Циолковский Константин Эдуардович 11 Заключение 15 литература

Вид материалаЛитература

Содержание


Рене декарт
Мир, или Трактат о свете
Рассуждение о методе
Христиан гюйгенс
Часы (Horologium
Трактат о свете
Циолковский константин эдуардович
Космические ракетные поезда
Подобный материал:
ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 2

Глава 1.Рене Декарт 3

Глава 2.Христиан Гюйгенс 9

Глава 3.Циолковский Константин Эдуардович 11

Заключение 15

Литература 16


ВВЕДЕНИЕ


К началу XVII столетия была подготовлена почва для быстрого развития физики. Эта подготовка заключалась прежде всего в осознании того факта, что преподающаяся в университетах физика не в состоянии была дать объяснение новым явлениям, обнаруженным в результате технических и географических открытий. Обращение к, наследию античной науки позволило исправить ряд заблуждений и восстановить в правах утраченные достижения, но этого было далеко не достаточно для дальнейшего движения вперед. Самый метод опоры на авторитеты, какими бы высокими они ни казались, был несостоятельным. Нельзя было пойти дальше, не сломив слепое преклонение перед Аристотелем, царившее в университетах. Коперник, Бруно, Галилей вынуждены были каждый по-своему вступить в борьбу с аристотелевской традицией.


Глава 1

РЕНЕ ДЕКАРТ


Descartes Rene, латинизированное имя – Картезий, Renatus Cartesius 15, французский философ, математик и естествоиспытатель, более других ответственный за идеи и методы, отделяющие эпоху Нового времени от Cредневековья.

Декарт родился 31 марта 1596 в Лаэ (ныне Лаэ-Декарт) в провинции Турень (на границе с Пуату) в семье мелкопоместного дворянина Иоахима Декарта, советника парламента Бретани. О детстве и юности Декарта известно немногое, в основном из его сочинений, в частности из Рассуждения о методе, переписки и биографии, написанной Адрианом Байе, правильность данных которой подвергалась, с одной стороны, критике, с другой – защищалась позднейшими историками. Для раннего периода жизни Декарта важно, что он учился в организованном иезуитами коллеже Ла-Флеш в провинции Анжу, куда был отдан в 1604 (по данным Байе) или в 1606 (по данным современных историков) и где провел более восьми лет. Там, пишет Декарт в Рассуждениях, он убедился, сколь мало мы знаем, хотя в математике дела в этом смысле обстоят лучше, чем в любой другой области; он понял также, что для обнаружения истины необходимо отказаться от опоры на авторитет, принадлежащий традиции или сегодняшнему дню, и не принимать ничего на веру, пока оно не будет окончательно доказано. Декарт – продолжатель великого интеллектуального наследия греков, бывшего в забвении в римскую эпоху и Средние века. Идеи греков стали возрождаться за несколько веков до Декарта, однако именно у него они вновь обрели свой первоначальный блеск.

Прошло немало времени, прежде чем взгляды Декарта окончательно оформились и были опубликованы. В 1616 он получил степень бакалавра права в университете города Пуатье (где занимался изучением права и медицины), хотя впоследствии никогда не занимался юридической практикой. В возрасте 20 лет Декарт прибыл в Париж, а оттуда отправился в Голландию, где в 1618 записался добровольцем в протестантскую армию, через год был направлен под командование Морица Оранского (Нассауского), затем вступил в армию герцога Баварии Максимилиана I. В качестве вольнонаемного офицера путешествовал по Германии, Австрии, Италии и, по-видимому, также по Дании, Польше и Венгрии. Затем возвратился в Париж и приступил к написанию своих трудов.

В Голландии 1633 г. Декарт, живший в то время, работал над произведением, получившим название Мир, или Трактат о свете (Le Monde, ou Trait de la Lumire, опубликовано в 1664), в котором выражал свое согласие с учением Галилея. После этого Декарт стал бывать только в странах с высокой степенью интеллектуальной свободы: в Голландии, которая стала ему вторым домом и куда он перебрался в 1628, Англии и Швеции.

Его первая опубликованная работа, Рассуждение о методе, появилась лишь в 1637, однако благодаря ей и последующим трудам он завоевал известность в Европе.

Целью Декарта было описание природы при помощи математических законов. Основные идеи философа намечены в первой опубликованной работе – Рассуждение о методе, чтобы верно направлять свой разум и отыскивать истину в науках (Discours de la Mthode pour bien conduire la Raison, & chercher la Verit dans les Sciences. Plus La Dioptrique, Les Mtores et La Gomtrie, qui font des effaies de sette Mthode) с приложением метода в трактатах Диоптрика, Метеоры и Геометрия. В ней Декарт предложил метод, который, как он утверждал, позволяет решить любую проблему, поддающуюся решению с помощью человеческого разума и имеющихся в наличии фактов. К сожалению, приведенная им формулировка метода весьма лаконична. Притязание подкрепляется примерами результатов, полученных с помощью метода, и хотя Декарт делает несколько ошибок, следует заметить, что эти результаты были получены во многих областях и за весьма малый отрезок времени.

В самом Рассуждении центральная проблема метафизики – отношение сознания и материи – получила решение, которое, истинно оно или ложно, остается самой влиятельной доктриной Нового времени. В Рассуждении также рассмотрен вопрос о кровообращении; Декарт принимает теорию Уильяма Гарвея, но ошибочно заключает, что причиной сокращения сердца является теплота, которая концентрируется в сердце и по кровеносным сосудам сообщается всем частям тела, а также само движение крови. В Диоптрике он формулирует закон преломления света, объясняет, как функционируют нормальный глаз и глаз, имеющий дефекты, как действуют линзы, зрительные трубы (телескопы и микроскопы), и развивает теорию оптических поверхностей. Декарт формулирует идеи «волновой» теории света и делает попытку «векторного» анализа движения (свет, по Декарту, есть «стремление к движению»). Он развивает теорию сферической аберрации – искажения изображения, вызванного сферической формой линзы, – и указывает, каким образом ее можно исправить; объясняет, как установить световую силу телескопа, открывает принципы работы того, что в будущем назовут ирисовой диафрагмой, а также искателя для телескопа, гиперболической поверхности с определенным параметром для повышения яркости изображения (впоследствии названной «зеркалом Либеркюна»), конденсора (плоско-выпуклой линзы) и конструкций, позволявших осуществлять тонкие движения микроскопа. В следующем приложении, Метеорах, Декарт отвергает понятие теплоты как жидкости (т. н. «калорической» жидкости) и формулирует по сути кинетическую теорию теплоты; он также выдвигает идею специфической теплоты, согласно которой у каждого вещества своя мера получения и сохранения тепла, и предлагает формулировку закона соотношения объема и температуры газа (впоследствии названного законом Шарля). Декарт излагает первую современную теорию ветров, облаков и осадков; дает верное и детальное описание и объяснение явления радуги.

Если эти достижения действительно были продуктом нового метода, то Декарту удалось самым убедительным образом доказать его эффективность; однако в Рассуждении содержится совсем немного информации о методе, если не считать советов не принимать ничего за истину, пока это не доказано, разделять всякую проблему на столько частей, на сколько возможно, располагать мысли в определенном порядке, начиная с простого и переходя к сложному, и делать всюду перечни настолько полные и обзоры столь всеохватывающие, чтобы быть уверенным, что ничего не пропущено. Гораздо более подробное описание метода Декарт собирался дать в трактате Правила для руководства ума (Regulae ad directionem ingenii), который остался наполовину незаконченным (Декарт работал над ним в 1628–1629) и был опубликован только после смерти философа.

Философия Декарта, называемая обычно картезианством, кратко изложена в Рассуждении, в более полном виде – в Размышлениях о первой философии (Meditationes de prima philosophia in qua Dei existentia et Animae immortalitas demonstratur, 1641; второе издание с Objectiones Septimae, 1642; парижское издание на французском языке с исправлениями Декарта в 1647) и с несколько другой точки зрения в Первоначалах философии (Principia philosophiae, 1644; французский перевод 1647).

В 1644 г. Декарт издал обширное сочинение под названием «Начала философии».В него вошли части сочинения Декарта сшире (космосе), которое он намеревался издать еще в 1633 г. У слышав об осуждении Галилея, он отложил издание свое­го сочинения и только спустя одиннадцать лет обнародовал его в расширенном и переработанном виде. В этом сочинении он изложил грандиозную программу создания теории природы, руководствуясь своим методологическим правилом брать за основу наиболее простые и ясные положения. Еще в «Рассуждении о методе» Декарт подверг анализу всевозможные исходные положения, сомневаясь в справедливости любого из них, в том числе и в положении «Я существую». Однако в акте мышления сомнение невозможно, ибо наше сомнение уже есть мысль. Отсюда знаменитое положение Декарта: «Я мыслю, следовательно, существую». Чтобы обезопасить свое учение от нападок церковников, Декарт говорит о существовании бога и внешнего мира, созданного богом. Но обмануть церковников не удается, они распознали материалистическую сущность системы Декарта, и ученому под конец [и жизни пришлось искать убежища в Швеции, где он и умер. Верный своему методу, Декарт ищет в материальном субстрате самое основное и простое и находит его в протяженности.

Материя Декарта — это чистая протяженность, материальное пространство, заполняющее всю безмерную длину, ширину и глубину Вселенной. Части материи находятся в непрерывном движе­нии, взаимодействуя друг с другом при контакте.

Взаимодействие материальных частиц подчиняется основным законам или правилам.

«Первое правило заключается в сле­дующем: каждая частица материи в от­дельности продолжает находиться в одном и том же состоянии до тех пор, пока столкновение с другими частицами не вынуждает ее изменить это состояние».

«В качестве второго правила я предполагаю следующее: если одно тело сталкивается с другим, оно не может сообщить ему никакого другого движения, кроме того, которое потеряет во время этого столкновения, как не может и отнять у него больше, чем одновременно приобрести себе».

«В виде третьего правила я прибавлю, что хотя при движении тела его путь чаще всего представляется в форме кривой линии и что хотя невозможно произвести... ни одного движения, которое не было бы в каком-либо виде круговым, тем не менее каждая из частиц тела по отдельности всегда стремится продолжать его по прямой линии».

В этих «правилах» обычно усматривают формулировку закона инерции и закона сохранения количества движения. В отличие от Галилея Декарт отвлекается от действия тяготения, которое он, между прочим, также сводит к движению и взаимодействию частиц, и упоминает о направлении инерционного движения по прямой. Однако его формулировка еще отличается от ньютоновской, он говорит не о состоянии равномерного и прямолинейного движения, а вообще о состоянии, не разъясняя подробно содержания его термина.

Из всего содержания «Начал» видно, что состояние частей материи характеризуется их величиной («количество материи»), формой, скоростью движения и способностью изменять эту скорость под воздействием внешних частиц. Можно отождествить эту способность с инерциеш и тогда в одном из писем Декарта мы встречаем очень интересное утверждение: «Можно утверждать с достоверностью, что камень неодинаково расположен к принятию нового движения или к увеличению скорости, когда он движется очень скоро и когда он движется очень медленно».

Другими словами: Декарт утверждает, что инерция тела зависит от его скорости. Известный русский физик Н. А. Умов, приводя в 1896 г. эту выдержку, подчеркнул важность утверждения Декарта и высказал мысль, что при скоростях, близких к скорости света, масса тела должна возрастать. Как известно, закон воз­растания массы со скоростью был установлен в теории относительности Эйнштейном, а для электромагнитной инерции — Д. Д. Томсоном.

В письмах Декарта встречается формулировка закона инерции, уже почти текстуально совпадающая с ньютоновской; «Полагаю, что природа движения такова, что, если тело пришло в движение, уже этого достаточно, чтобы оно его продолжало с той же скоростью и в направлении той же прямой линии, пока оно не будет остановлено или отклонено какой-либо другой причиной».

Этот принцип сохранения скорости по модулю и направлению тем более интересен у Декарта, что, по его представлению, пустоты в мире нет и всякое движение является циклическим: одна часть материи занимает место другой, эта — предыдущей и т. д. В результате вся Вселенная пронизана вихревыми движениями материи. Движение во Вселенной вечно, так же как и сама материя (хотя Декарт и пишет о сотворении материи и движения богом, но в дальнейшем бог устраняется и природа действует по собственным законам), и все явления в мире сводятся к движениям частиц материи. Вначале эти движения были хаотическими и беспорядочными, в результате этих движений частицы дробились и сортировались.

По Декарту, существуют три сорта частиц (три элемента): частицы земли, воздуха (неба), огня Наиболее крупные частицы — это частицы земли. Они погружены в среду из частиц неба, в которые вкраплены также частицы огня, образующие Солнце. Вихревые движения круглых подвижных частиц «неба» увлекают в своем движении планеты, состоящие из элементов земли. Вся Вселенная разбита на такие вихревые области, которые можно рассматривать как предшественники современных галактик. Такова космогоническая гипотеза Декарта.

В физике Декарта нет места силам, тем более силам, действующим на расстоянии через пустоту. Все явления мира сводятся к движениям и взаимодействию соприкасаю­щихся частиц. Такое физическое воз­зрение получило в истории науки название картезианского,}. от латинского произношения имени Декарта — Картезий. Картезианское воззрение сыграло огромную роль в эволюции физики и, хотя и в сильно измененной форме, сохранилось до нашего времени. Все попытки построить единую теорию поля и вещества по существу повторяют на новой основе попытку Декарта построить физическую картину мира с непрерывной материей и сохраняющимся механическим движением.


Глава 2

ХРИСТИАН ГЮЙГЕНС


Huygens Christiaan голландский математик, физик и астроном. Родился 14 апреля 1629 в Гааге. Учился в университетах Лейдена (1645–1647) и Бреды. В 1665–1681 жил в Париже, с 1681 – в Гааге.

Первые работы Гюйгенса посвящены классическим проблемам: теоремам о квадратуре гиперболы, эллипса и круга, величине круга. Используя алгебраический подход, он уточнил значение числа p. В 1657 написал трактат О расчетах при азартных играх (De ratiociniis in ludo aleae)одну из первых работ по теории вероятностей.

Гюйгенс получил известность благодаря изобретению маятниковых часов. Об этом открытии он сообщил в сочинении Часы (Horologium, 1658). Последующие годы посвятил проблемам механики. В 1673 в Париже вышел его фундаментальный труд Качающиеся часы, или о движении маятника (Horologium oscillatorium, sive de motu pendulorum ad horologia aptato demostrationes geometrica), в котором рассматривалось движение тяжелых тел по циклоиде, давалась развертка и определение длины кривых линий, решалась задача об определении центра колебаний физического маятника и периода его колебаний, рассматривалась теорема о центробежной силе, давалось устройство часов иного типа – с круговым маятником. В работе, представленной на конкурс в Королевское общество в 1669, Гюйгенс исследовал соударение упругих тел и вывел его законы.

В 1678 Гюйгенс представил в Парижскую академию наук Трактат о свете (Traité de la lumiére), в котором излагалась волновая теория света. В рамках этой теории ученый объяснил механизм распространения света, отражение, преломление, атмосферную рефракцию, двойное лучепреломление; рассматривалась также форма линз. Центральным моментом теории являлся известный принцип построения огибающей волны (принцип Гюйгенса). Известны работы Гюйгенса прикладного характера: он усовершенствовал линзовый телескоп, в частности объектив, сконструировал окуляр (окуляр Гюйгенса), стал применять диафрагмы, изобрел микрометр (прибор для измерения малых углов). С помощью сконструированного им телескопа в 1655 обнаружил кольцо у Сатурна и его спутник Титан, определил период обращения Титана вокруг планеты.

Умер Гюйгенс в Гааге 8 июля 1695.

Из механических исследований Гюйгенса, кроме теории маятника и центростремительной силы, известна его теория удара упругих шаров, представленная им на конкурсную задачу, объявленную Лондонским Королевским -обществом в 1668 г. Теория удара Гюйгенса опирается на закон сохранения живых сил, количество движения и принцип относительности Галилея. Она была опубликована лишь после его смерти в 1703 г.

Не преувеличивая, можно сказать, что Христиан Гюйгенс, родившийся 350 лет назад, был одним из крупнейших ученых в нашей стране. Он играл видную роль в развитии естественных наук, и в этой области он долгое время был первым из ученых своего века. Его вклад в науку был по меньшей мере столь же значительным, как и вклад Галилея, Декарта и Ньютона.

Эти аксиомы вытекают из размышления, так что фактически имеют метафизический характер. Примером является утверждение Декарта, что свойства веществ полностью определяются их геометрической формой и состоянием движения. Таким образом, при выборе различных аксиом могут возникать разные системы физики. А посредством эксперимента надлежит решить, какая из них правильна.

Гюйгенс занимал позицию между рационализмом и эмпиризмом, как это делает и в наше время большинство ученых. В одном из своих писем он выдвигает девиз "посредством опыта и разума". Он признавал, что наука должна опираться на эмпирические знания, но что эти знания не имеют значения без теоретических рамок. Наряду с этим он считал, что в последней инстанции решать, жизнеспособна ли теория, должен эксперимент, однако без возможности окончательно доказать ее правильность.

Следовательно, что касаются роли эксперимента в естественных науках, Гюйгенс расходился во мнении с Декартом. Но по одному очень важному пункту их мнения совпадали. Гюйгенс, как и Декарт, считал, что все природные явления нужно (и можно) объяснять посредством механики. И эту точку зрения он сохранял всю свою жизнь.

Однако Гюйгенс занимался случаями столкновения между частицами одинаковой и неодинаковой массы. При этом он пользовался разработанным им обобщением теоремы итальянского физика Торричелли. В современных терминах оно сводится к постулированию того, что увеличение полной кинетической энергии сталкивающихся частиц невозможно. Гюйгенсу удалось доказать, что при столкновении между полностью упругими частицами кинетическая энергия остается без изменения. Ему был известен также другой очень важный закон столкновения – закон сохранения импульса, хотя в его трудах этот закон играет лишь второстепенную роль.


Глава 3

ЦИОЛКОВСКИЙ КОНСТАНТИН ЭДУАРДОВИЧ


Русский ученый, пионер космонавтики и ракетной техники. Родился 17 (29) сентября 1857 в селе Ижевское под Рязанью. После перенесенной в детстве скарлатины почти полностью потерял слух, что лишило его возможности поступить в учебное заведение. Образование получил самостоятельно, в 1879 экстерном сдал экзамены на звание учителя. Преподавал физику и математику в Боровском уездном училище Калужской губернии, а затем в гимназии и епархиальном училище в Калуге, где проработал до выхода на пенсию в 1920. Циолковский проводил свои исследования в своего рода интеллектуальном вакууме, хотя его и поддерживали некоторые крупные ученые (одна из его работ получила благоприятный отзыв И.М.Сеченова). Первые работы посвящены разработке конструкций цельнометаллического управляемого дирижабля, обтекаемого аэроплана, поезда на воздушной подушке. В 1897 Циолковский построил первую в России аэродинамическую трубу и провел испытания простейших моделей.

В 1890-х годах Циолковский начал заниматься исследованиями, связанными с использованием реактивного движения для создания межпланетных летательных аппаратов. В 1903 увидела свет его статья Исследование мировых пространств реактивными приборами. В ней и последовавших работах (1911 и 1914) ученый вывел широко известное теперь уравнение движения ракеты как тела с переменной массой, обосновал возможность применения ракет для межпланетных сообщений, предсказал явление невесомости, изложил основы теории жидкостных ракетных двигателей, рассмотрел и рекомендовал к использованию различные топлива (в качестве наиболее эффективного – смесь жидких кислорода и водорода). Высказал идею создания околоземных орбитальных станций как промежуточных баз для межпланетных полетов.

В 1929 опубликовал работу Космические ракетные поезда, в которой изложил теорию особого вида составных ракет – прообраза современных многоступенчатых ракет.

Испытал влияние «философии общего дела» Н.Федорова. В своих сочинениях философского характера ученый развивал учение «панпсихизма» («монизма»), согласно которому космос представляет собой живое и одушевленное существо. Атомы образуют во Вселенной бесконечное разнообразие форм жизни, в том числе, человека (об этом шла речь в работах 1898–1914: Научные основания религии, Этика или Естественные основы нравственности, Нирвана и др). В позднем творчестве Циолковского центральное место занимает грандиозная планетарная и космическая утопия. В создании идеального общества Циолковский решающую роль отводил науке, ее новым, поистине фантастическим возможностям (социальному проектированию посвящены его работы: Горе и гений, 1916; Идеальный строй жизни, 1917; Общественный строй, 1917; Социология (фантазия), 1918; Приключения атома, 1918). С разочарованием ученого в цивилизации и возможностях научного познания связаны его религиозно-мистические искания последнего периода жизни и опыт построения новой этической системы (Живая Вселенная, 1923; Воля Вселенной, 1928; Будущее земли и человечества, 1928; Научная этика, 1930; Космическая философия, 1935).

Работы Циолковского не получили признания, и лишь после появления в 1923 в Германии статьи Г.Оберта по теории космического полета в СССР начали популяризировать исследования Циолковского. В 1924 Циолковский был избран почетным профессором Академии воздушного флота им. А.Е.Жуковского. Умер Циолковский в Калуге 19 сентября 1935.

Реактивное движение основано на законе сохранения импульса. В двигателе ракеты при сгорании топлива продукты сгорания имеют высокую температуру и находятся в газообразном состоянии. Вылетая из сопла двигателя, эти продукты сгорания имеют некоторый импульс и по закону сохранения импульса сама ракета должна иметь такой же импульс в направлении противоположном импульсу продуктов сгорания. Для покоящейся ракеты массой полученная ею скорость зависит от массы выброшенных газов и скорости истечения газов относительно ракеты . Закон сохранения импульса в этом случае принимает вид , и модуль скорости ракеты можно рассчитать по формуле , при условии, что время сгорания топлива пренебрежимо мало. Главное достоинство ракеты, возможность двигаться в космическом пространстве. Выдающийся русский учёный и изобретатель К. Э. Циолковский одним из первых теоретически обосновал возможности использования реактивного движения для полётов в космическом пространстве к Луне и планетам Солнечной системы. Они вывел формулы связывающие скорость истечения продуктов сгорания топлива, скорость ракеты, полезную массу ракеты (оборудование, корпус, жилой отсек и т. д.) и массу необходимого топлива и предложил использование многоступенчатых ракет. Его мысли и расчёты воплотились в практической космонавтике наших дней.

Так, если из ракеты вытекают газы со скоростью U и расход массы газа в единицу времени составляют М кг/с, то изменение импульса газов приводит к появлению силы, действующей на ракету со стороны газов.

Эта сила называется реактивной, а движение под ее действием — реактивным движением.

В 1903 г. русский ученый и изобретатель К. Э. Циолковский опубликовал в Петербурге работу, в которой принцип реактивного движения был положен в основу создания межпланетных кораблей, и доказал, что единственный летательный аппарат, который может проник­нуть за пределы земной атмосферы, — это ракета.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Понятие количества движения как произведения массы тела на величину его скорости впервые было введено в физику в XVII в. французским ученым Р. Декартом при изучении им законов механического движения. При формулировке закона сохранения количества движения Декарт определял количество движения как произве­дение приложенной к нему силы на время ее действия и первым применил название — импульс силы. Но он не рассматривал коли­чество движения как векторную величину, что привело к ошибочности найденных им семи правил соударения тел.

Несколько позже, в конце XVII в., вопрос о том, что же все-таки сохраняется в процессах соударения, вызвал острые споры. Нидерландский ученый X. Тюйгенс в своей работе о соударении тел пришел к выводу, что сумма произведений «каждого тела» на квадрат его скорости до и после удара остается неизменной. Немецкий ученый Г. Лейбниц в своем труде «Доказательство памятной ошибки Декарта» отрицал закон сохранения количества движения, открытый Декартом. Спор между сторонниками Декарта и Лейбница, продолжавшийся на протяжении тридцати лет, был разрешен в 1728 г. Ж. де Мераном, показавшим, что если рассматривать количество движения как векторную величину, то все становится на свои места: в процессах упругих соударений сохраняются как полный импульс системы тел, вступающих в соударение, так и их полная кинетическая энергия.


ЛИТЕРАТУРА
  1. П.С.Кудрявцев «Курс истории физики», 2 – е издание, М., «Просвещение», 1982 г.
  2. В.Н. Мощанский, Е.В.Савелова «История физики в средней школе», М., «Просвещение», 1981 г.
  3. Б.И. Спасский «История физики» ч.1, издательство Московского университета, 1963 г.