"Математических начал натуральной философии" Исаака Ньютона: основные понятия и принципы классической механики

Министерство  образования  и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
Философский факультет

Кафедра философии  и методологии науки

 

 

 

 

Реферат к  кандидатскому экзамену

«История  и философия науки»

 

«МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЧАЛА НАТУРАЛЬНОЙ ФИЛОСОФИИ» НЬЮТОНА: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

 

 

 

 

     Выполнил (а): аспирант (соискатель,

                                магистрант) кафедры _____________

         ________________________________

                                                                             ______________________факультета

   Ф.И.О.__________________________

 

 

Томск 2010

Оглавление

1. Введение .………………………………………………………………………………………………..……2
2. История создания (написания) « Математических начал натуральной философии» Исаака Ньютона………………………………………………………..……………..3
3. Классическая механика………………………………………………………………….……………..5

3.1  Основные понятия классической  механики………………………………………….6

3.2 Основные принципы классической механики………………………………………7

4. Роль Ньютоновской механике в научной картине мира……………………..………8
5. Заключение……………………………………………………………………………………………….…..9
6. Литература…………………………………………………………………………………………………..10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 Труд, озаглавленный автором «Математические начала натуральной философии», состоит из трех книг. Первая «О движении тел» была окончена 28 апреля 1686г. и в этот же день представлена Лондонскому королевскому обществу. Затем была написана вторая книга , носящая такое же название, и, наконец, третья «О системе мира», при создании которой Ньютон очень опасался задержек со стороны «наглой и сутяжной леди философии» (в тогдашнем понимании этого слова). Однако все обошлось (впрочем, не без помощи, по словам Ньютона, «остроумнейшего во всех областях ученейшего мужа Э. Галлея»). В середине лета 1687г. «Начала» были опубликованы.

Ньютон не случайно назвал свой великий труд «Математическими началами». Математика для него была главным орудием  в физических исследованиях. Но Ньютон никогда не терял связи с экспериментом, и в этом его сила.

Как  известно, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения (закон обратных квадратов), определяющий движение небесных тел  в классическом пространстве, до того, как написал «Начала», с успехом  приложив его к анализу притяжения между Солнцем и планетами. Однако только согласно его третьему закону гравитация не могла далее рассматриваться  как некое изолированное свойство, присущее центральному телу Солнечной  системы. Она должна быть присуща  Луне, каждой планете, комете и звезде во Вселенной – мысль, вероятно, одна из глубочайших, когда – либо приходивших человеческому уму.

Ньютоновская наука и поныне занимает особое место - многие из введенных в ней величин, понятий и сформулированных законов используются до наших дней, являются элементами современной научной картины мира и служат основой развития многочисленных технологий, выдержав преобразования и изменения, которые произошли в естествознании со времен Ньютона.

Разумеется, со времени создания «Начал» формулировка классической динамики после работ  Эйлера, Лагранжа, Гамильтона, Пуанкаре и других ученых претерпела значительные изменения. Она прояснилась, обогатилась. Кроме того, подверглись критическому пересмотру и детальному анализу  границы ее применимости (теория относительности, кванты, черные дыры и т.п.).

Необходимо  подчеркнуть воистину бесчисленные подтверждения положений, развитых Ньютоном в «Началах», а так же полученное решающее «космическое»  доказательство: вспомним о прецизионных экспериментах, поставленных с помощью  искусственных спутников Земли  и подтвердивших с высокой  точностью уравнения Ньютона. Мир  един: «Природа весьма согласна и подобна в себе самой».[2]

Терминология:

Классическая  механика – изучает движение макроскопических тел со скоростями малыми по сравнению со скоростями света, в основе лежат Ньютона законы.[1]

Натуральная философия – философия природы, умозрительное истолкование природы  рассматриваемой в ее целостности. Ранyее древнегреческое Н. до сократовского периода [1].

В своей книге  перво - наперво дает нам краткую информацию: определения, поучение, аксиомы или законы движения со следствиями. Далее три книги.

Математические  начала натуральной философии или  говоря обывательским языком математические начала физики (физика занимает особое место среди естественных наук, т.е наук о природе).

Ведущая роль физики в современном естествознании определяется несколькими факторами. Во-первых, физика составляет фундамент  всех других наук, так как в основе всех явлений –химических, биологических, геологических, астрономических и т.п.- лежит в конечном счете взаимодействие частиц и полей, изучаемых в физике. Во-вторых, бесконечность процесса постижения истины в физике диалектически сочетается с установлением окончательных, незыблемых законов природы, действующих в определенных областях. В физике это общее положение формулируется как принцип соответствия:  ньютоновская механика, электродинамика, теория относительности, квантоновая механика - все они, каждая в своей области, окончательны. Каждая физическая теория прошедшая достаточно серьезную проверку экспериментом, адекватно описывает определенный круг явлений. Любая новая теория, приходящая ей на смену, должна приводить к тем же самым результатам в пределах границ применимости старой теории.

 

Определения

I. Количество  материи (масса) есть мера таковой,  устанавливаемая пропорционально  плотности и объему ее.

Воздуха двойной плотности в двойном  объеме вчетверо больше, в тройном  – вшестеро. То же относится к снегу или порошкам, когда они уплотняются от сжатия или таяния. Это же относится и ко всякого рода телам, которые в силу каких бы то ни было причин уплотняются. Однако при этом я не принимаю в расчет той среды, если таковая существует, которая свободно проникает в промежутки между частицами. Это же количество я подразумеваю в дальнейшем под названиями тело или масса. Определяется масса по весу тела, ибо она пропорциональна весу, что мною найдено опытами над маятниками, произведенными точнейшим образом, как о том сказано ниже.

II. Количество движения есть мера  такового, устанавливаемая пропорционально  скорости и массе.

Количество  движения целого есть сумма количеств движения отдельных частей его, значит, для массы, вдвое большей, при равных скоростях оно двойное, при двойной же скорости – четверное.

III. Врожденная сила материи есть  присущая ей способность сопротивления,  по которой всякое отдельно  взятое тело, поскольку оно предоставлено  самому себе, удерживает свое  состояние покоя или равномерного  прямолинейного движения.

Эта сила всегда пропорциональна массе, и если отличается от инерции массы, то разве только воззрением на нее.

От  инерции материи происходит, что  всякое тело лишь с трудом выводится  из своего покоя или движения. Поэтому  «врожденная сила» могла бы быть весьма вразумительно названа «силою инерции». Эта сила проявляется телом  единственно лишь, когда другая сила, к нему приложенная, производит изменение  в его состоянии. Проявление этой силы может быть рассматриваемо двояко: и как сопротивление, и как  напор. Как сопротивление – поскольку  тело противится действующей на него силе, стремясь сохранить свое состояние; как напор – поскольку то же тело, с трудом уступая силе сопротивляющегося  ему препятствия, стремится изменить состояние этого препятствия. Сопротивление  приписывается обыкновенно телам  покоящимся, напор – телам движущимся. Но движение и покой при обычном  их рассмотрении различаются лишь в  отношении одного к другому, ибо  не всегда находится в покое то, что таковым простому взгляду  представляется.

IV. Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы  изменить его состояние покоя  или равномерного прямолинейного  движения.

Сила  проявляется единственно только в действии и по прекращении действия в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние  вследствие одной только инерции. Происхождение  приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной  силы (...)

Поучение

В изложенном выше имелось в виду объяснить, в  каком смысле употребляются в  дальнейшем менее известные названия. Время, пространство, место и движение составляют понятия общеизвестные. Однако необходимо заметить, что эти  понятия обыкновенно относятся  к тому, что постигается нашими чувствами. Отсюда происходят некоторые  неправильные суждения, для устранения которых необходимо вышеприведенные  понятия разделить на абсолютные и относительные, истинные и кажущиеся, математические и обыденные.

I. Абсолютное, истинное, математическое время  само по себе и по самой  своей сущности, без всякого отношения  к чему-либо внешнему, протекает  равномерно и иначе называется  длительностью.

Относительное, кажущееся, или обыденное, время  есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая  при посредстве какого-либо движения мера продолжительности, употребляемая  в обыденной жизни вместо истинного  математического времени, как-то: час, день, месяц, год.

II. Абсолютное пространство по самой  своей сущности, безотносительно  к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и  неподвижным.

Относительное [пространство] есть его мера или  какая-либо ограниченная подвижная  часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в  обыденной жизни принимается  за пространство неподвижное: так, например, протяжение пространств подземного воздуха или надземного, определяемых по их положению относительно Земли. По виду и величине абсолютное и  относительное пространства одинаковы, но численно не всегда остаются одинаковыми. Так, например, если рассматривать Землю  подвижною, то пространство нашего воздуха, которое по отношению к Земле  остается всегда одним и тем же, будет составлять то одну часть пространства абсолютного, то другую, смотря по тому, куда воздух перешел, и, следовательно, абсолютное пространство беспрерывно  меняется.

III. Место есть часть пространства, занимаемая телом и, по отношению  к пространству бывает или  абсолютным, или относительным. Я  говорю часть пространства, а  не положение тела и не объемлющая  его поверхность. Для равнообъемных  тел места равны, поверхности  же от несходства формы тел  могут быть и неравными. Положение,  правильно выражаясь, не имеет  величины, и оно само по себе  не есть место, а принадлежащее  месту свойство. Движение целого  то же самое, что совокупность  движений частей его, т.е. перемещение  целого из его места то же  самое, что совокупность перемещений  его частей из их мест. Поэтому  место целого то же самое,  что совокупность мест его  частей, и, следовательно, оно  целиком внутри всего тела.

IV. Абсолютное движение есть перемещение  тела из одного абсолютного  его места в другое, относительное  – из относительного в относительное же. Так, на корабле, идущем под парусами, относительное место тела есть та часть корабля, в которой тело находится, например та часть трюма, которая заполнена телом и которая, следовательно, движется вместе с кораблем. Относительный покой есть пребывание тела в той же самой области корабля или в той же самой части его трюма.

Истинный  покой есть пребывание тела в той  же самой части того неподвижного пространства, в котором движется корабль со всем в нем находящемся. Таким образом, если бы Земля на самом  деле покоилась, то тело, которое по отношению к кораблю находится  в покое, двигалось бы в действительности с той абсолютной скоростью, с  какой корабль идет относительно Земли. Если же и сама Земля движется, то истинное абсолютное движение тела найдется по истинному движению Земли  в неподвижном пространстве и по относительным движениям корабля по отношению к Земле и тела по отношению к кораблю. [3]

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Энциклопедический словарь – под ред. Прохорова А.М., 1987г.
2. Ньютон И. Оптика, или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. М.; Л.: Госиздат, 1927. С.70.
3. Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки (с древнейших времен до начала XX в) – М.: Высш. шк., 1989.