8 вопрос. Всемирного тяготения Ньютона. Универсальный з-н сохранения Ломоносова

Результаты ньютоновских расчетов теперь называют законом всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Как и все физические законы, он облечен в форму математического уравнения. Если M и m — массы двух тел, а D — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна:

F = GMm/D²

где G — гравитационная константа, определяемая экспериментально. В единицах СИ ее значение составляет приблизительно 6,67 × 10^–11.

Ломоносов сформулировал закон сохранения массы и энергии. Масса всех веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Ломоносов провел простой опыт, который показал, что горение металла есть реакция присоединения, а увеличение массы металла происходит за счет присоединения части воздуха.

Он прокаливал металлы в запаянном стеклянном сосуде и обнаружил, что масса сосуда не изменялась, хотя химическая реакция происходила. После того, как сосуд был вскрыт, туда устремлялся воздух, и масса сосуда увеличивалась. Таким образом, при аккуратном измерении массы всех участников реакции выясняется, что масса веществ при химической реакции сохраняется. Закон сохранения массы имел огромное значение для атомно-молекулярной теории. Он подтвердил, что атомы являются неделимыми и при химических реакциях не изменяются. Молекулы при реакции обмениваются атомами, но общее число атомов каждого вида не изменяется, и поэтому общая масса веществ в процессе реакции сохраняется

9 Вопрос. Рождение науки об электричестве

в XIX в произошло завершение исторического этапа развития классической физики.

    Девятнадцатое столетие ознаменовалось огромными успехами в исследовании природы электричества и магнетизма. Первоначально электрические явления - искры, молнии, свойства лейденских банок накапливать заряд - считались совершенно не связанными с явлениями магнетизма, наблюдаемыми в минералах некоторых видов, в поведении стрелки компаса и т.д. Однако датский физик Эрстед (1777-1851) и французский физик Ампер (1775-1836) продемонстрировали на опыте, что проводник с электрическим током порождает эффект отклонения магнитной стрелки. Эрстед высказал мысль, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое является вихревым. Ампер по существу стал творцом новой науки - электродинамики.

    Ампер заметил, что магнитные явления происходят тогда, когда по электрической цепи течет ток, причем величина магнитного действия зависит от интенсивности движения электричества, Для измерения этой интенсивности Ампер впервые вводит понятие силы тока, поэтому неслучайно единица силы тока носит его имя - ампер. С помощью своего учения о круговых токах, он сводит магнетизм к электричеству! Это действительно великое открытие. Ампер формулирует до сих пор не известный закон о взаимодействии токов. Более того, он высказывает следующую мысль: “Все явления, которые представляют взаимодействие тока и магнита, открытые Эрстедом, входят как частный случай в законы притяжения электрических токов”.

    Работа Ампера над созданием электродинамики продолжалась вплоть до 1826 г., когда вышел в свет его обобщающий труд “Теория электродинамических явлений, выведенная из опытов”. В этой работе Ампером была разработана не только качественная теория, но и количественный закон для силы взаимодействия токов. Это один из основополагающих законов электродинамики.

    Эстафета, принятая Ампером от Эрстеда, была передана в руки великого английского естествоиспытателя Майкла Фарадея (1791-1867). Он открыл явление электромагнитной индукции - возникновение тока в проводнике вблизи движущего магнита.

    Исследуя диэлектрики, Фарадей приходит к мысли о существенной роли среды в электрических взаимодействиях. Изучая характер магнитных явлений, Фарадей склоняется к мысли, что передача силы представляет собой явление, протекающее вне магнита. Он считает неверным, что эти явления представляют собой простое отталкивание и притяжение на расстоянии, полагая, что пространство, окружающее магнит, играет столь же существенную роль как и сам магнит.

10 Вопрос. Методологические установки классической физики

К методологическим установкам классической физики относятся следующие представления.

1.Важнейшей исходной предпосылкой классической физики (как и всей науки) является признание объективного существования физического мира, т.е. признание того, что физический мир (как совокупность устойчивых явлений, вещей, процессов, расположенных в определенном порядке в пространственно-временном континууме) существует до и независимо от человека и его сознания.

2. Каждая вещь, находясь в определенном месте пространства, существует в определенный промежуток времени независимо (в пространственно-временном отношении) от других вещей. Хотя вещи и способны в принципе взаимодействовать друг с другом, это взаимодействие не приводит к существенному изменению структуры взаимодействующих тел, а если и приводит, то всегда можно уточнить характер происшедших изменений и сделать на него поправку, восстановив тем самым идеальный образ первоначального состояния.

3. Одной из важнейших методологических установок классической физики выступила атомическая концепция.

4. Все элементы физического мира, заполняя пространственно-временной континуум, связаны между собой с помощью причинно-следственных связей таким образом, что, зная в определенный момент времени координаты каждого элемента, можно в принципе абсолютно точно, однозначно предсказать состояние любого элемента через любой промежуток времени. Другими словами, для классической физики свойственна уверенность в том, что в принципе возможно однозначное абсолютно точное предсказание (на основе знания о существующем состоянии элементов физической системы) их поведения через любой промежуток времени (лапласовский детерминизм).

5. Материальный мир познаваем; с помощью имеющихся в наличии исследователя познаваемых средств (теоретических и эмпирических) возможно в принципе объективно описать и объяснить все исследуемые физические явления.

6. Основой физического познания и критерием его истинности является эксперимент, ибо только в эксперименте исследователь через средства исследования непосредственно взаимодействует с объектом; при этом исследователь свободен в выборе условий проведения эксперимента.

7. В процессе исследования физический объект по существу остается неизменным, он не зависит от условий познания. Если же прибор и оказывает какое-либо воздействие на объект, то это воздействие всегда можно учесть, внести в него поправку. В процессе исследования всегда можно четко ограничить поведение объекта от средств исследования, средств наблюдения, экспериментирования. Поэтому и описание поведения объектов и описание поведения приборов осуществляется одинаковыми средствами научного языка.

8. Постулат возможности обособления элементов физического мира: в принципе возможно экспериментальными средствами неограниченное (по отношению к атому) разложение физических объектов на множество независимых вещей и элементов.

9. Все свойства исследуемого объекта могут экспериментально определяться одной установкой одновременно. Нет принципиальных препятствий для того, чтобы полученные таким путем данные могли быть объединены в одну картину объекта.

10. В принципе возможно получение абсолютно объективного знания об объекте, т.е. такого знания, которое не содержит ссылок на познающего субъекта (на условия познания). При этом основными логическими критериями объективности в методологии классической физики считались:

а) отсутствие в содержании физического знания ссылок на субъект познания;

б) однозначное применение понятий и системы понятий для описания физических явлений;

в) наглядное моделирование - эквивалент объективности знания.

11. Сведения о состоянии исследуемых явлений выражаются через величины, имеющие количественную меру. Через измеримые величины выражаются также и физические законы, которые должны быть сформулированы на языке математики (программа Галилея). При этом динамические закономерности поведения элементов физического мира могут быть исчерпывающим образом описаны системой дифференциальных уравнений (т.е. на континуальной основе). Физические системы, как правило, замкнутые, обратимые (направленность времени для них не важна) и линейные.

12. Возможность пренебречь атомным строением измерительных приборов - это одна из общих черт классического, релятивистского и квантового способов описания

13. Уверенность в том, что структура познания в области физики, также как и структура мира физических элементов, не претерпевает существенных качественных изменений, что классический способ описания вечен и неизменен. Как качественно неизменен физический мир, движение элементов которого, сводятся к непрерывному механическому перемещению частиц материи, как неизменны физические закономерности, также неизменен и метод познания этого мира и его законов.

14. Теоретическое описание мира осуществляется тремя видами логических форм: понятиями, теорией и картиной мира. Различие между физической теорией и физической картиной мира - количественное (по степени обобщения), но не качественное; фундаментальная физическая теория и есть (в силу наглядности ее структуросодержащих понятий) физическая картина мира