Презентация на тему: Концепция современного естествознания

История естествознания Средние века и Новое время Классическое естествознание

Арабские страны (7-12 вв) издание всех главных произведений научной мысли античности, включая «Альмагест» Птолемея развитие математических знаний, создание тригонометрии развитие системы мер и весов, создание статики— науки о равновесии развитие механики, физики, астрономии развитие кинематики движения земных и небесных тел (понятия бесконечного прямолинейного движения как следствия бесконечного пространства, средней скорости, мгновенной скорости, равноускоренного движения)

Эпоха Возрождения великие географические открытия открытие Америки Христофором Колумбом в 1492 году; открытие Васко да Гама морского пути из Европы в Индию в 1497-1499 годах; первое кругосветное плавание Фернана Магеллана в 1519-1522 годах. Коперник (1473 – 1543) создал новую, гелиоцентрическую систему мира, объяснил видимые движения небесных тел вращением Земли вокруг оси и обращением планет (в том числе и Земли) вокруг Солнца. «Об обращениях небесных сфер» (1543 г.), запрещено католической церковью с 1616 по 1828 гг.

Новое время XVII,XVIII,XIX вв Галилео Галилей (1564 – 1642) - «отец современного естествознания».

Галилей(1564 – 1642) считал, что истинное знание достижимо исключительно на пути изучения природы при помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооруженного математическим знанием разума. «Законы природы написаны на языке математики». строил механику по образцу геометрии Евклида: сначала вводил постулаты и определения, а затем получал из них необходимые следствия.

Галилей(1564 – 1642) используя построенные им телескопы, установил: поверхность Луны не гладкая, а имеет горы и впадины, как Земля; пепельный цвет луны является отражением солнечного света Землей. Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности есть пятна. у Юпитера обнаружил 4 спутника (из 13 известных в настоящее время). смена фаз Венеры указывает на ее вращение вокруг Солнца. убедился в том, что кажущийся туманностью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд.

Галилей(1564 – 1642) Изучая падение тел, установил, что свободно падающее тело движется с постоянным ускорением; время падения тела не зависит от массы. Разграничил понятия равномерного и ускоренного движения, сформулировал понятие ускорения (скорость изменения скорости). Показал, что результатом действия силы на движущееся тело является не скорость, а ускорение. Получил формулу, связывающую ускорение, путь и время падения тела

Галилей(1564 – 1642) принцип инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости своего движения, если на него не производится никакого внешнего воздействия. принцип относительности: внутри равномерно движущейся системы все физические процессы (механические явления) протекают так же, как и внутри покоящейся. принцип суперпозиции (принцип независимости сил): две различные причины, вызывающие движение одного и того же тела, не влияют друг на друга. Каждая действует так, словно другая отсутствует.

Иоганн Кеплер (1571 – 1630) Сформулировал законы движения планет; заложил фундамент новой теоретической астрономии и теории гравитации

Иоганн Кеплер (1571 – 1630) В 1580 году в Дании Тихо Браге, датский дворянин, построил астрономическую обсерваторию, названную Небесным замком (Ураниборгом). После пяти лет трудоемкой математической обработки огромного материала наблюдений Т. Браге за движением Марса Кеплер в 1605 году открыл и в 1609 году опубликовал первые два закона планетных движений, позволяющие определить положения планеты на орбите в любой момент времени.

Иоганн Кеплер (1571 – 1630) Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце; Скорость движения планет изменяется таким образом, что радиус-вектор планеты за равные промежутки времени описывает одинаковые площади (закон постоянства площадей). С удалением от Солнца периоды обращения планет увеличиваются быстрее, чем радиусы их орбит, то есть уменьшается скорость движения планет.

Иоганн Кеплер (1571 – 1630)

Иоганн Кеплер (1571 – 1630) Через десять лет после опубликования первых двух законов (1619) Кеплер опубликовал третий закон: квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы средних расстояний этих планет от Солнца (кубы больших полуосей их орбит). Движущая сила едина для всей системы и сосредоточена в ее центре – Солнце, которое действует сильнее на близкие планеты и слабее на далекие планеты. В гелиоцентрической картине движения планет Кеплер увидел действие единой физической силы и поставил вопрос о ее физической природе и точном математическом законе.

Новое время Исаак Ньютон (1643 – 1727) 28 апреля 1686 года представил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию – механику земных и небесных процессов. «Математические начала натуральной философии».

Исаак Ньютон (1643 – 1727) Понятия массы, силы, инерции, ускорения. Принцип относительности и закон сложения скоростей Галилея. Закон всемирного тяготения. Основные законы движения материальной точки. Движение тела происходит по строго определенным траекториям (детерминизм), то есть всегда можно одновременно измерить его координаты и его скорость (или импульс).

Исаак Ньютон (1643 – 1727) Пространство выступало как «вместилище» материальных тел и считалось: бесконечным, плоским, или евклидовым, пустым, абсолютным (не зависящим от состояния движения тела отсчета), однородным (нет выделенных точек), изотропным (нет выделенных направлений).

Исаак Ньютон (1643 – 1727) Время понималось: однородным, равномерно текущим (оно идет сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и синхронно»), абсолютным (не зависящим от состояния движения тела отсчета). теории дальнодействия - время абсолютно, абсолютна и одновременность во всей Вселенной, действие силы (тяготения) мгновенно и прямолинейно распространяется на бесконечные расстояния.

Закон всемирного тяготения Между любыми двумя материальными точками (телами) действуют силы взаимного притяжения, прямо пропорциональные произведению масс m1 и m2 этих тел и обратно пропорциональные квадрату расстояния r между ними. Силы направлены вдоль прямой, проходящей через центры взаимодействующих тел. где G — гравитационная константа, определяемая экспериментально. В единицах СИ ее значение составляет приблизительно 6,67 × 10–11.

Законы динамики Ньютона Всякая материальная точка(тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние. (Любое изменение в характере движения тела свидетельствует о присутствии внешних сил.) Ускорение движущегося тела пропорционально сумме приложенных к нему сил и обратно пропорционально его массе. F = ma Всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по величине, противоположны по направлению и направлены по линии, соединяющей центры тел.

Исаак Ньютон (1643 – 1727) Механистическая картина мира Большинство явлений, происходящих в природе, подтверждали справедливость построенной Ньютоном механистической картины мира. В конце 18 века астрономы заметили, что траектория движения планеты Уран не совпадает с траекторией, предсказанной законом всемирного тяготения. Это несовпадение пытались объяснить неточностью закона всемирного тяготения (даже были попытки изменить его). Была высказана гипотеза о влиянии более далекой планеты. Два математика и астронома Адамс и Леверье независимо друг от друга с помощью закона всемирного тяготения Ньютона рассчитали траекторию гипотетической планеты. 23 сентября 1846 г. берлинский астроном Готфрид Галле обнаружил ее.

Новое время Шарль Огюст Кулон (1736-1806) Положительный и отрицательный заряд притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной величине зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними – |q1||q2| F=k —————.                 r2 первый закон электромагнетизма.

Новое время Электрический заряд - такое же фундаментальное свойство тел, как и масса. Между электрически заряженными телами, между намагниченными телами, между телами, по которым текут токи, действуют силы, называемые электромагнитными. Майкл Фарадей (1791-1867) показал опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь (явление электромагнитной индукции); ввел в науку понятие электромагнитного поля – материальной среды, являющейся переносчиком электромагнитного взаимодействия.

Майкл Фарадей (1791-1867) «Электромагнитная индукция - возникновение электрического поля или электрического тока при изменении во времени магнитного поля или при движении материальных сред в магнитном поле»

Майкл Фарадей (1791-1867) Если постоянный магнит вдвигать в катушку, замкнутую чеpез гальванометp, то гальванометp во вpемя движения магнита покажет наличие тока. Чем быстpее вдвигается магнит, тем сила возникающего тока больше. Появление тока в катушке дpугим путем: напpимеp, помещая по соседству с данной катушкой дpугой контуp, по котоpому от внешнего источника тока течет пеpеменный ток.

Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879) «Трактат об электричестве и магнетизме», 1873 г. Изменение во времени электрического поля ведет к появлению магнитного поля и наоборот. Передача электромагнитной энергии происходит с конечной скоростью. Скорость передачи электромагнитных колебаний равна скорости света в вакууме.

Джеймс Кларк Максвелл Согласно Максвеллу, электромагнитное поле — это силовое поле вокруг заряженных тел, токов и магнитов. Его существование обнаруживается по действию электрических сил на заряды и магнитных сил на токи. Электромагнитное поле имеет две векторные компоненты — электрическую и магнитную. При изменении электрической компоненты возникает магнитная и, наоборот, изменение магнитной компоненты порождает электрическую. Из математической теории следовало, что электромагнитное поле должно распространяться в виде волн со скоростью света от тех мест, где происходят изменения электрической или магнитной компонент.

Джеймс Кларк Максвелл «Фарадеевы силовые линии» 1857 г. Силовые линии соединяют положительный и отрицательный заряды или северный и южный полюса магнита и обуславливают электромагнитные взаимодействия. Силовые линии заполняют все окружающее пространство. Система уравнений Максвелла: Электромагнитная индукция Фарадея Магнитоэлектрическая индукция (токи смещения) Закон сохранения электрического заряда Вихревой характер магнитного поля (отсутствие магнитных зарядов)

Генрих Рудольф Герц (1857-1894) Герц проверял экспериментально теоретические выводы Максвелла. В 1886 году Герц продемонстрировал «беспроволочное распространение» электромагнитных волн. Источниками электромагнитного излучения были искры в разрядниках. Электромагнитные волны от разрядников вызывали искровые разряды между шариками в «приемниках» - расположенных в нескольких метрах контурах, настроенных в резонанс. Герцу удалось не только обнаружить волны, но и исследовать скорость их распространения, отражение, преломление и даже поляризацию. Герц смог доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.

Классическое естествознание Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона. Отказ признания особой, универсальной роли механики. Материя существует в форме силового поля. (Механистическая картина мира знала только один вид материи — вещество, состоящее из частиц, имеющих массу). Пространство между телами никогда не является пустым: оно заполнено полем. Поле является переносчиком взаимодействия тел.