласно корпускулярной теории Ньютона, свет - это поток частиц, движущихся от источника по всем направлениям. Гюйгенс заложил основы волновой теории света, согласно к-рой свет - это поток волн, распространяющихся в особой гипотетич. среде - эфире, заполняющем всё пространство и проникающем внутрь всех тел.

Т. о., в 17 в. была построена в основном классич. механика и начаты исследования в др. областях Ф.: в оптике, учении об электрич. и магнитных явлениях, теплоте, акустике.

В 18 в. продолжалось развитие классич. механики, в частности небесной механики. По небольшой аномалии в движении планеты Уран удалось предсказать существование новой планеты - Нептун (открыта в 1846). Уверенность в справедливости механики Ньютона стала всеобщей. На основе механики была создана единая механич. картина мира, согласно к-рой всё богатство, всё качеств. многообразие мира - результат различия в движении частиц (атомов), слагающих тела, движении, подчиняющемся законам Ньютона. Эта картина многие годы оказывала сильнейшее влияние на развитие Ф. Объяснение физ. явления считалось научным и полным, если его можно было свести к действию законов механики.

Важным стимулом для развития механики послужили запросы развивающегося произ-ва. В работах Л. Эйлера и др. была разработана динамика абсолютно твёрдого тела. Параллельно с развитием механики частиц и твёрдых тел шло развитие механики жидкостей и газов. Трудами Д. Бернулли, Эйлера, Ж. Лагранжа и др. в 1-й пол. 18в. были заложены основы гидродинамики идеальной жидкости - несжимаемой жидкости, лишённой вязкости и теплопроводности. В " Аналитической механике" (1788) Лаг-ранжа уравнения механики представлены в столь обобщённой форме, что в дальнейшем их удалось применить и к немеханическим, в частности электромагнитным, процессам.

В других областях Ф. происходило накопление опытных данных и формулировались простейшие экспериментальные законы. Ш. Ф. Дюфе открыл существование двух видов электричества и определил, что одноимённо заряженные тела отталкиваются, а разноимённо заряженные - притягиваются. Б. Франклин установил закон сохранения электрич. заряда. Г. Кавендиш и независимо Ш. Кулон открыли осн. закон электростатики, определяющий силу взаимодействия неподвижных электрич. зарядов (Кулона закон). Возникло учение об атм. электричестве. Франклин, М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман доказали электрич. природу молнии. В оптике продолжалось совершенствование объективов телескопов. Трудами П. Бугера и И. Ламберта начала создаваться фотометрия. Были открыты инфракрасные (В. Гершелъ, англ. учёный У. Волластон) и ультрафиолетовые (нем. учёный Н. Риттер, Волластон) лучи.

Заметный прогресс произошёл в исследовании тепловых явлений; после открытия Дж. Блэком скрытой теплоты плавления и экспериментального доказательства сохранения теплоты в калориметрич. опытах стали различать темп-ру и количество теплоты. Было сформулировано понятие теплоёмкости, начато исследование теплопроводности и теплового излучения. При этом одновременно утвердились неправильные взгляды на природу тепла: теплоту стали рассматривать как особого рода неуничтожимую невесомую жидкость - теплород, способную перетекать от нагретых тел к холодным. Теория теплоты, согласно к-рой теплота - это вид внутр. движения частиц, потерпела временное поражение, несмотря на то что её поддерживали и развивали такие выдающиеся учёные, как Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли, Ломоносов и др.

Классическая физика (19 в.). В нач. 19 в. длительная конкуренция между корпускулярной и волновой теориями света завершилась окончательной, казалось бы, победой волновой теории. Этому способствовало успешное объяснение Т. Юнгом и О. Ж. Френелем явления интерференции и дифракции света с помощью волновой теории. Эти явления присущи исключительно волновому движению, и объяснить их с помощью корпускулярной теории представлялось невозможным. В это же время было получено решающее доказательство поперечности световых волн (Френель, Д. Ф. Араго, Юнг), открытой ещё в 18 в. (см. Поляризация света). Рассматривая свет как поперечные волны в упругой среде (эфире), Френель нашёл количеств. закон, определяющий интенсивность преломлённых и отражённых световых волн при переходе света из одной среды в другую (см. Френеля формулы), а также создал теорию двойного лучепреломления.

Большое значение для развития Ф. имело открытие Л. Галъвани и А. Вольта электрич. тока. Создание мощных источников постоянного тока - гальванич. батарей - дало возможность обнаружить и изучить многообразные действия тока. Было исследовано химическое действие тока (Г. Дэви, М. Фарадей).В.В. Петров получил электрическую дугу. Открытие X. К. Эрстедом (1820) действия электрич. тока на магнитную стрелку доказало связь между электричеством и магнетизмом. Основываясь на единстве электрич. и магнитных явлений, А. Ампер пришёл к выводу, что все магнитные явления обусловлены движущимися заряженными частицами - электрич. током. Вслед за этим Ампер экспериментально установил закон, определяющий силу взаимодействия электрич. токов (Ампера закон).

В 1831 Фарадей открыл явление электромагнитной индукции (см. Индукция электромагнитная). При попытках объяснения этого явления с помощью концепции дальнодействия встретились значит. затруднения. Фарадей высказал гипотезу (ещё до открытия электромагнитной индукции), согласно к-рой электромагнитные взаимодействия осуществляются посредством промежуточного агента - электромагнитного поля (концепция близкодействия). Это послужило началом формирования новой науки о свойствах и законах поведения особой формы материи - электромагнитного поля.

В нач. 19 в. Дж. Дальтон ввёл в науку (1803) представление об атомах как мельчайших (неделимых) частицах вещества- носителях хим. индивидуальности элементов.

К 1-й четверти 19 в. был заложен фундамент Ф. твёрдого тела. На протяжении 17-18 и начала 19 вв. происходило накопление данных о макроскопич. свойствах твёрдых тел (металлов, технич. материалов, минералов и т. п.) и установление эмпирич. законов поведения твёрдого тела под влиянием внешних воздействий (механич. сил, нагревания, электрич. и магнитных полей, света и т. д.). Исследование упругих свойств привело к открытию Тука закона (1660), исследование электропроводности металлов - к установлению Ома закона (1826), тепловых свойств - закона теплоёмкостей Дюлонга и Пти (1819) (см. Дюлонга и Пти закон). Были открыты осн. магнитные свойства твёрдых тел. В это же время была построена общая теория упругих свойств твёрдых тел (Л. М. А. Навье, 1819-26, О. Л. Коши, 1830). Почти для всех этих результатов характерна трактовка твёрдого тела как сплошной среды, хотя уже значит. частью учёных было признано, что твёрдые тела, являющиеся в большинстве своём кристаллами, обладают внутр. микроскопич. структурой.

Важнейшее значение для Ф. и всего естествознания имело открытие закона сохранения энергии, связавшего воедино все явления природы. В сер. 19 в. опытным путём была доказана эквивалентность количества теплоты и работы и т. о. установлено, что теплота представляет собой не какую-то гипотетическую невесомую субстанцию - теплород, а особую форму энергии. В 40-х гг. 19 в. Ю. Р. Майер, Дж. Джоуль и Г. Гельм-гольц независимо открыли закон сохранения и превращения энергии. Закон сохранения энергии стал осн. законом теории тепловых явлений (термодинамики), получив название первого начала термодинамики.

Ещё до открытия этого закона С. Карно в труде " Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу" (1824) получил результаты, послужившие основой для др. фундаментального закона теории теплоты- второго начала термодинамики. Этот закон сформулирован в работах Р. Клау-зиуса (1850) и У. Томсона (1851). Он является обобщением опытных данных, свидетельствующих о необратимости тепловых процессов в природе, и определяет направление возможных энергетич. процессов. Значит. роль в построении термодинамики сыграли исследования Ж. Л. Гей-Люссака, на основе к-рых Б. Клапейроном было найдено уравнение состояния идеального газа, обобщённое в дальнейшем Д. И. Менделеевым.

Одновременно с развитием термодинамики развивалась молекулярно-кинетич. теория тепловых процессов. Это позволило включить тепловые процессы в рамки механич. картины мира и привело к открытию нового типа законов-статистических, в к-рых все связи между физ. величинами носят вероятностный характер.

На первом этапе развития кинетич. теории наиболее простой среды - газа- Джоуль, Клаузиус и др. вычислили ср. значения различных физ. величин: скорости молекул, числа их столкновений в секунду, длины свободного пробега и т. д. Была получена зависимость давления газа от числа молекул в единице объёма и средней кинетич. энергии поступат. движения молекул. Это позволило вскрыть физ. смысл темп-ры как меры средней кинетич. энергии молекул.

Второй этап развития молекулярно-кинетич. теории начался с работ Дж. К. Максвелла. В 1859, введя впервые в Ф. понятие вероятности, он нашёл закон распределения молекул по скоростям (см. Максвелла распределение). После этого возможности молекулярно-кинетич. теории необычайно расширились и привели в дальнейшем к созданию статистич. механики. Л. Болъцман построил кинетическую теорию газов и дал статистич. обоснование законов термодинамики. Осн. проблема, к-рую в значит. степени удалось решить Больцману, заключалась в согласовании обратимого во времени характера движения отд. молекул с очевидной необратимостью макроскопич. процессов. Термодинамич. равновесию системы, по Больцману, соответствует максимум вероятности данного состояния. Необратимость процессов связана со стремлением систем к наиболее вероятному состоянию. Большое значение имела доказанная им теорема о равномерном распределении средней кинетич. энергии по степеням свободы.

Классич. статистич. механика была завершена в работах Дж. У. Гиббса (1902), создавшего метод расчёта функций распределения для любых систем (а не только газов) в состоянии термо-динамич. равновесия. Всеобщее признание статистич. механика получила в 20 в. после создания А. Эйнштейном и М. Смолуховским (1905-06) на основе молекулярно-кинетической теории количественной теории броуновского движения, подтверждённой в опытах Ж. Б. Перрена.

Во 2-й пол. 19 в. длит. процесс изучения электромагнитных явлений был завершён Максвеллом. В своей осн. работе " Трактат об электричестве и магнетизме" (1873) он установил уравнения для электромагнитного поля (носящие его имя), к-рые объясняли все известные в то время факты с единой точки зрения и позволяли предсказывать новые явления. Электромагнитную индукцию Максвелл интерпретировал как процесс порождения переменным магнитным полем вихревого элект-рич. поля. Вслед за этим он предсказал обратный эффект - порождение магнитного поля переменным электрич. полем (см. Ток смещения). Важнейшим результатом теории Максвелла был вывод о конечности скорости распространения электромагнитных взаимодействий, равной скорости света. Экспериментальное обнаружение электромагнитных волн Г. Р. Герцем (1886-89) подтвердило справедливость этого вывода. Из теории Максвелла вытекало, что свет имеет электромагнитную природу. Тем самым оптика стала одним из разделов электродинамики. В самом конце 19 в. П. Н. Лебедев обнаружил на опыте и измерил давление света, предсказанное теорией Максвелла, а А. С. Попов впервые использовал электромагнитные волны для беспроволочной связи.

В 19 в. Г. Кирхгоф и П. Бунзен заложили основы спектрального анализа (1859). Продолжалось также развитие механики сплошных сред. В акустике была разработана теория упругих колебаний и волн (Гельмгольц, Дж. У. Рэлей и др.). Возникла техника получения низких темп-р. Были получены в жидком состоянии все газы, кроме гелия, а в нач. 20 в. X. Камерлинг-Оннес (1908) ожижил гелий.

К кон. 19 в. Ф. представлялась современникам почти завершённой. Казалось, что все физ. явления можно свести к механике молекул (или атомов) и эфира. Эфир рассматривался как механич. среда, в к-рой разыгрываются электромагнитные явления. Один из крупнейших физиков 19 в.- У. Томсон обращал внимание лишь на два необъяснимых факта: отрицат. результат Майкельсона опыта по обнаружению движения Земли относительно эфира и непонятную с точки зрения молекулярно-кинетич. теории зависимость теплоёмкости газов от темп-ры. Однако именно эти факты явились первым указанием на необходимость пересмотра осн. представлений Ф. 19 в. Для объяснения этих и множества др. фактов, открытых впоследствии, понадобилось создание теории относительности и квантовой механики, Релятивистская и квантовая физика. Физика атомного ядра и элементарных частиц (кон. 19-20 вв.). Наступление новой эпохи в Ф. было подготовлено открытием электрона Дж. Томсоном в 1897. Выяснилось, что атомы не элементарны, а представляют собой сложные системы, в состав к-рых входят электроны. Важную роль в этом открытии сыграло исследование электрич. разрядов в газах.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.