Міністерство освіти і науки України
Одеський державний економічний університет
Реферат на тему
«Основні концепції і закони фізики»
Підготувала: Абрамова Марина
11 група ФМЕ
Приймає: Мозгалева В.М.
Одеса
2003
План
1.Вступ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 1
2.Основні представники фізики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .. 1
3.Основні фізичні закони та концепції ... ... ... ... .... ... ... ... .... 5
4. Вплив фізики на медицину .............................................. ........... 10
5. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .... 11
ВСТУП
Фізика - наука про природу, що вивчає найпростіші і разом з тим найбільш загальні закономірності природи, будову та закони руху матерії.
Прийнято вважати, що у своїй основі фізика є наукою експериментальною, оскільки відкриті нею закони засновані на встановлених досвідченим шляхом даних. У цілому фізика поділяється на експериментальну, і теоретичну.
У залежності від орієнтованості на споживача одержуваного знання виділяють фундаментальну та прикладну фізику. В основі фізики лежать фундаментальні фізичні принципи і теорії, які охоплюють всі розділи фізики і найбільш повно відображають суть фізичних явищ і процесів дійсності.
Від ранніх цивілізацій, що виникли на берегах Тигру, Євфрату і Нілу (Вавилон, Ассирія, Єгипет), не залишилося жодних свідчень про досягнення в галузі фізичних знань, за винятком уречевлених у архітектурних спорудах, побутових і т.п. виробах знань. Зводячи різного роду споруди і виготовляючи предмети побуту, зброї і т.д., люди використовували певні результати численних фізичних спостережень, технічних дослідів, їх узагальнень.
Фізичні подання в Стародавньому Китаї з'явилися також на основі різного роду технічної діяльності, в процесі якої вироблялися різноманітні технологічні рецепти. Природно, що перш за все вироблялися механічні уявлення.
У Стародавній Індії основу натурфілософських уявлень складають вчення про п'ять елементів - землі, воді, вогні, повітрі та ефірі. До VI ст. до н.е. емпіричні фізичні уявлення в деяких областях виявляють тенденцію переходу в своєрідні теоретичні побудови (в оптиці, акустиці). Фалес, який висловив думку про те, що всі речі походять із води, по суті справив революційний переворот у світогляді, який означав відмову від міфологічного пояснення явищ дійсності Слідом за Фалесом цим шляхом пішли Геракліт, який висловив ідею про вогонь, як першооснові всього існуючого, Анаксимандр - апейрон, Анаксагор - гомеомерий, Анаксимен - повітрі. Емпедокл - чотирьох стихій (вогні, повітрі, воді і землі). Попередні концепції не допускали існування порожнечі.
Лукрецій Кар (1 ст до н.е.) вибірковість атомів при об'єднанні в тіла пояснювалося на основі принципу "подібний прагне до подібного".
Фізичне вчення Платона запозичило у своїх попередників уявлення про чотири види матерії (землі, воді, повітрі й вогні).
Фізичне вчення Аристотеля вирізнялося своєю "антіатомістічностью" Відкидає він і існування пустоти. Фізичний світ Арістотеля базується на принципі природності: природний рух виникає тоді, коли тіло прагне зайняти своє природне місце (падаючий камінь прагне вниз, до землі, іскри летять вгору, до небесних вогнів і т.д
Архімед (III-II ст. До н.е.), створивши теорію важеля, заклав основи статики. У своїх працях "Про рівновагу плоских тіл і центри тяжіння плоских фігур" і не дійшли до нас "Про вагах" Архімед виклав основні постулати теорії важеля.
До робіт по геометричній оптиці і перспективі відносять "Оптика" і "Катоптрика" Евкліда (III ст. До н.е.). Евклід у галузі оптики спирався на розроблену атомістами концепцію зорових променів, згідно з якою від речей відокремлюються образи, що викликають в оці зорові відчуття
Експериментальні дослідження періоду Відродження значною мірою зв'язуються з ім'ям Леонардо да Вінчі. Його сила полягала в різноманітній експериментальної діяльності. "Мудрість є справа досвіду" і "Немає достовірності в науках, що не використовують математики" - ці проголошені ним принципи є двома сторонами його методу. І в цьому сенсі Леонардо справедливо розглядається як попередник сучасного природознавства.
Було здійснено переворот в античному стилі мислення М. Коперником у області астрономії, які поставили проблему відповідності між сутністю руху та його сприйняттям. Геліоцентрична концепція Коперника стала важливою науково-дослідною програмою, яка поставила цілий ряд проблем. Також величезний внесок вніс Дж. Бруно, який був послідовником Коперника і визначив, що навколо Землі є певна оболонка, а саме атмосфера.
Вельми значна роль у розвитку природознавстві (і фізики зокрема) XVII століття належить Р. Декарту, який висловив закон збереження кількості руху і дав поняття імпульсу сили.
Декарт постарався зайняти позицію, яка дозволяла ухилитися від конфлікту з церквою і тим самим забезпечити можливість розвиватися науці протягом кількох століть.
Великий внесок у розвиток обчислювальної механіки вносять Ейлер, Даламбер, Лангранжа. Д. Бернуллі, Ейлер, Даламбер закладають основи гідродинаміки (фізичної механіки) рідин. Б. Франклін, М. В. Ломоносов, Г. Ріхман доводять електричну природу кульової блискавки.
Сформовані в попереднє століття корпускулярна і хвильова концепція світла в XIX столітті продовжили запеклу боротьбу. Перша спиралася на авторитет Ньютона, друга - на авторитет Гука, Гюйгенса, Ейлера, Ломоносова.
У 1820 р. Х. Ерстед було відкрито магнітне дію електричного струму - навколо дроту з електричним струмом було виявлено магнітне поле. А. Ампер, грунтуючись на єдності електричних і магнітних явищ, розробив першу теорію магнетизму, заклавши тим самим основи електродинаміки.
Наступним кроком у розвитку електродинаміки було відкриття М. Фарадеєм явища електромагнітної індукції.
Експериментальне їх виявлення Г. Герцем в 1880 р. означало перемогу електромагнітної концепції, хоча вона в свідомості вчених утвердилася не відразу (концепції Ньютона знадобилося для свого затвердження половина століття, концепції Максвелла знадобилася для цього чверть століття). Герц встановив, що електромагнітні хвилі мають властивість, аналогічні світловим: переломлення, відображення, інтерференцію, дифракцію, поляризацію, ту ж швидкість розповсюдження.
Квантової теорії М. Планка (1900 р.), спеціальною теорією відносності А. Ейнштейна (1905 р.), атомної теорією Резерфорда - Н. Бора (1913 р.), загальною теорією відносності А. Ейнштейна (1916 р.), хвильової механіки Л.де Бройля і Е. Шредінгера (1923-1926 рр..) і т.д.
Перша модель атома, запропонована В. Томсоном і потім Д. Томсоном, включала кулясте хмара позитивного заряду, всередині якого знаходяться електрони, розташовані в цій хмарі концентричними кільцями.
Фізика XIX століття представляла собою засновану на механіці Ньютона систему знань, яка творцям цієї системи представлялася майже завершеною.
Планк у 1900 р. сформулював постулат, згідно з яким речовина може випускати енергію випромінювання лише кінцевими порціями, пропорційними частоті цього випромінювання. Наступним кроком у розвитку квантової концепції було розширення А. Ейнштейном гіпотези У 1911 р. Е. Резерфорд довів, що атом складається з позитивно зарядженого ядра і що обертаються довкола нього, негативно заряджених електронів. У 1932 р. Дж.Чедвік виявляє, що ядро крім позитивного протона містить не заряджений нейтрон з масою майже дорівнює масі протона. У 1969 р. експерименти М.Гелл-Мана по взаємодії рухаються з великими швидкостями протонів і електронів показують, що протони складаються з кварків.
В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донаукових і науковий.
Донаучний, або натурфілософський, охоплює період від античності до становлення експериментального природознавства в XVI-XVII ст. У цей період вчення про природу мали суто натурфілософський характер: спостережувані природні явища пояснювалися на основі умоглядних філософських принципів.
Найбільш значущою для подальшого розвитку природних наук була концепція дискретного будови матерії атомізм, згідно з яким всі тіла складаються з атомів - найдрібніших у світі частинок.
Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., Коли Г. Галілеєм була закладена основа першою в історії науки фізичної картини світу - механічної. Він не просто обгрунтував геліоцентричну систему М. Коперника і відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи - науково-теоретичного. Суть його полягала в тому, що виділялися тільки деякі фізичні та геометричні характеристики, які ставали предметом наукового дослідження. Галілей писав: "Ніколи я не стану від зовнішніх тіл вимагати чогось іншого, ніж величина, фігура, кількість і більш-менш швидкого руху для того, щоб пояснити виникнення смаку, запаху і звуку". Виділення окремих характеристик об'єкта дозволяло будувати теоретичні моделі та перевіряти їх в умовах наукового експерименту. Ця методологічна концепція, вперше сформульована Галілеєм у праці "Пробірні ваги", зробила вирішальний вплив на становлення класичного природознавства.
І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив строгу наукову теорію механіки, яка описує і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими ж законами. Природа розглядалася як складна механічна система.
Розробляючи оптику, І. Ньютон, слідуючи логіці свого вчення, вважав світло потоком матеріальних частинок - корпускул. У корпускулярної теорії світла І. Ньютона стверджувалося, що світяться тіла випромінюють найдрібніші частинки, які рухаються у згоді з законами механіки і викликають відчуття світла, потрапляючи в око. На базі цієї теорії І. Ньютоном було дано пояснення законам відбиття і заломлення світла.
Поряд з механічною корпускулярної теорією, здійснювалися спроби пояснити оптичні явища принципово іншим шляхом, а саме - на основі хвильової теорії, сформульованої X. Гюйгенсом. Хвильова теорія встановлювала аналогію між розповсюдженням світла і рухом хвиль на поверхні води або звукових хвиль у повітрі. У ній передбачалася наявність пружного середовища, що заповнює весь простір, - світлоносного ефіру. Поширення світла розглядалося як поширення коливань ефіру: кожна окрема точка ефіру коливається у вертикальному напрямку, а коливання всіх точок створюють картину хвилі, яка переміщається в просторі від одного моменту часу до іншого. Головним аргументом на користь своєї теорії X. Гюйгенс вважав той факт, що два промені світла, перетинаючись, пронизують один одного без будь-яких перешкод в точності, як два ряди хвиль на воді.
Згідно ж нової теорії, між пучками випроменених часток, якими є світло, виникали б зіткнення або, принаймні, будь-які обурення. Виходячи з хвильової теорії X. Гюйгенс успішно пояснив відображення і заломлення світла.
Хвильова теорія світла була знову висунута в перші десятиліття XIX ст. англійським фізиком Т. Юнгом і французьким натуралістом О. Ж. Френелем. Т. Юнг дав пояснення явища інтерференції, тобто появи темних смужок при накладенні світла на світло. Суть її можна описати за допомогою парадоксального твердження: світло, доданий до світла, не обов'язково дає більш сильне світло, але може давати більш слабкий і навіть темряву. Причина цього полягає в тому, що згідно з хвильової теорії, світло являє собою не потік матеріальних часток, а коливання пружного середовища, або хвильовий рух.
. Єдина сутність світла та електрики, яку М. Фарадей припустив в 1845 р., а Дж. К. Максвелл теоретично обгрунтував у 1862 р., була експериментально підтверджена німецьким фізиком Г. Герцем в 1888 р.
Отже, до кінця XIX ст. фізика прийшла до висновку, що матерія існує у двох видах: дискретного речовини і безперервного поля.
• Речовина і поле розрізняються як корпускулярні і хвильові сутності: речовина дискретно і складається з атомів, а поле безперервно.
• Речовина і поле різняться за своїми фізичними характеристиками: частинки речовини мають масу спокою, а поле - ні.
• Речовина і поле розрізняються за ступенем проникності: речовина мало проникності, а поле, навпаки, повністю проникності.
• Швидкість розповсюдження поля дорівнює швидкості світла, а швидкість руху частинок речовини менше її на багато порядків.
У результаті ж наступних революційних відкриттів у фізиці в кінці минулого і початку нинішнього століть виявилися зруйнованими подання класичної фізики про речовину і поле як двох якісно своєрідних видах матерії.
: Концепції сучасної фізики.
Атомістична концепція будови матерії.
Атомістична гіпотеза будови матерії, висунута в античності Демокрітом, була відроджена в XVIII ст. хіміком Дж. Дальтон, який прийняв атомна вага водню за одиницю і зіставив з ним атомні ваги інших газів. Завдяки працям Дж. Дальтона стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У XIX ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі.
У фізику подання про атоми як про останні неподільних структурних елементах матерії прийшли з хімії. Власне фізичні дослідження атома починаються в кінці XIX ст., Коли французьким фізиком А. А. Беккерелем було відкрито явище радіоактивності, яке полягало в мимовільному Перетворення атомів одних елементів в атоми інших елементів. Вивчення радіоактивності було продовжено французькими фізиками подружжям П'єром і Марією Кюрі, що відкрили нові радіоактивні елементи полоній і радій.
Історія дослідження будови атома почалася в 1895 р. завдяки відкриттю Дж. Дж. Томсоном електрона - негативно зарядженої частинки, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом у цілому електрично нейтральний, то було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Маса електрона склала за розрахунками 1 / тисячі вісімсот тридцять шість маси позитивно зарядженої частинки.
Класична ньютонівська космологія явно чи неявно приймала такі постулати:
• Всесвіт - це всесуществующая, "світ в цілому". Космологія пізнає світ таким, як він існує сам по собі, безвідносно до умов пізнання.
• Простір і час Всесвіту абсолютні, вони не залежать від матеріальних об'єктів і процесів "
• Простір і час метрично нескінченні.
• Простір і час однорідні і ізотропні.
• Всесвіт стаціонарне, не зазнає еволюції. Змінюватися можуть конкретні космічні системи, але не світ в цілому.
У ньютонівської космології виникали два парадоксу, пов'язані з постулатом нескінченність Всесвіту.
Перший парадокс отримав назву гравітаційного. Суть його полягає в тому, що якщо Всесвіт нескінченний і в ній існує нескінченна кількість небесних тіл, то сила тяжіння буде нескінченно велика, і Всесвіт повинна сколлапсировала, а не існувати вічно.
Другий парадокс називається фотометричним: якщо існує нескінченна кількість небесних тіл, то повинна бути нескінченна світність неба, що не спостерігається.
Архімед з'явився також основоположником і гідростатики, законів плаваючих тіл. Праця "Про плаваючих тілах" був присвячений законів плаваючих тіл. Суть цього закону полягає в тому, що на будь-яке тіло, занурене в рідину або газ діє виштовхуюча сила.
Евклідом вперше формулюється закон поширення світла, що є основою геометричної оптики.
.
До успіхів у розвитку експериментальної фізики XVII століття з повним підставою можуть бути віднесені дослідження в галузі електрики і магнетизму У. Гільберта. Припустивши, що Земля є магнітом, він вперше пояснив поведінку магнітної стрілки компаса впливом його полюсів.
Вельми значна роль у розвитку природознавстві (і фізики зокрема) XVII століття належить Р. Декарту, який висловив закон збереження кількості руху і дав поняття імпульсу сили, або закону збереження імпульсу тіла, що говорить нам наскільки швидкість одного тіла зменшується, на стільки швидкість іншого збільшується при взаємодії один з одним.
Фундаментальним законом фізики є закон збереження і перетворення енергії, який каже, що нічого не виникає з нічого, і не зникає, а тільки може передаватися від одного тіла до іншого або перетворюватися з одного виду в інший.
У механіці грають величезну роль закони Ньютона, які дають відповіді на питання - чому тіло спочивати або рухається.
ФОРМУВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ КАРТИНИ СВІТУ
Результатом розвитку класичної механіки стало створення єдиної механічної картини світу, в рамках якої всі якісне різноманіття світу пояснювалося відмінностями в русі тіл, які підпорядковуються законам ньютонівської механіки. Згідно механічній картині світу, якщо фізичне явище світу можна було пояснити на основі законів механіки, то таке пояснення визнавалося науковим. Механіка Ньютона, таким чином, стала основою механічної картини світу, що панувала аж до наукової революції на рубежі XIX і XX століть.
Механіка Ньютона, на відміну від попередніх механічних концепцій, давало можливість вирішувати завдання про будь-якій стадії руху (як попередньої, так і наступної) і в будь-якій точці простору при відомих фактах, що обумовлюють цей рух, а також зворотний завдання визначення величини і напрямку дії цих факторів в будь-якій точці при відомих основних елементах руху. Завдяки цьому механіка Ньютона могла використовуватися в якості методу кількісного аналізу механічного руху. Будь-які фізичні явища могли вивчатися як рух в чисто феноменологічному плані, незалежно від причин, які їх факторів. Закони ньютонівської механіки пов'язували чинності не з рухом, а із зміною руху. Це дозволило відмовитися від традиційних уявлень про те, що для підтримки руху потрібна сила, і відвести тертю, яке робило силу необхідної в діючі механізми для підтримки руху, другорядну роль. Встановивши динамічний погляд на світ замість традиційного статичного, Ньютон свою динаміку зробив основою теоретичної фізики. Хоча Ньютон виявляв обережність у механічних тлумаченнях природних явищ, тим не менш він вважав бажаним виведення з початків механіки інших явищ природи.
Ультразвукові коливання при поширенні підкоряються законам геометричної оптики. У однорідному середовищі вони поширюються прямолінійно і з постійною швидкістю. На кордоні різних середовищ з неоднаковою акустичною щільністю частина променів відбивається, а частина заломлюється, продовжуючи прямолінійне поширення. Чим вище градієнт перепаду акустичної щільності граничних середовищ, тим більша частина ультразвукових коливань відбивається. Так як на межі переходу ультразвуку з повітря на шкіру відбувається відображення 99,99% коливань, то при ультразвуковому скануванні хворого необхідно змазування поверхні шкіри водним желе, яке виконує роль перехідної середовища. Відображення залежить від кута падіння променя (найбільше при перпендикулярному напрямку) і частоти ультразвукових коливань (при більш високій частоті велика частина відбивається).
Використання ефекту Доплера в діагностиці.
Особливий інтерес у діагностиці викликає використання ефекту Доплера. Суть ефекту полягає в зміні частоти звуку внаслідок відносного руху джерела і приймача звуку. Коли звук відбивається від об'єкта, що рухається, частота відбитого сигналу змінюється (відбувається зсув частоти).
При накладенні первинних і відображених сигналів виникають биття, які прослуховуються за допомогою навушників або гучномовця. В даний час на основі ефекту Доплера досліджені тільки рух крові і биття серця. Цей ефект широко застосовується в акушерстві, так як звуки, що йдуть від матки легко реєструються. На ранній стадії вагітності звук проходить через сечовий міхур. Коли матка наповнюється рідиною, вона сама починає проводити звук. Положення плаценти визначається по звуках протікає через неї крові, а через 9 - 10 тижнів з моменту утворення плоду прослуховується биття його серця. За допомогою ультразвукових пристроїв кількість зародків або констатувати смерть плоду.
Хірургія з допомогою фокусированного ультразвуку.
Хірургічна техніка повинна забезпечувати керованість руйнування тканин, впливати тільки на чітко обмежену область, бути швидкодіючої, викликати мінімальні втрати крові. Потужний фокусований ультразвук має більшість з цих якостей.
Можливість використання фокусированного ультразвуку для створення зон поразки в глибині органа без руйнування верхніх тканин вивчено в основному в операціях на мозку. Пізніше операції проводилися на печінці, спинному мозку, нирках і оці.
ВИСНОВОК
Величезна різноманітність фактів у галузі атомних явищ змушує винаходити і вводити в ужиток нові фізичні поняття. Речовина складається з елементарних частинок - елементарних квантів речовини. Світло також складається з фотонів - квантів енергії. Пошуки відповідей на питання, чим є світло - хвилею або зливою фотонів, чим є пучок електронів - зливою елементарних частинок або хвилею, спонукає ще далі відступити від механічного світогляду. Фізика і формулює закони, що керують сукупностями, а не індивідуумами. У квантовій фізиці описуються не властивості, а ймовірності, формулюються закони, що керують змінами у часі ймовірностей, пов'язані з великим совокупностям індивідуумів, а не закони, що розкривають майбутнє системи, як це властиво класичній фізиці.
Таким чином, трохи більше ста років тому наука була описової: опис руху твердих тіл або рідин у механіці і гідродинаміки, властивостей електричних і магнітних полів в електродинаміці, реакції атомів і молекул в хімії. Потім мети фізики змінилися: від опису вона перейшла до пояснення. Прогрес науки, здійснений Планком. Ейнштейном, Резерфордом, Бором. Зоммерфельдом, Шредінгер, Гейзенбергом, Паулі, Діраком, привів до відкриття кванта дії, атома, який володіє ядром, квантованих орбіт, квантової механіки, динаміки атома. Наступний етап у розвитку фізики відкрився роботами М.Склодовской-Кюрі, що дозволили приступити до вивчення внутрішньої будови атомного ядра. Дослідження структури атома виявили величезну різноманітність елементарних частинок, що змусило фізиків шукати в цій різноманітності єдність і намагатися будувати концепцію об'єднання фізики. Класичний етап у розвитку фізики з побудовою квантової теорії поступився місцем некласичного. Сьогодні фізика починає перехід до постнекласичної етапу свого розвитку. Сформована на некласичному етапі розвитку фізики картина світу є принципово незавершеною - відчувається дедалі більша потреба в переході до еволюційної парадигми.
Список використовуваної літератури:
1. С. Від великого вибуху до чорних дір. Коротка історія часу. М., 1990. С.70.
2. Бернал Дж. Наука в історії общества.М., 1956.С.414-415
3. Бройль Л. де. Революція у фізиці. М., 1963. С.84.
4. Лауе М. Історія Фізики Хокінг.М., 1956.С.46.
5. Цит. по: ДорфманЯ.Г. Всесвітня історія фізики з початку XIX до середини XX ст. М., 1979. С.
6. Самойлов Д.М. "Магнітотерапія"
7. Іванов В.А. "Лазер"
8. Заявлова С.А. "Світлолікування"
9. Ейнштейн А., Інфельд Л. Еволюція фізики М., 1965
Одеський державний економічний університет
Реферат на тему
«Основні концепції і закони фізики»
Підготувала: Абрамова Марина
11 група ФМЕ
Приймає: Мозгалева В.М.
Одеса
2003
План
1.Вступ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 1
2.Основні представники фізики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .. 1
3.Основні фізичні закони та концепції ... ... ... ... .... ... ... ... .... 5
4. Вплив фізики на медицину .............................................. ........... 10
5. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .... 11
ВСТУП
Фізика - наука про природу, що вивчає найпростіші і разом з тим найбільш загальні закономірності природи, будову та закони руху матерії.
Прийнято вважати, що у своїй основі фізика є наукою експериментальною, оскільки відкриті нею закони засновані на встановлених досвідченим шляхом даних. У цілому фізика поділяється на експериментальну, і теоретичну.
У залежності від орієнтованості на споживача одержуваного знання виділяють фундаментальну та прикладну фізику. В основі фізики лежать фундаментальні фізичні принципи і теорії, які охоплюють всі розділи фізики і найбільш повно відображають суть фізичних явищ і процесів дійсності.
Від ранніх цивілізацій, що виникли на берегах Тигру, Євфрату і Нілу (Вавилон, Ассирія, Єгипет), не залишилося жодних свідчень про досягнення в галузі фізичних знань, за винятком уречевлених у архітектурних спорудах, побутових і т.п. виробах знань. Зводячи різного роду споруди і виготовляючи предмети побуту, зброї і т.д., люди використовували певні результати численних фізичних спостережень, технічних дослідів, їх узагальнень.
Фізичні подання в Стародавньому Китаї з'явилися також на основі різного роду технічної діяльності, в процесі якої вироблялися різноманітні технологічні рецепти. Природно, що перш за все вироблялися механічні уявлення.
У Стародавній Індії основу натурфілософських уявлень складають вчення про п'ять елементів - землі, воді, вогні, повітрі та ефірі. До VI ст. до н.е. емпіричні фізичні уявлення в деяких областях виявляють тенденцію переходу в своєрідні теоретичні побудови (в оптиці, акустиці). Фалес, який висловив думку про те, що всі речі походять із води, по суті справив революційний переворот у світогляді, який означав відмову від міфологічного пояснення явищ дійсності Слідом за Фалесом цим шляхом пішли Геракліт, який висловив ідею про вогонь, як першооснові всього існуючого, Анаксимандр - апейрон, Анаксагор - гомеомерий, Анаксимен - повітрі. Емпедокл - чотирьох стихій (вогні, повітрі, воді і землі). Попередні концепції не допускали існування порожнечі.
Основні представники фізики
Атомістична концепція, початок якої було покладено Левкіппа і Демокрітом, виходила з визнання порожнечі і рухаються в ній атомів - незліченних неподільних частинок (що відрізняються один від одного величиною і формою), різні поєднання яких утворюють безліч навколишніх речей.Лукрецій Кар (1 ст до н.е.) вибірковість атомів при об'єднанні в тіла пояснювалося на основі принципу "подібний прагне до подібного".
Фізичне вчення Платона запозичило у своїх попередників уявлення про чотири види матерії (землі, воді, повітрі й вогні).
Фізичне вчення Аристотеля вирізнялося своєю "антіатомістічностью" Відкидає він і існування пустоти. Фізичний світ Арістотеля базується на принципі природності: природний рух виникає тоді, коли тіло прагне зайняти своє природне місце (падаючий камінь прагне вниз, до землі, іскри летять вгору, до небесних вогнів і т.д
Архімед (III-II ст. До н.е.), створивши теорію важеля, заклав основи статики. У своїх працях "Про рівновагу плоских тіл і центри тяжіння плоских фігур" і не дійшли до нас "Про вагах" Архімед виклав основні постулати теорії важеля.
До робіт по геометричній оптиці і перспективі відносять "Оптика" і "Катоптрика" Евкліда (III ст. До н.е.). Евклід у галузі оптики спирався на розроблену атомістами концепцію зорових променів, згідно з якою від речей відокремлюються образи, що викликають в оці зорові відчуття
Експериментальні дослідження періоду Відродження значною мірою зв'язуються з ім'ям Леонардо да Вінчі. Його сила полягала в різноманітній експериментальної діяльності. "Мудрість є справа досвіду" і "Немає достовірності в науках, що не використовують математики" - ці проголошені ним принципи є двома сторонами його методу. І в цьому сенсі Леонардо справедливо розглядається як попередник сучасного природознавства.
Було здійснено переворот в античному стилі мислення М. Коперником у області астрономії, які поставили проблему відповідності між сутністю руху та його сприйняттям. Геліоцентрична концепція Коперника стала важливою науково-дослідною програмою, яка поставила цілий ряд проблем. Також величезний внесок вніс Дж. Бруно, який був послідовником Коперника і визначив, що навколо Землі є певна оболонка, а саме атмосфера.
Вельми значна роль у розвитку природознавстві (і фізики зокрема) XVII століття належить Р. Декарту, який висловив закон збереження кількості руху і дав поняття імпульсу сили.
Декарт постарався зайняти позицію, яка дозволяла ухилитися від конфлікту з церквою і тим самим забезпечити можливість розвиватися науці протягом кількох століть.
Великий внесок у розвиток обчислювальної механіки вносять Ейлер, Даламбер, Лангранжа. Д. Бернуллі, Ейлер, Даламбер закладають основи гідродинаміки (фізичної механіки) рідин. Б. Франклін, М. В. Ломоносов, Г. Ріхман доводять електричну природу кульової блискавки.
Сформовані в попереднє століття корпускулярна і хвильова концепція світла в XIX столітті продовжили запеклу боротьбу. Перша спиралася на авторитет Ньютона, друга - на авторитет Гука, Гюйгенса, Ейлера, Ломоносова.
У 1820 р. Х. Ерстед було відкрито магнітне дію електричного струму - навколо дроту з електричним струмом було виявлено магнітне поле. А. Ампер, грунтуючись на єдності електричних і магнітних явищ, розробив першу теорію магнетизму, заклавши тим самим основи електродинаміки.
Наступним кроком у розвитку електродинаміки було відкриття М. Фарадеєм явища електромагнітної індукції.
Експериментальне їх виявлення Г. Герцем в 1880 р. означало перемогу електромагнітної концепції, хоча вона в свідомості вчених утвердилася не відразу (концепції Ньютона знадобилося для свого затвердження половина століття, концепції Максвелла знадобилася для цього чверть століття). Герц встановив, що електромагнітні хвилі мають властивість, аналогічні світловим: переломлення, відображення, інтерференцію, дифракцію, поляризацію, ту ж швидкість розповсюдження.
Квантової теорії М. Планка (1900 р.), спеціальною теорією відносності А. Ейнштейна (1905 р.), атомної теорією Резерфорда - Н. Бора (1913 р.), загальною теорією відносності А. Ейнштейна (1916 р.), хвильової механіки Л.де Бройля і Е. Шредінгера (1923-1926 рр..) і т.д.
Перша модель атома, запропонована В. Томсоном і потім Д. Томсоном, включала кулясте хмара позитивного заряду, всередині якого знаходяться електрони, розташовані в цій хмарі концентричними кільцями.
Фізика XIX століття представляла собою засновану на механіці Ньютона систему знань, яка творцям цієї системи представлялася майже завершеною.
Планк у 1900 р. сформулював постулат, згідно з яким речовина може випускати енергію випромінювання лише кінцевими порціями, пропорційними частоті цього випромінювання. Наступним кроком у розвитку квантової концепції було розширення А. Ейнштейном гіпотези У 1911 р. Е. Резерфорд довів, що атом складається з позитивно зарядженого ядра і що обертаються довкола нього, негативно заряджених електронів. У 1932 р. Дж.Чедвік виявляє, що ядро крім позитивного протона містить не заряджений нейтрон з масою майже дорівнює масі протона. У 1969 р. експерименти М.Гелл-Мана по взаємодії рухаються з великими швидкостями протонів і електронів показують, що протони складаються з кварків.
Основні фізичні закони та концепції
Концепції класичного природознавства.В історії вивчення природи можна виділити два етапи: донаукових і науковий.
Донаучний, або натурфілософський, охоплює період від античності до становлення експериментального природознавства в XVI-XVII ст. У цей період вчення про природу мали суто натурфілософський характер: спостережувані природні явища пояснювалися на основі умоглядних філософських принципів.
Найбільш значущою для подальшого розвитку природних наук була концепція дискретного будови матерії атомізм, згідно з яким всі тіла складаються з атомів - найдрібніших у світі частинок.
Формування наукових поглядів на будову матерії відноситься до XVI ст., Коли Г. Галілеєм була закладена основа першою в історії науки фізичної картини світу - механічної. Він не просто обгрунтував геліоцентричну систему М. Коперника і відкрив закон інерції, а розробив методологію нового способу опису природи - науково-теоретичного. Суть його полягала в тому, що виділялися тільки деякі фізичні та геометричні характеристики, які ставали предметом наукового дослідження. Галілей писав: "Ніколи я не стану від зовнішніх тіл вимагати чогось іншого, ніж величина, фігура, кількість і більш-менш швидкого руху для того, щоб пояснити виникнення смаку, запаху і звуку". Виділення окремих характеристик об'єкта дозволяло будувати теоретичні моделі та перевіряти їх в умовах наукового експерименту. Ця методологічна концепція, вперше сформульована Галілеєм у праці "Пробірні ваги", зробила вирішальний вплив на становлення класичного природознавства.
І. Ньютон, спираючись на праці Галілея, розробив строгу наукову теорію механіки, яка описує і рух небесних тіл, і рух земних об'єктів одними і тими ж законами. Природа розглядалася як складна механічна система.
Розробляючи оптику, І. Ньютон, слідуючи логіці свого вчення, вважав світло потоком матеріальних частинок - корпускул. У корпускулярної теорії світла І. Ньютона стверджувалося, що світяться тіла випромінюють найдрібніші частинки, які рухаються у згоді з законами механіки і викликають відчуття світла, потрапляючи в око. На базі цієї теорії І. Ньютоном було дано пояснення законам відбиття і заломлення світла.
Поряд з механічною корпускулярної теорією, здійснювалися спроби пояснити оптичні явища принципово іншим шляхом, а саме - на основі хвильової теорії, сформульованої X. Гюйгенсом. Хвильова теорія встановлювала аналогію між розповсюдженням світла і рухом хвиль на поверхні води або звукових хвиль у повітрі. У ній передбачалася наявність пружного середовища, що заповнює весь простір, - світлоносного ефіру. Поширення світла розглядалося як поширення коливань ефіру: кожна окрема точка ефіру коливається у вертикальному напрямку, а коливання всіх точок створюють картину хвилі, яка переміщається в просторі від одного моменту часу до іншого. Головним аргументом на користь своєї теорії X. Гюйгенс вважав той факт, що два промені світла, перетинаючись, пронизують один одного без будь-яких перешкод в точності, як два ряди хвиль на воді.
Згідно ж нової теорії, між пучками випроменених часток, якими є світло, виникали б зіткнення або, принаймні, будь-які обурення. Виходячи з хвильової теорії X. Гюйгенс успішно пояснив відображення і заломлення світла.
Хвильова теорія світла була знову висунута в перші десятиліття XIX ст. англійським фізиком Т. Юнгом і французьким натуралістом О. Ж. Френелем. Т. Юнг дав пояснення явища інтерференції, тобто появи темних смужок при накладенні світла на світло. Суть її можна описати за допомогою парадоксального твердження: світло, доданий до світла, не обов'язково дає більш сильне світло, але може давати більш слабкий і навіть темряву. Причина цього полягає в тому, що згідно з хвильової теорії, світло являє собою не потік матеріальних часток, а коливання пружного середовища, або хвильовий рух.
. Єдина сутність світла та електрики, яку М. Фарадей припустив в 1845 р., а Дж. К. Максвелл теоретично обгрунтував у 1862 р., була експериментально підтверджена німецьким фізиком Г. Герцем в 1888 р.
Отже, до кінця XIX ст. фізика прийшла до висновку, що матерія існує у двох видах: дискретного речовини і безперервного поля.
• Речовина і поле розрізняються як корпускулярні і хвильові сутності: речовина дискретно і складається з атомів, а поле безперервно.
• Речовина і поле різняться за своїми фізичними характеристиками: частинки речовини мають масу спокою, а поле - ні.
• Речовина і поле розрізняються за ступенем проникності: речовина мало проникності, а поле, навпаки, повністю проникності.
• Швидкість розповсюдження поля дорівнює швидкості світла, а швидкість руху частинок речовини менше її на багато порядків.
У результаті ж наступних революційних відкриттів у фізиці в кінці минулого і початку нинішнього століть виявилися зруйнованими подання класичної фізики про речовину і поле як двох якісно своєрідних видах матерії.
: Концепції сучасної фізики.
Атомістична концепція будови матерії.
Атомістична гіпотеза будови матерії, висунута в античності Демокрітом, була відроджена в XVIII ст. хіміком Дж. Дальтон, який прийняв атомна вага водню за одиницю і зіставив з ним атомні ваги інших газів. Завдяки працям Дж. Дальтона стали вивчатися фізико-хімічні властивості атома. У XIX ст. Д. І. Менделєєв побудував систему хімічних елементів, засновану на їхній атомній вазі.
У фізику подання про атоми як про останні неподільних структурних елементах матерії прийшли з хімії. Власне фізичні дослідження атома починаються в кінці XIX ст., Коли французьким фізиком А. А. Беккерелем було відкрито явище радіоактивності, яке полягало в мимовільному Перетворення атомів одних елементів в атоми інших елементів. Вивчення радіоактивності було продовжено французькими фізиками подружжям П'єром і Марією Кюрі, що відкрили нові радіоактивні елементи полоній і радій.
Історія дослідження будови атома почалася в 1895 р. завдяки відкриттю Дж. Дж. Томсоном електрона - негативно зарядженої частинки, що входить до складу всіх атомів. Оскільки електрони мають негативний заряд, а атом у цілому електрично нейтральний, то було зроблено припущення про наявність крім електрона і позитивно зарядженої частинки. Маса електрона склала за розрахунками 1 / тисячі вісімсот тридцять шість маси позитивно зарядженої частинки.
Класична ньютонівська космологія явно чи неявно приймала такі постулати:
• Всесвіт - це всесуществующая, "світ в цілому". Космологія пізнає світ таким, як він існує сам по собі, безвідносно до умов пізнання.
• Простір і час Всесвіту абсолютні, вони не залежать від матеріальних об'єктів і процесів "
• Простір і час метрично нескінченні.
• Простір і час однорідні і ізотропні.
• Всесвіт стаціонарне, не зазнає еволюції. Змінюватися можуть конкретні космічні системи, але не світ в цілому.
У ньютонівської космології виникали два парадоксу, пов'язані з постулатом нескінченність Всесвіту.
Перший парадокс отримав назву гравітаційного. Суть його полягає в тому, що якщо Всесвіт нескінченний і в ній існує нескінченна кількість небесних тіл, то сила тяжіння буде нескінченно велика, і Всесвіт повинна сколлапсировала, а не існувати вічно.
Другий парадокс називається фотометричним: якщо існує нескінченна кількість небесних тіл, то повинна бути нескінченна світність неба, що не спостерігається.
Архімед з'явився також основоположником і гідростатики, законів плаваючих тіл. Праця "Про плаваючих тілах" був присвячений законів плаваючих тіл. Суть цього закону полягає в тому, що на будь-яке тіло, занурене в рідину або газ діє виштовхуюча сила.
Евклідом вперше формулюється закон поширення світла, що є основою геометричної оптики.
.
До успіхів у розвитку експериментальної фізики XVII століття з повним підставою можуть бути віднесені дослідження в галузі електрики і магнетизму У. Гільберта. Припустивши, що Земля є магнітом, він вперше пояснив поведінку магнітної стрілки компаса впливом його полюсів.
Вельми значна роль у розвитку природознавстві (і фізики зокрема) XVII століття належить Р. Декарту, який висловив закон збереження кількості руху і дав поняття імпульсу сили, або закону збереження імпульсу тіла, що говорить нам наскільки швидкість одного тіла зменшується, на стільки швидкість іншого збільшується при взаємодії один з одним.
Фундаментальним законом фізики є закон збереження і перетворення енергії, який каже, що нічого не виникає з нічого, і не зникає, а тільки може передаватися від одного тіла до іншого або перетворюватися з одного виду в інший.
У механіці грають величезну роль закони Ньютона, які дають відповіді на питання - чому тіло спочивати або рухається.
ФОРМУВАННЯ МЕХАНІЧНОЇ КАРТИНИ СВІТУ
Результатом розвитку класичної механіки стало створення єдиної механічної картини світу, в рамках якої всі якісне різноманіття світу пояснювалося відмінностями в русі тіл, які підпорядковуються законам ньютонівської механіки. Згідно механічній картині світу, якщо фізичне явище світу можна було пояснити на основі законів механіки, то таке пояснення визнавалося науковим. Механіка Ньютона, таким чином, стала основою механічної картини світу, що панувала аж до наукової революції на рубежі XIX і XX століть.
Механіка Ньютона, на відміну від попередніх механічних концепцій, давало можливість вирішувати завдання про будь-якій стадії руху (як попередньої, так і наступної) і в будь-якій точці простору при відомих фактах, що обумовлюють цей рух, а також зворотний завдання визначення величини і напрямку дії цих факторів в будь-якій точці при відомих основних елементах руху. Завдяки цьому механіка Ньютона могла використовуватися в якості методу кількісного аналізу механічного руху. Будь-які фізичні явища могли вивчатися як рух в чисто феноменологічному плані, незалежно від причин, які їх факторів. Закони ньютонівської механіки пов'язували чинності не з рухом, а із зміною руху. Це дозволило відмовитися від традиційних уявлень про те, що для підтримки руху потрібна сила, і відвести тертю, яке робило силу необхідної в діючі механізми для підтримки руху, другорядну роль. Встановивши динамічний погляд на світ замість традиційного статичного, Ньютон свою динаміку зробив основою теоретичної фізики. Хоча Ньютон виявляв обережність у механічних тлумаченнях природних явищ, тим не менш він вважав бажаним виведення з початків механіки інших явищ природи.
ВПЛИВ ФІЗИКИ НА медицина
Застосування ультразвуку для діагностики.Ультразвукові коливання при поширенні підкоряються законам геометричної оптики. У однорідному середовищі вони поширюються прямолінійно і з постійною швидкістю. На кордоні різних середовищ з неоднаковою акустичною щільністю частина променів відбивається, а частина заломлюється, продовжуючи прямолінійне поширення. Чим вище градієнт перепаду акустичної щільності граничних середовищ, тим більша частина ультразвукових коливань відбивається. Так як на межі переходу ультразвуку з повітря на шкіру відбувається відображення 99,99% коливань, то при ультразвуковому скануванні хворого необхідно змазування поверхні шкіри водним желе, яке виконує роль перехідної середовища. Відображення залежить від кута падіння променя (найбільше при перпендикулярному напрямку) і частоти ультразвукових коливань (при більш високій частоті велика частина відбивається).
Використання ефекту Доплера в діагностиці.
Особливий інтерес у діагностиці викликає використання ефекту Доплера. Суть ефекту полягає в зміні частоти звуку внаслідок відносного руху джерела і приймача звуку. Коли звук відбивається від об'єкта, що рухається, частота відбитого сигналу змінюється (відбувається зсув частоти).
При накладенні первинних і відображених сигналів виникають биття, які прослуховуються за допомогою навушників або гучномовця. В даний час на основі ефекту Доплера досліджені тільки рух крові і биття серця. Цей ефект широко застосовується в акушерстві, так як звуки, що йдуть від матки легко реєструються. На ранній стадії вагітності звук проходить через сечовий міхур. Коли матка наповнюється рідиною, вона сама починає проводити звук. Положення плаценти визначається по звуках протікає через неї крові, а через 9 - 10 тижнів з моменту утворення плоду прослуховується биття його серця. За допомогою ультразвукових пристроїв кількість зародків або констатувати смерть плоду.
Хірургія з допомогою фокусированного ультразвуку.
Хірургічна техніка повинна забезпечувати керованість руйнування тканин, впливати тільки на чітко обмежену область, бути швидкодіючої, викликати мінімальні втрати крові. Потужний фокусований ультразвук має більшість з цих якостей.
Можливість використання фокусированного ультразвуку для створення зон поразки в глибині органа без руйнування верхніх тканин вивчено в основному в операціях на мозку. Пізніше операції проводилися на печінці, спинному мозку, нирках і оці.
ВИСНОВОК
Величезна різноманітність фактів у галузі атомних явищ змушує винаходити і вводити в ужиток нові фізичні поняття. Речовина складається з елементарних частинок - елементарних квантів речовини. Світло також складається з фотонів - квантів енергії. Пошуки відповідей на питання, чим є світло - хвилею або зливою фотонів, чим є пучок електронів - зливою елементарних частинок або хвилею, спонукає ще далі відступити від механічного світогляду. Фізика і формулює закони, що керують сукупностями, а не індивідуумами. У квантовій фізиці описуються не властивості, а ймовірності, формулюються закони, що керують змінами у часі ймовірностей, пов'язані з великим совокупностям індивідуумів, а не закони, що розкривають майбутнє системи, як це властиво класичній фізиці.
Таким чином, трохи більше ста років тому наука була описової: опис руху твердих тіл або рідин у механіці і гідродинаміки, властивостей електричних і магнітних полів в електродинаміці, реакції атомів і молекул в хімії. Потім мети фізики змінилися: від опису вона перейшла до пояснення. Прогрес науки, здійснений Планком. Ейнштейном, Резерфордом, Бором. Зоммерфельдом, Шредінгер, Гейзенбергом, Паулі, Діраком, привів до відкриття кванта дії, атома, який володіє ядром, квантованих орбіт, квантової механіки, динаміки атома. Наступний етап у розвитку фізики відкрився роботами М.Склодовской-Кюрі, що дозволили приступити до вивчення внутрішньої будови атомного ядра. Дослідження структури атома виявили величезну різноманітність елементарних частинок, що змусило фізиків шукати в цій різноманітності єдність і намагатися будувати концепцію об'єднання фізики. Класичний етап у розвитку фізики з побудовою квантової теорії поступився місцем некласичного. Сьогодні фізика починає перехід до постнекласичної етапу свого розвитку. Сформована на некласичному етапі розвитку фізики картина світу є принципово незавершеною - відчувається дедалі більша потреба в переході до еволюційної парадигми.
Список використовуваної літератури:
1. С. Від великого вибуху до чорних дір. Коротка історія часу. М., 1990. С.70.
2. Бернал Дж. Наука в історії общества.М., 1956.С.414-415
3. Бройль Л. де. Революція у фізиці. М., 1963. С.84.
4. Лауе М. Історія Фізики Хокінг.М., 1956.С.46.
5. Цит. по: ДорфманЯ.Г. Всесвітня історія фізики з початку XIX до середини XX ст. М., 1979. С.
6. Самойлов Д.М. "Магнітотерапія"
7. Іванов В.А. "Лазер"
8. Заявлова С.А. "Світлолікування"
9. Ейнштейн А., Інфельд Л. Еволюція фізики М., 1965