трусики женские украина

На головну

Механіка XIX віку - Історія техніки

Маріо Льоцци

ДОБОВИЙ РУХ ЗЕМЛІ

Розробка ньютоновской механіки завершилася створенням аналітичної механіки Лагранжа, що панувала в фізиці протягом всього XIX віку аж до появи релятивістської і квантової теорій.

У XIX віці механіка збагатилася декількома приватними результатами, удосконалилася в дидактичному відношенні, краще усвідомила природу своїх фундаментальних понять внаслідок критики її принципів, характерної для другої половини цього сторіччя.

Серед приватних результатів для історії фізики істотні дві теореми Гюстава Гаспара Коріоліса (1792-1843) про складові прискорення, сформульовані в 1831 і 1835 рр., а також досвід Фуко по експериментальному доказу руху Землі навколо своєї осі. У сучасних підручниках питання про відцентовий силу Коріоліса і досвід Фуко з маятником викладаються спільно. Однак історично обидва ці факти незалежні: відкриття Коріоліса носить математичний характер і фактично не вплинуло на досвід Фуко, тому що Фуко, блискучий експериментатор, але вельми посередній математик, робіт Коріоліса не знав, коли в 1851 р. представив свою історичну роботу про експериментальний доказ обертального руху Землі.

Фуко виходив з експериментального факту, що якщо обертати навколо самої себе нитка, на якій підвішений маятник, то площина коливань маятника залишиться незмінною. Тому якби ми вмістили маятник на земному полюсі, підвісивши його в точці, розташованій на осі обертання Землі, площина його коливань залишалася б фіксованою в просторі.

«Рух Землі, що безперервно обертається в напрямі із заходу на схід, став би відчутним по відношенню до нерухомої площини коливань, слід якої на поверхні Землі здавався б що бере участь в уявному русі небесної сфери. Якби коливання могли продовжуватися протягом двадцяти чотирьох годин, то слід цієї площини здійснив би за цей час повний оборот навколо вертикальної проекції точки подвеса».

Якщо переміститися з полюса на наші широти, то явище ускладнюється, тому що горизонтальна площина в даній точці поверхні Землі нахилена по відношенню до земної осі, так що вертикаль, замість того щоб обертатися навколо самої себе, описує конічну поверхню з кутом розчину, що все збільшується по мірі видалення від полюса до екватора. Фуко відчував, що і на середніх широтах явище повинне бути якісно таким же, міняючись лише в кількісному відношенні, що він і сформулював у вигляді закону, відкритого ним майже інтуїтивно, але згодом підтвердженого розрахунками математиків.

Фуко почав свої досліди в підвалі, а потім завдяки підтримці Араго переніс їх в зал Паріжської астрономічної обсерваторії і, нарешті, в заповнений глядачами Паризький пантеон. Куля маятника важила 28 кг і підвішувалася на нитці довжиною 67 м.

Досвід Фуко мав величезний успіх. За ним пішло велике число робіт математичного характеру, що роз'яснюють всі деталі досвіду. Як би там не було, але Фуко хотів дати ще більш переконливий доказ добового обертання Землі, і ось в наступному році (1852 р.) він винайшов гіроскоп, технічні застосування якого, що стають все більш численними, майже примусили забути про його перше наукове застосування.

Досвід Фуко повторив у Флоренції Вінченцо Антінорі (1792 - 1865), який вирішив, крім того, провести дослідження рукописів Галілея, щоб встановити, чи не було коли-небудь проведено подібних дослідів. Серед паперів Академії дослідів він знайшов запис Вінченцо Вівіані, в якому відмічено, що маятник, підвішений на нитці, «непомітно відхиляється від свого першого шляху», а в іншій нотатці, вже опублікованій Тарджоні Тодзетті, зазначається, що маятник «малює свій шлях на пилі мармуру». Таким чином, Академія дослідів ставила досвід Фуко, але не намагалася його пояснити.

Інший експериментальний доказ добового руху Землі - відхилення падаючих тіл на сходу - для суворого свого пояснення також вимагає обліку складної відцентовий сили Коріоліса. Проте це відхилення можна передбачувати і на основі простого інтуїтивного міркування, проведеного ще Бореллі і підтвердженого дослідами Гульельміні (див. гл. 5), повторюваними в дослідах на вежі св. Михайла в Гамбурге (1802 р.) і в шахті в Шлеєбуше (1804 р.) Іоганном Фрідріхом Бенценбергом (1777 - 1846). Більш відомі і більш точні досліди були проведені Фердінандом Райхом (1799-1882) в 1833 р. в Фрейбургської шахті: при вільному падінні з висоти 158 м він отримав в середньому по 106 дослідах відхилення в 28,3 мм.

КРИТИКА НЬЮТОНОВСКИХ ПРИНЦИПІВ

Друга половина XIX віку характеризується, як ми вже говорили, пожвавленою дискусією з питання про фундаментальні поняття ньютоновской механіки: силі, масі, інерції, дії і протидії. Ще на початку сторіччя Лазар Карно відмічав окультну і метафізичну природу ньютоновской сили. У 1851 р. Барре де Сен-Венан (1797-1886) продовжив критику Саджай Карно, проти «цих проблематичних сутностей або, краще сказати, субстантивированных властивостей», передбачаючи, що вони будуть поступово виключені з науки як первинні поняття і замінені зв'язками між взаємними рухами тіл. У 1861 р. французький математик і економіст Антуан Курно (1801 - 1877) додав поняттю сили антропоморфний характер, зв'язавши його з м'язовими відчуттями, що випробовуються при виконанні певних операцій, наприклад при піднятті тягарів, розтягненні або стисненні пружних тіл і т. п. Таке антропоморфне розуміння сили, що збереглося до наших днів, не було явно виражене у Ньютона, який узагальнив галилеевское поняття тяги або тиску, вироблюваної тягарем.

З цим галилеевским розумінням у відомому значенні пов'язана «нитяна школа», заснована Ф. Реєхом, найбільш послідовним виразником ідей якої був Андраде. Згідно з цими ідеями, нам інтуїтивно ясне поняття натягнення розтягнутої нитки, яка вважається не маючої маси. Матеріальна точка (тут ми опустимо дискусію з приводу поняття «матеріальної точки» і можливості його застосування), підвішена на нитці, подовжує її і тим породжує силу. Силу можна безпосередньо виміряти по подовженню нитки, пропорційної якому вона вважається. Ця сила урівноважується «силою інерції» (в розумінні Ейлера) матеріальної точки. Зрештою «нитяна школа», як помітив Пуанкаре, приймає закон рівності дії і протидії за визначення сили, замість того щоб розглядати його як досвідчений факт. Таке визначення сили вельми надумане і дивне. Якщо, наприклад, Земля пов'язана з Сонцем невидимою ниткою, то яким чином ми можемо виміряти розтягнення цієї нитки?

Все з тією ж метою уникнути побудови механіки на основі антропоморфного поняття, Кирхгоф (1876 р.) визначив силу чисто аналітичним шляхом, користуючись лише найпростішими поняттями простору, часу і матерії. Піддаючись тенденції математиків до номіналізму, він називає «прискорюючою силою» певне математичне вираження, не цікавлячись його фізичним значенням, оскільки переконаний, що досвід не здатний дати повне визначення поняття сили.

Герцу традиційний виклад ньютоновской механіки, заснований на поняттях простору, маси, сили і руху, також не представлялося вільним від протиріч. Хіба при обертальному русі каменя, прив'язаного до вірьовки, відцентовий сила відмінна від інерції самого каменя? Чи Не враховується при звичайному розгляді цієї задачі камінь двічі - один раз як маса і один раз як сила? Взагалі, заявляє Герц, нам не вдасться зрозуміти рухи навколишніх нас тіл, звертаючись лише до того, що ми безпосередньо відчуваємо органами чуття. Щоб отримати ясне уявлення про мир, що підкоряється якимсь законам, ми повинні «за речами, які ми бачимо, уявляти собі інші, невидимі речі і шукати за межами наших почуттів прихованих дійових осіб».

При класичному розгляді ідеалізаціями такого типу є сила і енергія. Але ми маємо право прийняти, що приховані дійові особи - це не що інакше, як маса і рух, що має ту ж природу, що і маса, що сприймається нашими почуттями і рухи. Тому Герц розвинув механіку, побудовану лише на поняттях простору, часу і маси. Сила вводиться тут як чисто допоміжне поняття, і вся механіка покоїться на єдиному принципі: якщо матеріальна точка володіє прискоренням, то вона знаходиться під дією зв'язку, що не залежить від часу без тертя. Звідси витікає система побудови механіки, яку» Герц вважав формально більш логічною, ніж класична, хоч і менш-практичної.

Ще більший вплив надали на фізиків кінця XIX віку роботи Ернеста Маху (1838-1916). Эйнштейн визнавав, що читання філософських робіт Давида Юма (1711-1776) і Маху «значно полегшило» його критичні дослідження.

Мах починає з поняття масу, визначуваного по традиції як постійне відношення сили, прикладеної до тіла, до величини викликаного нею прискорення. Мах висунув по суті наступні заперечення. Поняття маси і тут залежить від різних ускорений, які одне і те ж тіло випробовує під дією різних сил, тим часом як, здавалося б, поняття маси, виявляється з очевидністю, коли ми бачимо, що одна сила, діючи на різні тіла, спричиняє різне їх прискорення. У зв'язку з цим значення поняття маси в механіці складається в тому, що, знаючи, як поводиться одне-єдине тіло під дією певної сили, ми можемо визначити рушійну дію цієї ж сили на різні тіла.

Потім Мах переходить до побудови поняття маси, залучаючи при цьому принцип симетрії: якщо яке-небудь тіло А випробовує прискорення, то це прискорення зумовлене яким-небудь тілом В, яке в свою чергу випробовує прискорення з боку тіла А. Он ілюструє цей принцип прикладом (висхідним ще до Ньютону) з двома поплавцями, на одному з яких - магніт, а на іншому - шматок заліза: коли вони приходять в контакт один з одним, то залишаються нерухомими.

Далі Мах переходить до іншої серії дослідів з відцентовий машиною. Два тіла А і В різної ваги, пов'язані ниткою, просмикненою крізь стержень, можуть залишатися в рівновазі при будь-якій швидкості обертання відцентовий машини. У цьому випадку, як відомо, прискорення а і а' зворотно пропорційні відстаням до осі. Зворотне відношення ускорений приймається, по визначенню, за відношення маси цих тіл. Звідси слідує таке явне визначення: відношенням маси двох тіл називається зворотне відношення ускорений (взяте з протилежним знаком), які два тіла повідомляють один одному. У суті Мах, замість того щоб визначити масу тіла, визначає значення «відношення маси двох тіл», т. е. дає для маси визначення через абстракцію. Очевидно, для цього зовсім не обов'язково вдаватися до відцентовий машини. Мах ввів такий експериментальний метод, мабуть, для того, щоб відвести заперечення, яке висував його колега Больцман: приведене раніше визначення має на увазі прийняття дії на відстані; це питання складне і розумніше за його не торкатися.

У приведеному визначенні маси, помічає із задоволенням Мах, не використовується ніяка теорія і «кількість речовини», про яку говорив Ньютон, виявляється абсолютно непотрібним. Це визначення робить також непотрібним формулювання принципу рівності дії і протидії, який повторно виражав би той же самий факт.

Мах був одним з самих різких критиків ньютоновской механіки. У своїй критиці він завжди керувався «антиметафізичним» духом і своєрідним розумінням науки, яка, на його думку, керується принципом економії. Кожна наука, по Маху, має на меті зекономити досвід, замінити його розумовим зображенням фактів. Тому кожна наука повинна безперервно підтверджуватися або оспорюватися досвідом і рухається в області неповного досвіду. Таким чином, згідно з Махом, якщо визнати, що закони природи є формулюванням правил, що економічно резюмують послідовність наших відчуттів, то «всякий містицизм» зникне з області науки.

Більш відомі критичні зауваження Анрі Пуанкаре про класичну механіку, викладені у властивому йому блискучому стилі, що зробив популярними його висловлювання про філософію науки. У своїй книзі «La science et l'hypothtese» («Наука і гіпотеза», Париж, 1906) Пуанкаре помічає, що механіка, хоч має справу тільки з відносними рухами, вміщує їх в абсолютному просторі і абсолютному часі, що є чистою умовністю. Класична механіка приймає принцип інерції, який не є експериментальним фактом і не даний апріорі нашому розуму, так що грецька механіка обходилася без нього. З іншого боку, сила як причина руху є поняття метафізичне, а для її вимірювання доводиться вдаватися до закону рівності дії і протидії, який тим самим стає не досвідченим законом, а визначенням. Що стосується закону всесвітнього тяжіння, то це гіпотеза, яка може виявитися спростованою досвідом.

Що ж, таким чином, залишається від класичної механіки? Ми бачимо, що сила рівна твору маси на прискорення виключно по визначенню і що виключно по визначенню дія дорівнює протидії. Ці принципи можна було б перевірити тільки в ізольованих системах, однак ніякі експерименти з ними неможливі. Але оскільки існують майже ізольовані системи, до них приблизно застосовні закони Ньютона; звідси ясно, яким чином досвід може служити їх основою.

Згадані коротко критичні течії не були прямо направлені на релятивістський перегляд класичної механіки. Проте їх поява свідчила про труднощі класичної механіки і про усвідомлення того, що аксіоми класичної механіки, незважаючи на їх двохсотрічний успіх, також можуть виявитися спростованими досвідом.

Укладач Савельева Ф.Н.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайта http://www.portal-slovo.ru

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка