Чем точка зрения галилея касающаяся движения тел отличается от точки зрения аристотеля

Вопросы.

1. Как движется тело, если на него не действуют другие тела?

Тело движется равномерно и прямолинейно, либо покоится.

2. Тело движется прямолинейнои равномерно. Меняется ли при этом его скорость?

Если тело движется равномерно и прямолинейно, то его скорость не меняется.

3. Какие взгляды относительно состояния покоя и движения тел существовали до начала XVII в.?

До начала XVII века господствовала теория Аристотеля, согласно которой, если на него не оказывается внешнее воздействие, то оно может покоится, а для того, чтобы оно двигалось с постоянной скоростью на него непрерывно должно действовать другое тело.

4. Чем точка зрения Галилея, касающаяся движения тел, отличается от точки зрения Аристотеля?

Точка зрения Галилея, о движении тел, отличается от точки зрения Аристотеля тем, что тела могут двигаться в отсутствие внешних сил.

5. Как проводился опыт, изображенный на рисунке 19, и какие выводы из него следуют?

Ход опыта. На тележке, движущейся равномерно и прямолинейно, относительно земли, находятся два шарика. Один шарик покоится на дне тележки, а второй подвешен на нити. Шарики находятся в состоянии покоя относительно тележки, так как силы действующие на них уравновешены. При торможении оба шарика приходят в движение. Они изменяют свою скорость относительно тележки, хотя на них не действуют никакие силы. Вывод: Следовательно, в системе отсчёта, связанной с тормозящей тележкой закон инерции не выполняется.

6. Как читается первый закон Ньютона? ( в современной формулировке)?

Первый закон Ньютона в современной формулировке: существуют такие системы отсчета, относительно которых тела сохраняют свою скорость неизменной, если на них не действуют другие тела (силы) или действие этих тел (сил) скомпенсировано (равно нулю).

7. Какие системы отсчёта называются инерциальными, а какие — неинерциальными?

Системы отсчёта, в которых выполняется закон инерции называются инерциальными, а в которых не выполняется — неинерциальными.

8. Можно ли в ряде случаев считать инерциальными системы отсчёта, связанные с телами, которые покоятся или движутся прямолинейно и равномерно относительно земли?

Да, можно. Это вытекает из определения инерциальных систем отсчета.

9. Инерциальна ли система отсчета, движущаяся с ускорением, относительно какой-либо инерциальной системы?

Нет, не инерциальна.

1. На столе, в равномерно и прямолинейно движущемся поезде стоит легкоподвижный игрушечный автомобиль. При торможении поезда автомобиль без всякого внешнего воздействия покатился вперед, сохраняя свою скорость относительно земли.
Выполняется ли закон инерции: а) в системе отсчета, связанной с землёй; б) в системе отсчета, связанной с поездом, во время его прямолинейного и равномерного движения? Во время торможения?
Можно ли в описанном случае считать инерциальной систему отсчета, связанную с землёй? с поездом?

а) Да, закон инерции выполняется во всех случаях, т.к. машинка продолжила движение относительно Земли; б) В случае равномерного и прямолинейного движения поезда закон инерции выполняется (машинка неподвижна), а при торможении нет. Земля во всех случаях является инерциальной системой отсчета, а поезд только при равномерном и прямолинейном движении.

Если это про Инертность, то Аристотель считал, что если на тело не действует никаких сил, то оно неподвижно.Галилей доказал, что если на тело не действует никаких сил, оно либо неподвижно либо двигается равноускоренно и прямолинейно.

Другие вопросы из категории

оптическую силу линзы. Каков характер изображения в линзе?

Читайте также

движений тело за 2 часа на 120км то какое расстояние тело пройдет за 15 мин

проекция скорости движения тела к тому моменту когда проеция перемещения составила Δrx=-24м?

скорости движения тела и определите егоо скорость в конце пятой секунды.

-каков вид этого движения на участках AB и BC;
-чему равна скорость движения тела на этих участках;
-каков путь,пройденный телом за 4 с?

движение тела описывается уравнением движения : x=10-8t+(t в квадрате). Написать уравнение скорости движения.Через какое время от начала движения его координата будет равна нулю?

3)Тело брошено вертикально вверх со скоростью V(нулевое)=16 м/с.На какой высоте кинетическая энергия тела равна его потенциальной энергии?

4)Тело скользит по наклонной плоскости. Угол наклона которой к горизонту = 30 градусам. Определить ускорение тела, если коэффицент трения между телом и поверхностью плоскости k=0.1

5)Два шара с массами m1= 0.7 кг и m2= 0.4 кг движутся по гладкой горизонтальной поверхности навстречу друг другу со скоростями v1= 2 м/с v2= 5 м/с .Найдите их скорость v после центрального абсолютно неупругого удара.

Как движется тело, если на него не действуют..

Вопросы:

1. Как движется тело, если на него не действуют другие тела?
2. Тело движется прямолинейно и равномерно. Меняется ли при этом его скорость?
3. Какие взгляды, относительно состояния покоя и движения тел существовали до начала XVII в.?
4. Чем точка зрения Галилея, касающаяся движения тел, отличается от точки зрения Аристотеля?
5. Как проводился опыт, изображенный на рисунке 19, и какие выводы из него следуют?
6. Как читается первый закон Ньютона (в современной формулировке)?
7. Какие системы отсчета называются инерциальными, а какие — неинерциальными?
8. Можно ли в ряде случаев считать инерциальными системы отсчета, связанные с телами, которые покоятся или движутся прямолинейно и равномерно относительно земли?
9. Инерциальна ли система отсчета, движущаяся с ускорением, относительно какой-либо инерциальной системы?

Вопрос 2 § 10 Физика 9 класс Перышкин. Галилей и Аристотель

Чем отличаются взгляды Галилея от взглядов Аристотеля в вопросе об условиях равномерного движения тел?

До начала XVII века господствовала теория Аристотеля, согласно которой, если на него не оказывается внешнее воздействие, то оно может покоится, а для того, чтобы оно двигалось с постоянной скоростью на него непрерывно должно действовать другое тело.
Точка зрения Галилей, о движении тел, отличается от точки зрения Аристотеля тем, что тела могут двигаться в отсутствие внешних сил.

Чем отличаются взгляды Галилея от взглядов Аристотеля в вопросе об условиях равномерного движения тел?

Ответ или решение 2

Равномерное движение

В физике рассматриваются три вида равномерного движения:

1. равномерное движение по окружности;
2. вращательное равномерное движение вокруг оси;
3. прямолинейное равномерное движение.

Самым спорным видом оказалось прямолинейное равномерное движение (с постоянной скоростью по траектории — прямой линии). Последователи Аристотели утверждали, что для поддержания такого движения необходимо, чтобы на тело действовала какая-то сила. Галилей же сказал, что тело способно двигаться прямолинейно равномерно и вечно по инерции, если как раз, наоборот, устранить действие на тело каких-то посторонних сил или уравновесить их действие.

Почему же Аристотель заблуждался? Потому что в обычных условиях противодействие движению со стороны силы трения и сопротивления среды трудно распознаваемо и долго оставалось не учтённым. А именно эти силы останавливают тела, двигающиеся по инерции.

Аристотель о движении тел

Древнегреческий учёный, величайший мыслитель своей эпохи Аристотель, говоря о вертикальном движении, утверждал, что «скорость падения пропорциональна весу тела». Говоря о горизонтальном движении, он говорил, что «движение происходит, пока действует «побудительная причина» (сила), и в отсутствие силы прекращается». Оба этих утверждения опроверг итальянский учёный эпохи Возрождения Галилео Галилей.

Галилей о движении тел

Галилео Галилея считают основателем экспериментальной физики. Исследуя движение тел в поле земного тяготения, он использовал не просто умозрительные заключения, а с помощью опытов на пизанской башне и математических расчетов заложил основу классической механики. Его закон о прямолинейно двигающемся теле по инерции стал первым законом динамики Ньютона. Галилео Галилей установил, что «ускорение свободного падения не зависит от тела» и что «при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо равномерно движется». Он сформулировал принцип относительности движения.

Аристотель утверждал, что при любом виде движения, в том числе и равномерном, должна быть причина (должна действовать сила).

Г. Галилей был уверен в том, что если тело движется равномерно, то сила может и не действовать (принцип инерции движения). Ученный в этом вопросе ближе всего подошел к выводам, сделанным Исааком Ньютоном (первый закон Ньютона — закон инерции.).

Взгляды Аристотеля на движение тел

Земля считалась центром Вселенной Аристотеля и его фишки Тяжелые предметы должны падать на Землю, а легкие — подниматься вверх. Аристотель писал:

«Я именую легким то, что всегда стремится двигаться вверх, и тяжелым то, что всегда стремится двигаться вниз при отсутствии какого-либо вмешательства».

«… естественное движение Земли, так же, как и движение отдельных ее частей, направлено к центру Вселённой: вот почему сейчас Земля находится в центре… Легкие тела, подобные огню, движение которых противоположно движению тяжелых тел, стремятся к краю области, окружающей центр».

Вселенная Аристотеля была замкнута, ограничена снаружи небесной сферой и заполнена воздухом, землей, огнем, водой и небесной субстанцией. Между граничной небесной сферой и Землей, расположенной в центре, находились сферы всех планет, Солнца и Луны. Каждая из этих сфер вращалась вокруг Земли, а все пространство между ними было заполнено «пленой» (plenea — подобие эфира, субстанция, прозрачная, как воздух).

Наряду с телами, естественное движение которых было направлено либо вниз, либо вверх, Аристотель ввел понятие небесного вещества (то, из чего состояли звезды и планеты), естественное движение которого— вращение вокруг центра Вселенной. Таким образом, все виды движения разбивались им на два класса: естественное движение, т. е. движение, определяемое природой тела и не требующее никакого внешнего воздействия, и силовое (принудительное) движение, не зависящее от природы тела, а определяемое внешними силами.

Элементы, из которых Аристотель построил свою Вселенную, различались между собой в основном не по материальному содержанию, а по характеру их естественных движений и стремлению занять различные места в пространстве. Если тело не находится в состоянии своего естественного движения, значит, согласно Аристотелю, на него действует внешняя сила. Например, повозка, движущаяся по дороге, не совершает естественного движения к центру из-за действия приложенной к ней силы со стороны лошади. Звезды же и Луна не требуют для своего движения вокруг Земли никакой силы, так как они состоят из небесного вещества и находятся в естественном движении. Таким образом, место, которое занимает тело, имеет абсолютное значение; центр Вселенной отличается от ее периферии, что означает фундаментальную связь между геометрией пространства и характером движения тел.

Физические теории Аристотеля являлись систематизацией взглядов того времени; они соответствовали фактам в той мере, в какой Аристотель их понимал. Явления, на которые ссылался Аристотель, были просты: лошадь непрерывно напрягалась, чтобы тянуть повозку по ровной дороге, или камень опускался на дно озера. Из подобных явлений можно было непосредственно заключить, что для толкания повозки требуется сила, а тяжелые предметы падают быстрее, чем легкие. Казалось, что единственными движениями, которые не требуют внешнего воздействия, являются падение тел (если они тяжелые), подъем их вверх (если они легкие) и вращение вокруг Земли (если тела состоят из небесного вещества). На предмет, движущийся по прямой линии с постоянной скоростью (например, на повозку), должна действовать сила. Так образом, Аристотель никогда не рассматривал то, что мы называем теперь трением или сопротивлением, как силу, отделенную от движения. Когда это отделение было окончательно проведено, возникло понятие инерции и сложились все современные взгляды на движение тел 1 .

1. Вероятно, грекам не часто представлялись случаи перемещаться настолько плавно (подобно движению в самолете или на океанском лайнере), чтобы невозможно было определить, не выглядывая в окно, движутся они или нет. Подобные случаи сразу же дают почувствовать то, что позднее будет названо законом инерции: чтобы перемещаться с равномерной скоростью, не требуется дополнительной тяги или толкания. Такие ощущения греки могли бы, пожалуй, испытать лишь внутри корабля, движущегося по очень спокойному морю. Однако Эгейское море не отличается спокойствием. (Анализ физики Аристотеля можно найти и в книге Куна)

Вестник Педагога

Автор: Черепкова Яна Юрьевна
Должность: учитель физики
Учебное заведение: МБОУ «СШ №10 с углубленным изучением отдельных предметов»
Населённый пункт: город Елец, Липецкая область
Наименование материала: методическая разработка
Тема: «Инерциальные системы отсчета. Первый закон Ньютона.»
Дата публикации: 04.01.2016

Текстовая часть публикации

ТЕМА УРОКА : « Инерциальные системы отсчета. I закон Ньютона »
Выполните задания , используя §10. 1) Ответьте на вопросы: А) Как движется тело , если на него не действуют другие тела ? Б) Чем точка зрения Галилея , касающаяся движения тел , отличается от точки зрения Аристотеля? В) Как читается I закон Ньютона ( в современной формулировке) ? 2) Спишите данные термины в тетрадь :
Инертность –
свойство, заключающееся в том, что тело не может изменить свою скорость мгновенно.
Инерция
— явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.
Инерциальная система отсчёта ( ИСО)
– система отсчёта, относительно которой свободная материальная точка, не подверженная действию других тел, движется равномерно и прямолинейно. 3) Перерисуйте рисунки в тетрадь и допишите выводы . Вывод: действия скомпенсированы , тело находится ………….. Вывод : действия скомпенсированы , но тело движется………………….. 4) Ответьте на вопросы : а) Почему при прополке сорняки не следует выдергивать из земли слишком быстро ? б) Массивный груз подвешен на тонкой нити, снизу к нему привязана точно такая же нить. Если медленно тянуть за нижнюю нить , то рвется верхняя , если резко дернуть нижнюю нить- рвется она. Почему ? в) Равнодействующая всех сил , действующих на движущийся мяч относительно ИСО, равна нулю. Какова траектория движения мяча ? ( точка, прямая или парабола) г) Водитель микроавтобуса, увидев стоящий на дороге автомобиль, нажал на тормоза, но не избежал столкновения. Объясните, почему? д) Почему необходимо закреплять грузы в кузове грузовика? е) Объясните назначение ремней безопасности в автомобиле. ж) Что произойдёт с наездником, если лошадь, прыгая через препятствие, споткнётся? з ) Мяч, спокойно лежащий на полу салона автомобиля при его равномерном движении, неожиданно покатился: а) вперед — по направлению движения автомобиля; б) назад — против движения; в) в правую сторону. На какое изменение в движении автомобиля указывает каждая ситуация?
Дома : § 10

Чем точка зрения галилея касающаяся движения тел отличается от точки зрения аристотеля

Опыты Галилея по изучению падения тел и качения по наклонной плоскости.

Дата: 1589 (падение тел), 1638 (наклонная плоскость).

Методы: построение математической модели, мысленный эксперимент изучение наблюдаемых явлений с количественной стороны.

Прямота: непосредственное измерение.

Искусственность изучаемых условий: условия, близкие к естественным (земным).

Исследуемые фундаментальные принципы: основной закон механики Ньютона (в упрощенной форме).

Галилео Галилей (1564–1642) не зря удостоился чести быть названным первым в истории физиком самим Ричардом Фейнманом — нобелевским лауреатом, одним из отцов квантовой электродинамики. Пожалуй, до него мало кто набирался необходимой смелости, чтобы взобраться на Пизанскую башню (высота — 56,7 м, что сравнимо с современным 18-этажным домом), прихватив с собой 80-килограммовое пушечное ядро — всего лишь для того, чтобы отправить последнее в стремительное падение на головы зевак. Это неудивительно, ведь дух догалилеевской физики был задан Аристотелем, для которого первородным, идеальным (и, следовательно, единственно достойным серьезного изучения) состоянием движения было умиротворенное, равномерное движение по окружности небесных сфер, которое по Аристотелю должно было царить в надлунном мире. Такое движение, однако, практически неинтересно с количественной точки зрения, поскольку характеризуется только (постоянной) скоростью, плоскостью, в которой лежит орбита, и ее радиусом. Тело, совершающее любые другие виды движения, согласно тому же Аристотелю, должно в конечном счете прийти к такому равновесному, идеальному движению, — найти свое т.н. «естественное место».

Мировоззрение, следовавшее из физики и метафизики Аристотеля, ограничивало физический эксперимент естествознанием, наблюдением за природой, наблюдением ее равновесия и безмятежного покоя. В эпоху Возрождения подобный образ ученого вытеснил образ смелого, незаурядного естествоиспытателя, т.е. ученого, использующего природу как полигон для своего экспериментального познания. Галилей, естественно, явился ярчайшим образцом ученого новой эпохи.

Однако нельзя забывать о заслугах Галилея, касающихся мысленных экспериментов в физике. Несмотря на кажущуюся обманчивость чисто логических рассуждений о реальной физической ситуации, некоторые мысленные эксперименты столь блистательно доказывают свои выводы, что опровергнуть их не получается и до сих пор. О подобных экспериментах, придуманных Галилеем, мы скажем чуть ниже. Несомненно, способность к логическому осмыслению экспериментальной ситуации до ее осуществления была унаследована Галилеем от философов Древней Греции.

Еще в студенческие годы Галилей начал сомневаться в справедливости положений Аристотеля, согласно которым тяжелое тело должно было падать быстрее легкого. Более того, древнегреческий философ полагал, что скорость тел, брошенных с одной высоты, в точке падения на землю будет пропорциональна их массам. Для опровержения первого положения своего великого предшественника Галилео Галилей использовал его же метод, т.е. метод логических рассуждений:

«Представим себе два тела, одно легкое, а другое — более тяжелое — соединенные между собой с помощью цепи. Сбросим эту систему тел с вершины башни. Если предположить, что более тяжелые тела действительно падают быстрее более легких тел, цепь вскоре натянется, поскольку легкое тело будет падать с запозданием, по сравнением с более тяжелым (и, следовательно, замедлять движение последнего — прим. ред.). В то же время, система, рассматриваемая в целом, тяжелее, чем более тяжелое тело, рассматриваемое по одиночке, и, следовательно, должна падать быстрее последнего. Это противоречие позволяет нам сделать заключение о несправедливости нашего предположения.»

Данный мысленный эксперимент и подтвердили опыты, проведенные на Пизанской башне в 1589 г. (см. рис. справа). Галилей сбрасывал с Пизанской башни пушечное ядро весом 80 кг и мушкетную пулю массой порядка 200 г. Выбором тел сферической формы Галилей рассчитывал уменьшить влияние сопротивления воздуха на их падение.

Несмотря на важность эксперимента Галилея, нельзя утверждать, что в нем была подтверждена точка зрения Галилея относительно падения тел в поле силы тяжести. Скорее, была опровергнута физика Аристотеля. Действительно, несложные вычисления показывают, что мушкетная пуля должна упасть на землю более чем на четверть секунды позже ядра — при том, что само падение должно было длиться всего-то 3–4 секунды. Более того, между пулей и ядром в момент достижения земли последним должно быть расстояние порядка 6 метров. Это расстояние сложно было не заметить тем, кто стоял у подножия башни. Поэтому остается уповать на тот факт, что по аристотелевской теории это расстояние должно было быть гораздо большим.

Любопытно отметить, что, согласно мемуарам самого Галилея, задуматься о независимости скорости падения тел от их масс его заставила сильная гроза с градом. Галилей заметил, что и большие, и маленькие градины с одной скоростью падают на землю, хотя имеют разный вес.

Наконец, на следующем видео астронавт Дэвид Скотт, стоящий на поверхности Луны, наблюдает, что молоток и перышко, одновременно брошенные с одной высоты, падают также одновременно. Надо, конечно, помнить, что Луна отличается от Земли не только отсутствием атмосферы, но и в 6 раз более слабым гравитационным полем, делающим проводимый эксперимент более убедительным.

Подтвердив качественно свою догадку о независимости скорости падения тела от его массы, Галилей решил исследовать падение тел количественно. Однако в его время не было приборов, позволявших измерять малые промежутки времени с хорошей точностью, поэтому исследовать падение напрямую не оставляло никаких перспектив. И тут голову великого ученого осенила мысль: а почему бы не заменить стремительное падение более медленным движением, но которое должно было бы обладать всеми теми же свойствами, что и первое? Помимо доступности для наблюдения, более медленное движение встречало бы и меньшее сопротивление воздуха, которое (в случае его существенного вклада) обманчиво приводило к выводам в стиле Аристотеля.

В качестве такого вида движения Галилей выбрал скатывание гладкого шара по наклонной плоскости (см. рис.). Необходимо отметить, что последовательная теория такого плоскопараллельного движения не могла быть построена во времена Галилея. Однако знаний механической части курса общей физики достаточно, чтобы вывести выражение для ускорения шара:

где — угол наклона плоскости к горизонту, , — масса и радиус шара соответственно, а — момент инерции шара относительно его центра. Для равномерно распределенного сплошного шара . Выходит, что замечательным образом скатывание шара по наклонной плоскости оказывается равноускоренным! Интуитивно предполагая именно такой характер движения шара, Галилей поставил в точках наклонной плоскости, которые шар должен пересечь в последовательные моменты времени (на расстояниях , , , от ее вершины, в соответствии с законом равноускоренного движения ) устройства, издававшие звук, когда шар прокатывался мимо (см. рис.). Далее, скатывая шар, он следил, действительно ли датчики звонят через равные промежутки времени. Поскольку точных часов в его время не было, для синхронизации Галилей использовал свой пульс или музыку играющего оркестра.

Мысленный эксперимент “корабль” Г. Галилея:
относительность движения

Методы: мысленный эксперимент.

Прямота эксперимента: мысленный эксперимент основан на непосредственном наблюдении качения шаров по наклонной плоскости.

Искусственность изучаемых условий: условия, близкие к естественным (земным).

Исследуемые фундаментальные принципы: принцип инерции и принцип относительности Галилея.

Равноускоренность движения по наклонной плоскости заставила Галилея задуматься о принципе инерции. Действительно, если тело движется равноускоренно, когда поверхность, лежащая под ним, наклонена к горизонту, — причем тем менее ускоренно, чем слабее она наклонена, — то как оно будет двигаться, если эта поверхность строго горизонтальна? С нулевым ускорением — таков ответ Галилея. Ничто не может заставить его ни начать двигаться быстрее, ни остановиться, если он лежит на горизонтальной плоскости, — тело будет сохранять скорость своего движения бесконечно долго. К такому же выводу приводит и другой экспериментальный факт, установленный Галилеем: если соединить две наклонные плоскости так, чтобы шар, скатившись с одной, сразу же поднимался по другой, он поднимется на ту же высоту, с которой был отпущен, независимо от наклона каждой из плоскостей (в пренебрежении силами трения, см. рис. справа). В этом случае, представив, что правая плоскость практически горизонтальна, мы получаем, что шар пройдет по ней бесконечное расстояние, пока не поднимется на свою изначальную высоту. Это, фактически, и означает, что по горизонтальной плоскости шар будет двигаться бесконечно долго.

В современной трактовке принцип инерции Галилея неразрывно связан с принципом относительности, носящим его же имя, который заодно является и первым законом механики Ньютона: все механические явления происходят одинаково во всех инерциальных системах отсчета при произвольных начальных условиях. Здесь инерциальная система отсчета подразумевает наблюдателя, движущегося свободно, без воздействия внешних сил.

Свой принцип относительности Галилей иллюстрирует мысленным экспериментом о корабле. Представим себе корабль, в котором имеется закрытая просторная каюта без окон. Тогда изучая механические явления в этой каюте при стоящем на месте корабле, мы не заметим никакого отличия в них от случая, когда корабль равномерно движется. Это, вообще говоря, является эмпирическим фактом: мы почувствуем наличие сил инерции, только когда корабль будет отчаливать. Конечно же, принцип Галилея можно выразить в виде точной формулы, следующей из механики Ньютона, но необходимо помнить, что исторически именно принцип относительности был положен в основу последней.

В процессе развития науки об электричестве и магнетизме на пути принципа относительности Галилея встала проблема: заряды в движущихся системах отсчета должны были порождать токи, поэтому в последних к их электростатическому (кулоновскому) взаимодействию должно было добавиться магнитостатическое (амперово). В итоге, в соответствии с механикой Ньютона, законы движения зарядов при переходе между системами отсчета преобразовывались вопреки принципу Галилея. Тем не менее, в 1905 г. А. Эйнштейн разрубил этот гордиев узел, положив в основу его специальной теории относительности постулат, по сути, возвращающий Галилея на пьедестал: все физические явления происходят одинаково во всех инерциальных системах отсчета, независимо от начальных условий. Под словом «все физические» подразумевалось «и механические, и электромагнитные». Последовательное внедрение принципа относительности Эйнштейна в механику потребовало изменить даже кинематику, в частности, представления о пространстве-времени. Тем не менее, идея об относительности и необходимости выделять из всех измеримых величин только имеющие физический смысл (как сейчас говорят, инварианты), восходит к Галилео Галилею и остается ключевой и в самых современных отраслях физики.

Галилей побеждает Аристотеля

Главным интеллектуальным событием раннего Возрождения было открытие классической греческой философии, особенно работ Аристотеля. Греческое интеллектуальное наследие было сохранено в Средние века арабской цивилизацией, которая вплоть до 13 века имела все права смотреть на Европу как на варварское захолустье. На ранних стадиях европейского «выздоровления» такие ученые, как Святой Фома Аквинский, из идей греческой мысли сформировали всеобъемлющую картину мира под названием схоластика (схоластицизм). К греческим достижениям в физике схоластики добавили мало, т.к. их более всего интересовали философия морали и богословие (теология).

Греческий вклад в изучение движения был скромен, греки сосредотачивались на проблемах статики. Поэтому схоластическая философия природы подчеркивала статический порядок Вселенной (нахождение каждого объекта на своем месте). Это показывало мудрость Создателя. Движение рассматривалось временным и, по-видимому, неестественным состоянием, изучение которого не бесполезно, но, конечно, вторично по важности. Камень падает потому, что ищет свое естественное место на земле, пламя стремится вверх, чтобы соединиться с божественным огнем звезд. Выяснять беспорядочные количественные детали таких процессов, когда их более важная космическая роль уже хорошо понята, считалось схоластиками бесплодным занятием. За три века от Фомы Аквинского до Галилея схоластика застыла в жесткую догму почти Священного писания. Её защитники самодовольно полагали, что она охватывает почти всё, что стоит знать, и респектабельные ученые проводили свою жизнь, близоруко изучая каждое слово Аристотеля.

Было бы несправедливо, однако, обвинять Аристотеля или же его средневековых последователей за игнорирование экспериментальных доказательств. Аристотель был аккуратным систематиком и наблюдателем, который верил, что в Природе существует порядок, ожидающий, что его обнаружат при наблюдении, сравнении и классификации. Великие описательные науки 19 века, такие как ботаника и зоология, были полностью аристотелевскими по их методологии.

Однако методы Галилея были более тонкими. Его записи обнаруживают, что он был замечательно искусным экспериментатором. Но, в отличие от современных подражателей Галилея, он не признавал эксперимент окончательным критерием истины. Галилей считал себя последователем Платона, полагая, что порядок существует не в природе, а в голове человека. Только чистый Разум способен подняться над чувствами, склонными к ошибкам, для того чтобы открыть высшую реальность, более совершенную, чем та, которую можно найти в самой Природе.

Но платонизм Галилея имел эмпирическую окраску. Из личного опыта он знал, что чистый разум, не подкрепленный чувствами, может увести очень далеко от истины. Тщательные наблюдения – верный способ устранить ошибки и вернуть разум на верный путь. Эксперименты также полезны и для того, чтобы убедить сомневающихся, которые не хотят следовать аргументам, или же просто упрямы, чтобы принять их. Но Галилей никогда не надеялся, что природа сама идеально выражает высокие истины науки, или что она открывает их пассивному наблюдателю. Но при тщательно выбранных условиях, отклонения от идеального состояния можно сделать достаточно малыми, чтобы их благополучно не учитывать. Именно эта любопытная напряженность между эмпиризмом и идеализмом делает возможным современную экспериментальную науку, освобождая ученых, стремящихся к высшей истине, от близорукого копания в деталях.

Аристотель не полностью игнорировал движение. В частности, он сформулировал количественное описание движения падающих объектов. Он утверждал, что если сравнить тела, падающие в одной и той же среде, то окажется, что они падают со скоростями, пропорциональными их весам.

С точки зрения физика, это была очень хорошая гипотеза, и не потому, что была правильной, но потому, что могла быть или очень правильной, или очень ложной. Количественное утверждение, подобное сделанному Аристотелем, ценно именно потому, что оно реально подвергает теорию испытанию. Если бы я просто предсказал, что солнце завтра взойдет, это утверждение едва ли вызвало большой ажиотаж. Но если я предскажу, что оно взойдет точно на 1 минуту 32 секунды позже, чем сегодня, меня легко проверить с помощью часов. Кардинальное положение научного метода заключается в том, что гипотеза полезна, только если она может быть, в принципе, опровергнута. Непроверяемые спекуляции считаются «ненаучными».

Опровержение закона падения Аристотеля не потребовало больших усилий от Галилея, т.к. некоторые выводы Аристотеля настолько ошибочны, что могут быть легко опровергнуты. В самом деле, их ложность была осознана еще в шестом веке философом Джоном Филопонусом. Поэтому, считая каждое слово Аристотеля почти таким же авторитетным, как слова Святого Писания, схоласты оказывались уязвимыми для критики при обращении к ежедневному опыту. В следующием отрывке из «Двух новых наук» Галилея, Сальвиати, говорящий от имени автора, дает именно такую критику в диалоге с незадачливым простаком Симплицио и третьим собеседником Сагредо, благоразумным интеллектуалом и одновременно практичным гуманистом, очень похожим на тех, кто составлял итальянскую аудиторию Галилея.

«Сальвиати: Я очень сомневаюсь, что Аристотель экспериментально проверял, действительно ли два камня, отличающиеся по весу в десять раз, при одновременном падении с высоты 100 кубитов (150 футов, или 50 м) будут так отличаться скоростями, что когда тяжелый упадет на землю, другой будет еще на высоте более 10 кубитов (45 метров).

Симплицио: Его язык как будто указывает, что эксперимент был. Он говорит: «Мы видим более тяжелый …» и слово «видим» указывает на то, что он проделал эксперимент.

Сагредо: Но, Симплицио, я провел испытание и могу уверить вас, что пушечное ядро, весящее 100, 200 и более фунтов, опередит мушкетную пулю весом полфунта не более чем на пядь (десять дюймов)».

Отрывок дает великолепный пример «юридического» стиля Галилея. Теория Аристотеля опровергается не просто по содержанию, но автор при этом не может устоять перед соблазном задеть методы классической учености, задержавшись на чрезмерном и комичном интересе Симплицио к точному значению каждого слова Аристотеля. К несчастью, эта форма ученой мелочности все еще не вымерла, и любой студент может удостоверить это.

Аристотель утверждал также, что свободно падающее тело мгновенно приобретает скорость. Сравнительно простой аргумент позволяет освободиться и от этого предсказания.

«Сальвиати: Но скажите мне, джентльмены, разве не очевидно, что если колода падает на сваю с высоты 4-х кубитов (6 футов), забивая ее в землю, скажем, на 4 пальца, то, падая с высоты двух кубитов, она забьет сваю на гораздо меньшую глубину. Ну а с высоты в один кубит еще меньше. Наконец, если колода будет поднята только на толщину пальца, на много ли будет отличаться результат, если её просто положат на столб без удара? А так как эффект удара зависит от скорости ударяющего тела, может ли кто-либо сомневаться, что движение ничтожно, если эффект неощутим?»

Конечно, доводы Сальвиати зависят от недоказанного (но вполне разумного) предположения, что скорость падающей колоды определяет эффективность забивания сваи. Но как объяснить это явление в понятиях Аристотеля, где высота падения не играет никакой роли?

Однако разрушать всегда легче, чем строить, и у Аристотеля и без того было много критиков. Галилей же завоевал свое уважаемое место в современной науке, предложив собственное описание движения падающих тел: «В среде, полностью лишенной сопротивления, все тела будут падать с одной и той же скоростью…За равные промежутки времени падающее тело получает одинаковое приращение скорости». Слова «полностью лишённая сопротивления» крайне важны в этом описании. Они представляют идеализацию, которая и привела Галилея к успеху. Они дают возможность объяснить наблюдение Симплицио (см. эпиграф к этой главе), что более тяжелые тела на самом деле падают немного быстрее. Эти слова Галилея были смелой инновацией, поскольку «полностью лишённая сопротивления» среда предполагает вакуум, в котором происходит движение. Во времена Галилея не только практически достигнуть вакуума было невозможно, но и преобладающая в то время научная мысль рассматривала вакуум как самое неестественное состояние: «природа не терпит пустоты». Более того, некоторые античные мыслители считали, что среда, в которой движется тело, сама создает движущую силу. Симплицио в одном месте книги Галилея даже выражает сомнение в том, что движение в вакууме вообще возможно.

Галилей не мог высокомерно пропустить возражение Симплицио. Перья, в самом деле, падали более медленно, чем пушечные ядра. Галилей был уверен, что этот эффект вызван замедлением движения средой, но убедительно доказать это было выше его возможностей. Он был вынужден предложить аргументы, которые делали это утверждение правдоподобным.

«Разве вы не замечали, что два тела, которые падают в воде со скоростями, отличающимися в 100 раз, в воздухе будут падать с практически равными скоростями, так что одно тело не обгоняет другое даже на сотую часть? Так, например, яйцо из мрамора будет опускаться в воде в 100 раз быстрее, чем яйцо курицы, в то время как в воздухе, падая с высоты 20 кубитов, оно будет падать рядом с куриным, не обгоняя его более чем на 4 пальца».

Короче, если отклонения от закона больше в плотной среде, чем в разреженной, разве не логично предположить, что они полностью исчезнут, если сама среда будет отсутствовать? Конечно, всегда предпочтительнее дать строгое и точное объяснение отклонений от выдвинутого научного утверждения, но если это невозможно, аргумент, подобный приведённому выше, обычно выглядит достаточно убедительно. Наука далеко не так абсолютна в своем требовании согласия теории с экспериментом, как обычно считается. И сегодня практически все современные научные статьи содержат в некоторых местах аргументацию, подобную использованной Галилеем в приведенном случае.

Как последний штрих, заметим, что Галилей настаивал самым решительным образом, чтобы вопрос о возможности или невозможности существования вакуума не связывали со справедливостью его закона. Это очень современная точка зрения на идеализированный объект, и в то же время очень древняя, со времен Платона и Сократа. Природа может быть постигнута в понятиях, приближенных к идеальному состоянию, даже если это состояние не может существовать в природе.

Самая радикальная проверка закона Галилея касается утверждения, что скорость возрастает со временем падения. Чтобы продемонстрировать это, ему пришлось изобрести основы современного математического языка для описания движения. Это, действительно, начало координат современной физики, и мы должны здесь остановиться, чтобы развить необходимые понятия.

Дата добавления: 2016-11-18 ; просмотров: 1004 | Нарушение авторских прав

Механика Галилея и Ньютона

Наши современные представления о движении тел восходят к Галилею и Ньютону. До них бытовала точка зрения Аристотеля, существенно отличались от представлений Галилея и Ньютона тем, что Аристотель считал состояние покоя неким предпочтительным состоянием, в котором всегда должно оказываться тело, если на него не действует сила.

Иными словами, Аристотель считал, что естественным состоянием любого тела является состояние покоя. Тело начинает двигаться только под действием силы. Отсюда следовало, что тяжелое тело должно падать быстрее, чем легкое, потому что его сильнее тянет к земле.

Говорят, что Галилей демонстрировал ложность учения Аристотеля, бросая тела разного веса с падающей Пизанской башни. Другие же утверждают, что он скатывал по гладкому откосу шары разного веса. Такой эксперимент аналогичен сбрасыванию тяжелых тел с башни, но он проще для наблюдений, так как меньше скорость. Измерения Галилея показали, что скорость всякого тела увеличивается по одному и тому же закону независимо от веса тела.

Ньютон вывел свои законы движения, исходя из измерений, проведенных Галилеем. В экспериментах Галилея на тело, катящееся по наклонной плоскости, всегда действовала одна и та же сила (вес тела) и в результате скорость тела постоянно возрастала. Отсюда следовало, что в действительности приложенная к телу сила изменяет скорость тела, а не просто заставляет его двигаться, как думали раньше. Это еще означало, что если на тело не действует сила, оно будет (может двигаться, а может находиться в состоянии покоя) двигаться по прямой с постоянной скоростью. Такую мысль впервые четко высказал Ньютон в своей книге «Математические начала», вышедшей в 1687году. Эта мысль, сформулированная в форме закона, теперь называется Первым законом Ньютона.

О том, что происходит с телом, когда на него действует сила, говорится во Втором законе Ньютона. Он гласит, что тело будет ускоряться, то есть менять свою скорость, пропорционально величине силы. Если, например, сила возрастет в 2 раза, то и ускорение в 2 раза увеличится. Кроме того, чем больше масса тела, тем меньше ускорение. То есть, действуя на тело вдвое большей массы, та же сила создает вдвое меньшее ускорение. Всем хорошо известно, как обстоит дело с автомобилем: чем мощнее двигатель, тем больше создаваемое им ускорение, но чем тяжелее автомобиль, тем меньше ускоряет его тот же двигатель.

Кроме законов движения Ньютон открыл закон, который касается силы тяготения. Закон тяготения Ньютонагласил, что всякое тело притягивает любое другое тело (всякие тела притягивают друг друга) с силой, пропорциональной массам этих тел (произведению их масс). Следовательно, если массу одного из тел увеличить в 2 раза, то и сила притяжения, с которой тела будут действовать друг на друга, тоже увеличится в 2 раза. То есть, сила, с которой они будут притягивать друг друга (или, другими словами, притягиваться друг к другу), тоже увеличится в 2 раза.

Мы так считаем потому, что новое тело (назовем его А), масса которого больше в два раза массы старого тела, можно представить себе составленным из двух старых тел. Каждое из этих тел притягивало бы другое тело (назовем его В) с силой, равной первоначальной силе. Следовательно, суммарная сила, с которой бы А действовало на В и, следовательно, суммарная сила, действующая между телами А и В, была бы вдвое больше этой первоначальной силы. А если бы масса одного из тел увеличилось вдвое, а второго – увеличилось втрое от первоначальной массы, то сила взаимодействия возросла бы в 6 раз. Теперь понятно, почему тела, сброшенные с одинаковой высоты, падают с одинаковой скоростью: тело с удвоенной массой будет тянуть вниз удвоенная гравитационная сила. По Второму закону Ньютона эти два эффекта компенсируют друг друга, и ускорение будет во всех случаях одинаковым. Иными словами, если в известной нам формуле F = ma, являющейся математическим выражением Второго закона, увеличить в два раза одновременно силу (F) и массу (m), величина ускорения (a)останется неизменной.

Кроме того, закон тяготения Ньютона говорил, что чем дальше тела друг от друга, тем меньше сила их взаимодействия. Согласно этому закону, гравитационная сила притяжения звезды составляет ровно четверть силы притяжения такой же звезды, которая находится на вдвое меньшем расстоянии. Закон Ньютона позволяет с большой точностью предсказать орбиты Земли, Луны и планет. Если бы закон всемирного тяготения был иным, и сила гравитационного притяжения уменьшалась с расстоянием быстрее, чем по закону Ньютона, то орбиты планет были бы не эллипсами, а спиралями, сходящимися к Солнцу.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском: