Виникнення класичної механіки

План

1. Механіка Г. Галілея

2. Картезіанська фізика

3. Декартівська концепція вихорів

4. Учення про речовину й теплоту

5. Космогонія

Механіка Г. Галілея

Спадкоємцем епохи Відродження, який продовжив ЇЇ тенденції, що сприяли розвитку нового природознавства, став великий італійський учений і мислитель Галілео Галілей (1564-1642). Він значно розширив сферу застосування експериментально-математичних методів, подолавши тим самим у тогочасному процесі пізнання історичні недоліки, які не відповідали вимогам побудови нової картини світу,

Галілео Галілей народився в Пізі. Виховувався в монастирі Воломброза у Флоренції, з 1581 р. навчався в Пізанському університеті: вивчав медицину, а з 1585 р. — математику й механіку. У1589-1592 — професор Пізанського, у 1592-1610 — Падуан-ського університетів. Викладаючи в Падуї, захопився механікою. У цей час він написав ряд робіт з фортифікації: "Коротка настанова з військової архітектури" і "Трактат з фортифікації". У невеликій роботі "Механіка" він обгрунтував загальну теорію простих машин. Одночасно почав дослідження зі статики, динаміки й механіки матеріалів. У 1609-1610 pp. зробив ряд відкриттів в астрономії. У ці ж роки Галілей став переконаним послідовником геліоцентричної системи М. Коперника. У 1610 р. переїхав до Флоренції як придворний математик Козимо II Медичі. У 1612 р. опублікував свій перший антиарістотелівський твір, який у 1616 р. було оголошено безглуздим і єретичним. Із цього моменту підтримувати ідеї Коперника стає небезпечно. У 1632 р. Галілей видав книгу "Діалог про дві найголовніші системи світу" — Птолемееву й Коперникову, за яку був притягнутий інквізицією до відповідальності і на чотирьох допитах (із 12 квітня по 21 червня 1633 р.) змушений був відмовитися від учення Коперника. "Діалог" було заборонено, а Галілея позбавлено права що-небудь публікувати. Протягом дев'яти років він офіційно вважався в'язнем інквізиції і жив спочатку в Римі, потім на своїй віллі під Флоренцією. У 1637 р. Галілей осліп, але, незважаючи на хворобу й заборону публікуватися, продовжував працювати.

У 1638 р. у Голландії були видані його "Бесіди і математичні докази, що стосуються двох нових галузей науки, що належать до механіки і місцевого руху". У перших двох діалогах книги розробляються основи опору матеріалів і будівельної механіки.

Два останні діалоги присвячені дослідженню прямолінійного руху, рівномірного й рівноприскореного, а також руху тіла, кинутого під кутом до горизонту. Тут розглядаються також закони руху тіла, що котиться по похилій площині. Галілей розробив найважливіші положення динаміки: ідею про інерцію, закони додавання рухів і швидкостей, закони падіння тіл (вільного падіння тіла; тіла на похилій площині; тіла, кинутого горизонтально); установив пропорційність між квадратами періодів коливання маятників і їх довжинами, застосував теорію можливих переміщень для встановлення умови рівноваги. Таким чином, він повністю довів помилковість динаміки Арістотеля й накреслив шлях до створення нової — ньютонівської — динаміки.

У галузі математики Галілей був попередником Ф. Б. Кавальєрі у створенні числення неподільних, а також одним із попередників у розробці теорії імовірностей.

Найбільший суспільний резонанс викликали астрономічні відкриття й твори Галілея. Ім'я Галілея набуло популярності в широких колах Італії і всієї Європи після того, як він відкрив за допомогою телескопа, винайденого в Голландії в першому десятилітті XVII ст., супутники Юпітера, кратери на Місяці, зоряну природу Молочного Шляху, фази Венери й сонячні плями.

Історичні заслуги Галілея в галузі природознавства величезні: він розмежував поняття рівномірного й нерівномірного прискореного руху; сформулював поняття прискорення; показав, що результатом дії сил на тіло, що рухається, є не швидкість, а

прискорення; вивів формулу, що пов'язує прискорення, шлях і час S = ""о-J сформулював принцип інерції та поняття інерційної системи; обґрунтував принцип відносності руху; відкрив закон незалежності дії сил (принцип суперпозиції).

Судовий процес над Галілеєм започаткував жорстоку реакцію, що надовго затримала розвиток природознавства в Італії. Після смерті учнів Галілея в історії наукового розвитку країни почався період тривалого занепаду, і дуже скромні досягнення тогочасної науки не нагадували про блискучий початок століття. Основна причина — переміщення торговельних та індустріальних центрів. На цьому тлі розгорнулася діяльність єзуїтів і терор інквізиції.

Отже, можна зробити висновок, що дослідження Галілея заклали надійний фундамент не тільки динаміки, а й методології класичного природознавства. Подальші дослідження лише поглиблювали й зміцнювали цей фундамент. З повним правом Галілея можна назвати батьком сучасного природознавства.

Картезіанська фізика

Величезний вплив на розвиток теоретичної думки у фізиці XVII ст. справив великий французький мислитель і вчений Рене Декарт (Картезій) (1596-1650). Декарт зробив сміливу спробу пояснити всі відомі тоді явища природи рухом тіл, створивши таким чином, картину світу, де не було б нічого, крім матерії, що рухається. Картина ця охоплювала і космос, і мікрокосмос. Вона узагальнила гігантську масу емпіричних спостережень, у багатьох випадках містила правильне пояснення фізичних, хімічних і фізіологічних явищ і разом з тим увібрала чимало фантастичних побудов, безпідставних гіпотез, вигаданих перипетій, які створюють, проте, правдивий образ цілого, що веде до істини, до правильних висновків. Сучасній науці теорії Декарта здаються абсолютно фантастичними, але, незважаючи на це, фізика Декарта для сучасного дослідника є набагато ближчою за своїм загальним спрямуванням, ніж сотні справедливо забутих і напівзабутих наукових систем XIX і навіть XX ст. Великий Ньютон мав усі підстави заявити: "Якщо я бачу далі Декарта, то це тому, що я стою на плечах гіганта".

Декартівська концепція вихорів

У фізиці Декарта взаємодія тіл зводиться до зіткнень, а результати взаємодії в цілому — до викривлення траєкторій, які без взаємодії залишалися 6 прямолінійними. Будь-яке зіткнення не перетворює прямолінійний рух на криволінійний; воно лише змінює один прямолінійний напрямок на інший, також прямолінійний. Але велика кількість взаємодій завжди дає замкнуту траєкторію, утворює вихор, тому що тіло може рухатися в заповненому просторі (Декарт заперечує існування порожнечі) тільки в тому випадку, коли друге тіло, яке знаходиться перед ним, уступає йому дорогу, штовхнувши третє, і т.д., поки останнє із захоплених вихором тіл не займе місце першого тіла. У Декарта концепція вихорів пов'язана з уявленням про абсолютну пружність тіл, а всі існуючі в природі взаємодії зводяться до зіткнень.

Учення про речовину й теплоту

Щоб обгрунтувати учення про масу речовини, її агрегатні стани, теплоту, а також для космологічних побудов Декарт потребував чіткого уявлення про деякі порівняно сталі типи частинок. Він назвав їх елементами. У "Трактаті про світло" Декарт розглядає три елементи: перший — елемент вогню, другий — елемент неба, третій — елемент Землі. Перший елемент складається з частинок, які взагалі не мають постійної форми й можуть ділитися та змінювати форму настільки, наскільки це необхідно, щоб заповнити будь-які найменші проміжки між частинками інших елементів. Частинки другого елемента мають кулясту форму і тому не можуть щільно притискатися одна до однієї настільки, щоб при цьому не було проміжків. Проміжки заповнюються частинками першого елемента. Тому другий елемент ніколи не може існувати в чистому вигляді без першого елемента. Третій елемент — це елемент Землі. Частинки цього елемента великі й рухаються з порівняно невеликою швидкістю.

Ідея найтоншої субстанції, що складається з частинок невизначеної форми, була потрібна для створення картини світу в цілому, щоб у цій картині не виявилося порожнього простору. У свою чергу, ніяких якісно відмінних елементів у фізиці Декарта немає: одна речовина відрізняється від іншої лише за структурою, подібно до води й пари. У фізиці Декарта частинки — аж ніяк не постійні атоми. На погляд Декарта, частинкою можна назвати будь-як дискретну частику матерії, що перебуває в русі щодо навколишніх тіл. З ототожнення простору й матерії випливає, що не маса, а лише об'єм є мірою кількості речовини. Цим Декарт заперечує нерозривний зв'язок між речовиною і її вагою.

З теорії елементів випливають також відмінності між агрегатними станами й учення про теплоту. Для Декарта існує лише одна відмінність між агрегатними станами тіл: тіла можуть бути твердими або рідкими; гази не відрізняються від рідини. У твердих тілах частинки нерухомі, у рідинах вони перебувають у неперервному русі

Відповідно до різної швидкості руху частинок існує поступовий перехід від зовсім твердих тіл до найбільш рідких, де швидкість частинок надзвичайно велика. Звідси випливає картезіанська теорія впливу теплоти на будову речовини. Полум'я — це рідина з особливо швидким рухом частинок. Тому полум'я впливає на інші тіла, приводячи в рух частинки цих тіл і перетворюючи їх на рідину. Природа плавлення й природа спалювання аналогічні й відрізняється тільки розмірами частинок: у полум'ї найбільші частинки залишаються нерухомими, дрібні перетворюються на рідину, а інші, котрі відокремлюються від великих, виділяються у вигляді диму.

Космогонія

У "Трактаті про світло" Декарт виходить з ідеї первісного хаосу. Він припускає, що спочатку не вся матерія складалася з кулястих частинок, тому що вони не змогли б заповнити без проміжків увесь простір.