Механіка від Аристотеля до
Ньютона
Основна частина
1. Антична механіка
В міру нагромадження знань про світ задача їхньої систематизації ставала усе більш насущною. Ця задача була виконана одним з найбільших мислителів стародавності— Аристотелем (384-322р. до н.е.)
«Аристотель( «сама універсальна голова» серед давньогрецьких філософів»,
сказав Ф. Энгельс про цей великий ученого Древньої Греції.
Аристотель народився в Греції , у м. Стагире, розташованому поруч з Македонією.
У 366 р. до н.е. він приїхав в Афіни в академію Платона і пробув там разом із Платоном біля 20-ти років.
У 339 р. до н.е. Аристотель організував в Афінах свій Ліцей і успішно керував їм 13 років.
Вмер Аристотель у 322 році до н.е. на острові Эвбея.
В аристотелевской натурфілософії фундаментальне місце займає навчання про рух. Рух він розуміє в широкому змісті, як зміна взагалі, розрізняючи зміни якісної, кількісні і зміни в просторі.
Крім того в поняття руху він включає психологічні і соціальні зміни - там, де мова йде про засвоєння людиною чи знань про обробку матеріалів. Поняття рух містить у собі також перехід з одного стану в інше, наприклад з буття в небуття.
Усі механічні рухи Аристотель поділяє на три види: кругові, природні і насильницькі. Круговий рух - це самий зроблений рух, властивому тільки небесному світу. Це рух вічний і незмінно, і причиною його є перводвигатель - бог, що живе за сферою нерухомих зірок, де кінчається матеріальний Всесвіт.
Земного ж руху, де всі незовсім і має початок і кінець, бувають природні і насильницькі. Природний рух- це рух важкого тіла вниз до центра Світу, до центра Землі, і легені нагору. Це рух тіл відбувається саме собою, у результаті прагнення тіла зайняти своє природне місце. Воно не має потребу в силах. Всі інші рухи на Землі насильницькі і можуть відбуватися тільки під дією зовнішніх сил ( у тому числі рівномірний і прямолінійний рух). Свій основний принцип динаміки Аристотель формулює так: « Усе, що знаходиться в русі, рухається завдяки впливу іншого».
В Аристотеля ми знаходимо також і розуміння, що дають підставу для, кількісного визначення сили. Для того щоб краще розібратися в суті справиуведемо деякі сучасні терміни і позначення: f- сила, що діє на тіло,
р—вага тіла. Міркування Аристотеля зводяться до наступного: сила пропорційна добутку швидкості тіла, до якого вона прикладена, на його вагу, тобто f= pv = ps/t ,
де s- пройдений шлях, t- відповідне час, а v - швидкість.
Але разом з тим Аристотель вірив у бога, протиставляв земне і небесне, у центрі обмеженої Вселенной він помістив нерухому Землю, як тіло, що володіє найбільшою вагою. За ці і подібні їм моменти в навчанні Аристотеля схопилася церква, перетворивши їх у догми.
Аристотеля називають хресним батьком фізики: адже назва його книги «Фізика» стало назвою усієї фізичної науки.
2. Механіка епохи Відродження
У середині XV століття в Європі починається швидкий ріст міст, відділення ремісничого (промислового) виробництва від натурального господарства. Цей період є початком широкого протестантського руху проти духовної диктатури католицької церкви.
У цій обстановці народжувалося нове природознавство. Ф. Энгельс так охарактеризував начавшиеся з другої половини XV століття період в історії науки: «Це був найбільший прогресивний переворот із усіх пережитих до того часу людством, епоха, що мала потребу в титанах і породила титанів по силі думки, пристрасті і характеру, по багатосторонності і вченості...». И серед цих титанів епохи Відродження Ф. Энгельс одним з перших називає Леонардо да Вінчі ( 1452-1519 р.), «якому зобов'язані найважливішими відкриттями найрізноманітніші області фізики».
«Досвід( батько усякої вірогідності. Мудрість( дочка досвіду.» затверджував цей великий учений.
Леонардо да Вінчі народився 15 квітня 1452 року в невеликому містечку Вінчі, недалеко від Флоренції.
З 1472 по 1482 рік він живе і працює у Флоренції, з 1482 по 1499 рік ( у Милане, потім знову у Флоренції ( 1499(1506 ) і в Милане ( 1506(1513). У 1516 році Леонардо да Вінчі їде у Флоренцію за запрошенням французького короля і там проводить свої останні роки.
«Механіка( рай математичних наук»,( говорив Леонардо, багато часу й енергії віддаючи її вивченню. Роботи Леонардо в області механіки можуть бути згруповані по наступним розділах: закони падіння тіл; закони руху тіла, кинутого під кутом до обрію; закони руху тіла по похилій площині; вплив тертя на рух тіл; теорія найпростіших машин( важіль, похила площина, блок ); питання додавання сил; визначення центра ваги тіл; питання, зв'язані з опором матеріалів. Перелік цих питань робиться ще більш значним, якщо врахувати, що багато хто з них розбиралися узагалі вперше. Інші ж, якщо і розглядалися до нього, то базувалися в основному на умовиводах Аристотеля, дуже далеких у більшості випадків від щирого положення речей. По Аристотелю, наприклад, тіло, кинуте під кутом до обрію, повинне летіти по прямій, а наприкінці підйому, описавши дугу кола, падати вертикально вниз. Леонардо да Вінчі розсіяв цю оману і знайшов, що траєкторією руху в цьому випадку буде парабола.
Він висловлював багато коштовних думок, що стосується збереження руху, підходячи упритул до закону інерції. «Імпульс» ( impeto ) є відбиток руху, що
рушійне переносить на спонукуване. Імпульс( сила, відбита рушійним у спонукуваному. Кожен відбиток тяжіє до чи сталості бажає сталості... Усякий відбиток хоче вічності, як показує нам образ руху, що запам'ятовується в движущимся предметі».
Леонардо знав і використовував у своїх роботах метод розкладання сил. Для руху тіл по похилій площині він увів поняття про силу тертя, зв'язавши її із силою
тиску тіла на площину і правильно вказавши напрямок цих сил.
Ще до Леонардо да Вінчі вчені займалися теорією важеля і блоку. Однак виграш у силі відбувається за рахунок утрати в часі. Леонардо критикував тих, хто
прагнув створити вічний двигун: «ПРО, шукачі вічного руху, скільки порожніх проектів створили ви в подібних пошуках! Прочь йдіть з алхіміками( шукачі золота». «Неможливо, щоб вантаж, що опускається, міг підняти в плині якого ні було часу іншої, йому рівний, на ту ж висоту, з яким пішов».
Дуже характерно для механіки Леонардо да Вінчі прагнення вникнути в сутність коливального руху. Він наблизився до сучасного трактування поняття
резонансу, говорячи про ріст коливань при збігу власної частоти системи з частотою ззовні. « Удар у дзвін одержує відгук і надає руху іншому подібному дзвону, і торкнута струна лютні знаходить відповідь і приводить у слабкий рух іншу подібну струну тієї ж висоти на іншій лютні».
Леонардо да Вінчі вперше і багато займався питаннями польоту. Перші дослідження, малюнки і креслення, присвячені літальним апаратам, відносяться приблизно до 1487 року (перший Миланский період). У першому літальному апараті застосовувалися металеві частини; людина розташовувалася горизонтально, приводячи механізм у рух руками і нагами.
Надалі Леонардо замінив метал деревом і очеретом, мотузки( твердими передачами, а людини розташував вертикально. Він прагнув звільнити руки людини: «Людина у своєму літальному апараті повинний зберігати повну волю рухів від пояса і вище( У людини запас сили в ногах більше, ніж потрібно по його вазі». Однак відсутність впевненості в тім, що цієї сили досить для успішного польоту в будь-яких умовах, привело його до думки про використання пружини як двигуна і про планер, з яким можна здійснити якщо не повний політ, те хоча б ширяння в повітрі. Він побудував модель планера і готував його іспит. Прагнення убезпечити людини в процесі цих іспитів спонукало його до винаходу парашута.
Важко перелічити всі інженерні проблеми, над якими працював допитливий розум Леонардо.
Умер він у 1519 році у Франції.
Любуючись сьогодні чудовими картинами Леонардо да Вінчі, розглядаючи його дотепні проекти його різних споруджень, перечитуючи глибокі думки вченого, вдячне людство відплачує і буде відплачувати данина цьому гіганту з гігантів епохи Відродження.
Однак крім статики досліджувалися питання астрономії.
«Революційним актом, яким дослідження природи заявило про свою незалежність, було видання безсмертного утвору в який Коперник кинув ( хоча і робко і, так сказати, лише на смертному одрі ( виклик церковному авторитету в питаннях природи. Звідси починає літочислення звільнення природознавства від теології» ( так Ф. Энгельс характеризував значення великої праці Н. Коперника.
И. Ньютон на схилі років писав: «Якщо я бачив далі інших, те тільки тому, що стояв на плечах гігантів». Одним з цих гігантів був Микола Коперник (1473—1543 р.) , син своєї епохи, перший астроном нашого часу.
Н. Коперник народився в місті Торуне 19 лютого 1473 року.
У 1491 році Н. Коперник надійшов у Краківський університет, де захоплювався астрономією, зберігши своє захоплення до кінця своїх днів.
У 1494 році, не закінчивши Краківський університет, Коперник повернувся додому.
На початку 1506 року Н. Коперник повернувся на батьківщину, принеся із собою в далеку Вармию нові знання і дух Ренесансу, незадоволеність космологічними побудовами великого астронома стародавності Клавдія Птоломея.
Незважаючи але свою зайнятість, він продовжував посилено займатися астрономією. Що ж зробив Коперник у цій області? Зараз це знають усі люди, починаючи зі шкільного віку, і, можливо, тому грандіозність учиненого Коперником у прозі повсякденних і звичних знань. Але ж Коперник створив наукову картину світу і, заклавши тим самим, за словами академіка Амбарцумяна, «перший камінь у фундамент сучасного природознавства». Після повернення на батьківщину Коперник у плині 10 років оформив свої ідеї, породжені в роки навчання і мандрівок, у виді наукової теорії— геліоцентричної системи світу. Близько 1515 року він вирішив познайомити з основами своєї теорії вузьке коло людей і написав для цієї мети короткий твір «Миколи Коперника про гіпотези небесних рухів, їм висунутих, Малий Коментар». У ньому поки без відповідних математичних доказів у формі шести аксіом були сформульовані основні положення геліоцентричної системи світу. У своїй системі Коперник звів Землю до рядової планети, Сонце він помістив у центрі системи, а всі планети разом із Землею рухалися навколо Сонця по кругових орбітах.