Корпускулярне і континуальної опис природи, безкоштовні курсові, реферати, дипломні роботи

Атомізм древніх і класичної механіки

З найдавніших часів існували два протилежних уявлення про структуру матеріального світу.

1. континуальної концепція Анаксагора-Аристотеля - безперервності, внутрішньої однорідності, «сплошности». Матерію згідно з цією концепцією можна ділити до нескінченності? і це є

критерієм її безперервності. Заповнюючи весь простір цілком, матерія не залишає порожнечі всередині себе.

2. атомістична (корпускулярна) концепція Левкіппа-Демокрита - було засноване на дискретності

пространственно_временного будови матерії, «зернистості» реальних об'єктів і відображало впевненість людини в можливість поділу матеріальних об'єктів на частини лише до певної межі - до атомів. які в своєму нескінченному розмаїтті (за величиною, формі, порядку) поєднуються

різними способами і ...
породжують все різноманіття об'єктів і явищ реального світу.

При такому підході необхідною умовою руху і поєднання реальних атомів є існування порожнього простору. Таким чином, корпускулярний світ Левкиппа-Демокрита утворений двома фундамен!

Тальне началами - атомами і порожнечею. а матерія при цьому володіє атомістичної структурою. Атоми, на думку стародавніх греків, не виникають і не знищуються, їх вічність виникає з нескінченності часу.

Ці уявлення про структуру матерії зберігалися фактично без істотних змін до початку XX ст.,

залишаючись двома антиноміями - такими, що суперечать один одному висловлюваннями про предмет, що допускають однаково переконливе обгрунтування.

У науці довго панував корпускулярний підхід, чому сприяв тріумф ньютонівської механіки (об'єкти складаються з взаємодіючих матеріальних точок). Досить поставити початковий стан всіх цих матеріальних точок і вирішити відповідні рівняння руху, щоб пояснити спостережувані в природі явища і передбачити їх еволюцію (детермінізм Лапласа - СРС).

Корпускулярний підхід виявився надзвичайно плідним в різних областях природознавства

- ньютонівської механіці матеріальних точок

- молекулярно-кінетична теорія речовини, термодинаміка, статистичні закономірності

Континуальний підхід був успішно застосований в механіці суцільних середовищ, яка включає гідродинаміку. акустику. теорію пружності і інші області фізики. Відповідно до цього підходу середовище вважається безперервною, безструктурної, а кожен елемент її об'єму взаємодіє з усіма сусідніми елементами по законам класичної механіки. При такому підході середовище вважається безперервної в «макроскопічному» сенсі, залишаючись дискретної на мікрорівні. Був розроблений математичний апарат теорії поля, який в подальшому виявився затребуваним для опису матеріальних об'єктів іншої, відмінної від речовини природи - електромагнітного і гравітаційного полів. Серед творців цієї теорії в першу чергу слід назвати Л. Ейлера і Д. Бернуллі.

В основі теоретико-польового формалізму, що застосовується в механіці суцільних середовищ, лежить специфічний спосіб опису стану речових об'єктів. Замість того, щоб, як це робилося в механіці матеріальних точок, вказувати стан (стан і швидкість) кожної частки (атома, молекули) середовища і стежити за зміною цих станів, відзначають швидкість v (r), яку мають в кожній точці r простору проходять через неї частки. Іншими словами, стан розглянутої середовища в момент часу t при такому способі характеризується векторної функцією v (r. T), визначеної одночасно у всіх (!) Точках безперервного простору. При цьому говорять, що задано поле швидкостей середовища.

У загальному випадку якщо деяка фізична величина має певне значення в кожній точці або частини простору, то таким чином визначено поле цієї величини. Якщо дана величина - скаляр (температура, тиск, щільність і т. П.), То і відповідне поле називається скалярним. а якщо вона - вектор (швидкість, деформація, напруга, сила і т. п.), то і поле, нею визначається, називається векторним. Для наочного зображення полів часто застосовують графічні зображення, що служать як би «портретами» відповідних функцій. Скалярні поля зручно зображувати поверхнями (якщо поле тривимірне) або лініями (в разі двовимірного, плоского поля), на яких значення функції одне і те ж. Такі малюнки (рис. 4.1) нагадують топографічні карти з нанесеними на них замкнутими лініями однакової висоти. Для зображення векторних полів користуються лініями поля - безперервними лініями, дотичні до яких в кожній точці збігаються за напрямком з векторами поля. Іноді їх називають лініями струму, якщо, наприклад, мова йде

про поле швидкостей, або силовими лініями, якщо з їх допомогою зображують будь-які силові поля.

З корпускулярним підходом була тісно пов'язана концепція дальнодействия. відповідно до якої взаємодія між тілами (електричне, магнітне, гравітаційне) здійснюється миттєво і безпосередньо через порожній простір, яка не бере в цьому жодної участі. ЯК ЖЕ ПЕРЕДАЄТЬСЯ ВЗАІОДЕЙСТВІЕ ВІД ОДНОГО ТІЛА До ІНШОМУ, БУЛО Незрозуміло.

Відкриття М.Фарадеем електричного і магнітного полів

У 1830_е рр. великий англійський фізик М. Фарадей, вивчаючи електричні явища висунув новий підхід до природи електричних взаємодій, який стали називати концепціейблізкодействія. Відповідно до цієї концепції, тіло, що має заряд Q а. створює в просторі то, що Фарадей назвав електричним полем (рис. 4.2). Інша тіло, що має заряд q в. «Відчуває» це поле в тому місці, де воно (тіло В) знаходиться. Це проявляється в тому, що на тіло В діє сила FВ = - (kqАqВ / r2) er. де k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору одиниць виміру, r - відстань між тілами А і В. er - одиничний вектор у напрямку від А до В 14. Те ж саме можна сказати і про зарядженому тілі А. на яке з боку електричного поля , створеного тілом В. впливає сила FА = -FВ. Таким чином, введене Фарадеем поле є як би проміжною ланкою, «переносником» електричного взаємодії.

Термін «поле», який застосував Фарадей, не випадковий і відбиває континуальний підхід до цієї нової фізичної реальності. На відміну від полів, що описують стан об'єктів в механіці суцільних середовищ, електричне поле Фарадея позначало нову матеріальну сутність, відрізняється від речовини.

Стан такого електричного поля описується вектором напруженості E (x. Y. Z), певним в кожній точці безперервного простору і фактично представляє собою силу, діючу на одиничний позитивний заряд, поміщений в цю точку простору. Електричне поле, як і будь-який векторне поле, можна наочно зобразити силовими лініями, дотичні до яких в кожній точці простору збігаються з напрямом вектора E.

Аналогічний підхід привів Фарадея до ще однієї фізичної реальності - магнітному полю. за допомогою

якого здійснюється магнітне вплив між електричними струмами (рухомими зарядами). Очевидно, з точки зору концепції близкодействия можна розглядати і тяжіння, припускаючи існування особливого гравітаційного поля, що є «переносником» такої взаємодії. І все ж спочатку матеріальність гіпотетичних силових полів викликала сумнів, позбавляла світ порожнечі, так як електричне поле могло існувати і в вакуумі. Тому, дотримуючись загальноприйнятого в науці принципу «Більше не говоріть сутностей без необхідності» 15, вчені майже півстоліття не приймали концепцію Фарадея. Тим більше що на початку XIX ст. вже довелося піти на визнання нового матеріального об'єкта природи - «світлоносного ефіру», про що більш докладно буде розказано в наступному параграфі.