Механика. 
Античність і еллінський період

Механика. Античність і еллінський період

Ильичев А. Т.

Исторический екскурс до минулого фізики, поза всяким сумнівом, дозволяє краще зрозуміти логіку формування та розвитку цієї науки, яка призвела до сучасного її стану. Нам представляється, що єдиного розуміння причини виникнення фізики, її початкових цілей, ознайомлення з етапами її й ходом думки її творців, сприяє інтеграції фізичного наукового знання на світоглядний комплекс учня і перешкоджає відокремленню й відособленню цієї науки на окрему світоглядну категорію. Ми сподіваємося, що ознайомлення з історією науки допомагає формуванню незалежного мислення, яке, як знаменитий фізик Дж. Дж. Томсон, наводить " …до вірі в Бога, що є підставу релігії «. Крім суто гуманітарних відомостей про історичних етапах розвитку фізики та біографіях найбільш видатних учених, що відіграли значної ролі у її її формуванні та розвитку, ознайомлення з історією фізики може призвести до ефективності засвоєння концептуальних положень цієї науки, оскільки інформацію про розвитку науки вочевидь має і такі суто методичну составляющую.

Мы розпочинаємо публікації серії матеріалів, у яких йтиметься про виникненні і основні етапи розвитку розділів фізики, досліджуваних у неповній середній школі. Почати з механіки матеріальної крапки й твердого тіла, якої належить безсумнівну право відкривати будь-який курс фізики. Для справжньої публікації використані матеріали книжки Маріо Льоцци «Історія фізики », перекладеної російську мову у видавництві «Світ «в 1971 г.

Уровень техніки та управління культури.

Наличие великого комплексу практичних знань і технічних навичок, високий загальний культурний рівень, і навіть мову, вже відточений на тонких філософських і математичних дослідженнях, — усе це створило грунт у Греції в IV столітті до зв. е. спершу роботи з опису, упорядкування і поясненню явищ природи. Довкола цієї ядра віками сформувалася фізика (від слова physis — природа) в сучасному її понимании.

Практические знання і набутий технічний досвід, як і пояснюються деякі простий наукових досліджень про, прийшли до греків від народів ще більше древньої культури, насамперед з Вавилона і Єгипту; найдавніші наукові досягнення Китаю, початок яких можна зарахувати до XIII віці до зв. е., очевидно, не вплинули на грецьку культуру.

Из давнину, максимально як по 3000 років до зв. е., прийшли такі винаходи, як обпалений цегла, гончарний коло, колісний екіпаж. Практичне застосування цих винаходів належить приблизно на період близько 3000 років до зв. е., що у історії техніки називається першої промислової революції. Трохи згодом було відкрито способи виплавки і методи обробки металів, винайдено веслові й вітрильні суду, застосовані плуг, ваги, висок, рівень, кутомір, циркуль, кліщі. У другому тисячолітті до зв. е. були винайдено ковальські міхи, важелі, клин, домкрат, блоки, сифон, водяні часы.

Вместе з першими цивільними інститутами з’являється відповідна техніка, вже досить розвинена біля підніжжя грецької цивілізації: водопостачання, зрошення і осушення земель; техніка, що з виробляє продукти харчування (обробка зернових, приготування борошна та хліба, використання процесів бродіння тощо. п.); техніка виготовлення фарб, лаків, застосування що у найглибшій давнини зумовлено й не так прагненням до краси, скільки релігійним значенням зображень; виробництво й застосування їх пахощів і притирань, які вживалися спочатку по гігієнічним і ритуальним міркувань і потім вже у косметичних целях.

Если уявити, якого рівня знань, який високої організації та винахідливості вимагала ця техніка, стає зрозуміло, що більша частина істориків лишень усупереч поширеному думці вважає тепер, що ні техніка виник як застосування науки, а, навпаки, наука розвивається з урахуванням широкого технічного досвіду, поступово накопиченого людством протягом тисячоліть. Лише значно пізніше, приблизно еллінський період, наука починає приносити деяку користь техніці, своєю чергою, збагачуючись до її счет.

Трудно допустити, що найрізноманітніші практичні знання, які людина, спонукуваний необхідністю зробити своє життя як безпечної експлуатації і легшим, нагромадив в зіткненні на силі природи, були придбані пасивно, без тривалого спостереження основних явищ природи, без хоч би не пішли експерименту, хоча б самого примітивного. Є певні вказівки, як і до античних греків люди й не обмежувалися суто пасивним сприйняттям. Так, ще Вавилоні і древньому Єгипті було розпочато ряд спроб упорядкування даних досвіду і яскраві спостереження: запровадження вже безпосередньо до 2500 р. до зв. е. фіксованих одиниць виміру довжини, ваги і ємності; усвідомлення періодичного чергування пір року; поділ року в місяці, дні і годинники. Але це приклади ще настільки нечисленні і невизначені, що змушені розглядати сув’язь практичних знань древніх народів лише як на подальше побудови физики.

Общий рівень грецької культури, безсумнівно, сприяв з того що техніка зросла до науки, яка б пов’язала воєдино і яка пояснює сукупність накопичених даних та що дозволить в такий спосіб передбачити явища і проводити них.

Уровень культури визначався як літературними традиціями, пишним розквітом філософських шкіл у протягом двох століть, починаючи з Фалеса Милетского (близько 642—548) і до Платона (428—348). Як відомо, праці тих філософів, які жили до Сократа, збереглися головним чином вигляді цитат, розсіяних в працях більш пізніх авторів. Але з цих уривків, як і з деяких інших древніх джерел, не видно, щоб грецькі філософи до Платона цікавилися власне фізичними питаннями, т. е. окремими явищами природи й властивостями конкретних предметів. Навпаки, вони з властивими юності поривом, зухвалістю і свіжістю наважувалися відразу на дослідження першоджерела всіх речей, ставлячи собі спільні проблеми світобудови, що з незнанні конкретних законів природи неминуче приймало явно метафізичний характер. Тому і умоглядні побудови, що привабливі для історії філософії, не мають істотного значення для історії физики.

Этот історичний огляд значить, що ми заперечуємо вплив грецької філософії у перших двох століть на історію фізики. Розмірковування філософів ионической школи про первоначале, пифагорейское вчення про чотирьох стихіях, атомізм Левкиппа і Демокрита, анімізм Платона послужать дороговказними віхами і джерелом натхнення також і фізиків, коли, як ми переконаємося надалі, вони, збройні знанням конкретних фактів, знову до спроби створити більш велику і більш обгрунтовану єдину картину мира.

Именно тому праці перших філософських шкіл є елемент культурного фону, котра сприяє розвитку наукових і уможливлює поява наукового мови. Було створено та сукупність способів висловлювання, причинних зв’язків, логічних підходів, та основа «узвичаєного сенсу », чи наукового «здоровим глуздом », який завжди «загальноприйнятим «і «здоровим «над абсолютному сенсі, а лише порівняно з культури людства певної эпохи.

Аристотель.

Если б праці філософів на той час були втрачено, можливо, ми знайшли б вже у працях, створених у перші двоє століття грецької філософією, сліди спостережень і дослідів над конкретними явищами і телами.

Это припущення підтверджується першої значної спробою наукової систематизації — працями Аристотеля про природу, включеними в велику енциклопедію знань, яка року можна було результатом творчості одного людини, а являла собою результат співробітництва багатьох чи багатьох поколінь. Організаторський геній Аристотеля дозволив звести великий матеріал в єдине ціле, на єдину систему, що протягом близько двох тисячі років служила каркасом науки.

Аристотель народився Стагире, у Фракії, в 384 р. до зв. е. Він був учнем Платона. Залишивши Афіни по смерті свого вчителя, він пішов подорожувати по Греції. З 343 по 340 р. воно було при дворі Філіппа Македонського як вихователя сини — майбутнього Олександра Великого. У 335 р. Аристотель повернулося на Афіни і заснував там свою школу — «лікей », названу як за імені священного саду Аполлона, у якому у неї розташована. Він керував цієї школою 12 років, поки по смерті Олександра Великого гору в Афінах не взяла антимакедонcкая реакція, і Арістотелеві довелося бігти й шукати притулку в Халкиде, де він і помер 322 р. до зв. е. у віці 63-х лет.

Сочинения Аристотеля у вигляді діалогів переважно втрачені, тоді як він праці, написані в оповідної манері, майже всі збереглися. У тому числі з погляду фізики цікаві такі трактати: «Physical («Фізика »), «De Coelo «(«Про небі «), «De generatione et corruptione «(«Про виникненні і знищенні «), «Мeteorologia «(«Метеорологія »). До них слід додати «Problemata «(«Проблеми ») і «Mechanical («Механіка »), написаних близько формі запитань і відповідей, хоча авторство Аристотеля тих двох творів точно б не установлено.

Натурфилософские роботи Аристотеля систематизують все фізичні знання на той час; них викладаються, а місцями й спростовуються погляди що передувала епохи. Аристотель, борючись із самим пифагорейской і платоновой містикою, намагався заснувати фізику на спостереженні і эксперименте.

Особый інтерес нам представляє аристотелево вчення про рух, яке панувало у фізиці протягом півтора тисячоліть і став піддаватися жорстким нападкам лише пізніше, починаючи з епохи Відродження. Руху Аристотель надавав значно ширший сенс, ніж у фізиці зі часів Галілея. Аристотель розуміє під рухом будь-яке кількісне чи якісну зміну, завдяки якому вона явище реалізується. Таке якнайширше розуміння руху дозволяє йому стверджувати, що у природі усе є рух. Приватному поняттю зміни розташування тіла з часом дав найменування локального руху, а локальні руху він поділяв на природні і насильницькі, цим заперечуючи безперервність явищ та його однорідність, і вводячи залежність від цього, відбуваються цей поступ по природним чи з випадковим причинам.

Естественные руху бувають прямолінійними, як, наприклад, ті руху, які ми постійно бачимо навколо себе (падіння важких тіл, підйом легких тіл), чи круговими, подібно круговращению зірок. Регулярність і вічність кругообертання зірок повинен мати якусь причину, яку Аристотель вбачав в нерухомому перводвигателе, що повідомляє рух всім сферам, яких прикріплено зірки й центр яких збігаються з центром Землі. Якщо уявлення про нерухомому перводвигателе було поняттям, безумовно, метафізичним і навіть теологічним, то приміщення Землі у центрі світобудови відповідало даним повсякденного досвіду, які свідчили, що зірки звертаються навколо Земли.

Данным грубих спостережень відповідають також закони Аристотеля для природного руху тіл в підмісячному світі. З повсякденного досвіду відомо, що є тіла, яке падає вниз, й тіла, які височіють вгору (наприклад, дим чи вогонь). Звідси робиться висновок, що важкі тіла, природно, прагнуть «свого місця », що у центрі Землі, а легкі прагнуть вгору, до граничной поверхні світової сфери. В усіх випадках все тіла, важкі або легені, прагнуть свого природного месту.

По Арістотелеві, траєкторія ядра чи кинутого тіла складається з трьох часток: перша частина — прямолінійна похила, третя — прямолінійна вертикальна, а друга — кругова, з'єднує першу з третього. Ця думка протрималася аж до 1546 р., коли працю Тартальи «Проблеми та різні винаходи » .

Но як же занедбана тіло підтримує свій рух? Причина цього може критися ні з самому тілі, ні з механізмі, який привів тіло до рух і вже залишать тілом, отже неспроможна більш нею впливати. Отже, криється вона у середовищі. І Аристотель придумує мудру теорію, відповідно до якої занедбана тіло безупинно підштовхується, як вітрило під вітром, повітрям, хто прагне посісти перше місце, освобождаемое у своїй русі кинутим телом.

Вытекающая звідси динаміка дуже не схожа сучасну. У динаміці Аристотеля рух тіло безупинно перебуває під впливом деякою сили та швидкість її пропорційна доданої силі, і зворотно пропорційна опору середовища. Звідси випливає, що у порожнечі, де опір середовища відсутня, швидкість почала б нескінченно великий, т. е. тіло набув властивість вездесущности. Це слідство настільки суперечить звичайним уявленням, що Аристотель дійшов висновку про неможливість існування порожнечі у природі. Такий висновок прямо протилежний утвердженню атомистов, для яких рух було неможливо у заповненій просторі. У цій питання Аристотель докладно полемізує з атомістами, наводячи як підтримку свого становища інші аргументи. Якщо прийняти це існування порожнечі, каже Аристотель, то неможливо було сказати, чому тіло, що у русі, має зупинитися саме тут, а чи не там, бо порожнеча як така несе в собі жодної різниці. Понад те, можна навіть сказати, що у порожнечі все має бути, у спокої, бо немає жодних підстав здобуття права тіло початок рухатися у тому чи іншому напрямі, з більшою або меншою швидкістю. У загальному головним аргументом Аристотеля проти існування порожнечі залежить від тому, що не можна виокремити ніякого предпочтительного напрями: ні верхи, ні низу, ні правого, ні лівого. Порожнеча пасивна і незворушна. Отже, її немає у нашому обмеженому світі. Вочевидь, тут маємо приклад скоріш зловживання, ніж вживання принципу достатнього основания.

Боязнь порожнечі (horror vacui) стала згодом основою аристотелевой фізики, і полеміка між прибічниками й противниками порожнечі тривала до епохи наукового Відродження (і може бути, і потім, бо суперечки про ефір вважатимуться її продовженням). Але от щоб почути нове слово про цю фізичної проблемі, потрібно було дочекатися досвіду Торрічеллі в 1644 г.

Вторым безпосереднім наслідком аристотелевой динаміки був висновок у тому, що швидкість падіння тіла у цій середовищі пропорційна вазі тіла. Такий висновок відповідав повсякденним спостереженням: яблуко падає швидше, ніж лист. Виявлення ж поступового збільшення швидкості падаючого тіла є результатом неквапливих, але уважних й можливості тривалих спостережень. Аристотель приписував це кошти швидкості поступового збільшення ваги тіла принаймні наближення до предопределенному месту.

Некоторые історики науки хотіли у спорі Аристотеля з прихильниками порожнечі формулювання принципу інерції. І те місце у «Фізиці «(Аристотель Фізика, М. 1937; IV, 8, 215—219), у якому справді викладається цей принцип, наведено лише як доказ абсурдності висновків, яких привела би до припущення існування порожнечі; цей зміст і був однобічно розвинений подальшому послідовниками Аристотеля.

Большой заслугою аристотелевой кінематики була формулювання точного правила складання переміщень, нехай тільки до окремого випадку переміщень, перпендикулярних друг до другу.

К даним сучасної науки ближче стоять також Аристотеля по статиці. Він дає формулювання правила рівноваги важеля, споріднену майбутньому принципу можливих переміщень, і описує дію терезів і блоков.

В працях Аристотеля, особливо у «Проблемах », містяться численні дані з галузі музики, метеорології, фізики, прикладної механіки: там є натяк на поняття кінетичній енергії, опис осмотических явищ, правильні думку про поширенні звуку повітря, пояснення відлуння як явища відображення, аналогічне (але помилкове) пояснення веселки, спроба експериментального визначення ваги повітря, міркування поширенні світла, і т. буд. Усе це комплекс відомостей гідний найбільшого поваги та вкотре показує, що аристотелева фізика грунтувалася на спостереженнях і частково на дослідах. Чого бракувало аристотелевой фізиці — це аналітичної обробки, критичності та обережність при узагальненнях. Можна сміливо сказати, що сучасна фізика належить до даних експерименту з критичної обережністю, тоді як аристотелева наука ставилася до них із наївним простодушністю. Щоб бути конкретними, відзначимо те, що аристотелева механіка не мала силою абстракції, достатньої розробки поняття пасивного опору, а фізика не відчула, що з вивченні явищ в штучних умовах можна іноді з’ясувати такі речі, які може бути виявлено шляхом простих спостережень. Ці зауваження що неспроможні, звісно, пояснити невдач Аристотеля у галузі фізики; тільки свідчить про недостатність його методів дослідження. Пояснення ж причин, чому Аристотель та її школа не зуміли скористатися абстракцією і інтуїцією у зазначеному вище сенсі, — це стара проблема, досі ще решенная.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.