/usr/local/apache/htdocs/lib/public_html/book/KIS/Prov_nytka.txt Библиотека на Meta.Ua Провідна нитка: На порозі атома (співавт. Алессандро Тонелло; фрагмент)
<META>
Интернет
Реестр
Новости
Рефераты
Товары
Библиотека
Библиотека
Попробуй новую версию Библиотеки!
http://testlib.meta.ua/
Онлайн переводчик
поменять


Назва: Провідна нитка: На порозі атома

Автори: Анна Парізі, Алессандро Тонелло

ISBN 966–8039–90–4
Мова: Українська (переклад з італійської)
Видавництво "К.І.С"
Рік 2006
М'яка палітурка
Кількість сторінок: 192
Опис: Бігме, яблуко не даремно впало на Ньютонову голову! Хтозна, скільки воно
важило, але на розвиток фізики вплинуло надзвичайно!
На XVIII та XIX сторіччя припадає неабиякий розквіт фізичної науки. Науковці
досягли великого поступу у вивченні таких явищ, як електрика, магнетизм, термо;
динаміка. Подорожуючи з ними в часі, читач довідається від них самих про зміст
цих понять, вони також допоможуть провести певні досліди, а то й підкажуть, як
правильно розв’язувати ті чи ті рівняння.
Книжка ознайомить школяра з ґрунтовними дослідженнями, завдяки яким,
здавалось, у фізиці відкрили геть усе. Однак попереду ще стільки неймовірного
приховував у собі атом!..


ЗМІСТ ТЕМ І ПЕРСОНАЛІЙ

Розвиток механіки
Ґюстав Коріоліс (1792 – 1843)
Рівняння руху
Збереження кількості руху
Ґерман фон Гельмгольц (1821 – 1894)
Збереження механічної енергії
Електрика й магнетизм: початок
Від паличок до батарейок
Шарль Дюфе (1698 – 1739)
Бенджамін Франклін (1706 – 1790)
Шарль Оґюстен Кулон (1736 – 1806)
Алессандро Вольта (1754 – 1827)
Магнетизм
Андре Марі Ампер (1775 – 1836)
Ґеорґ Симон Ом (1787 – 1854)
Майкл Фарадей (1791 – 1867)
Без провідників
Джеймс Клерк Максвел (1831 – 1879)
Рух тепла: термодинаміка
Джозеф Блек (1728 – 1799)
Бенджамін Томпсон (Румфорд) (1753 – 1814)
Саді Карно (1796 – 1832)
Джеймс Прескотт Джоуль (1818 – 1889)
Вільям Томсон (Кельвін) (1824 – 1907)
Рудольф Клаузіус (1822 – 1888)
Людвіг Больцман (1844 – 1906)
Додаток
Рівняння руху
Збереження кількості руху
Збереження механічної енергії
М’яч у центрі Землі
Машина Карно
Машина Карно та принципи термодинаміки
Коефіцієнт корисної дії теплової машини
Температура та середня кінетична енергія молекул
Конфігурації та ймовірність



РОЗВИТОК
МЕХАНІКИ
Початок XVIII століття. Нещодавно опубліковано Ньютонову працю про закони механіки (науки, що вивчає рух тіл). Цей трактат завершується законом про силу всесвітнього тяжіння, котрий пояснює, як притягуються тіла з певною масою. Нарешті ми можемо дати відповідь на найдавніше наукове питання людства: «Як рухаються зірки?» Проте ніхто не сподівався, що закон руху небесних тіл може описувати й падіння зви чайнісінького яблука.
Ньютон вивчав також теплові, електричні та магнітні явища, але в галузях теплофізики, електрики й магнетизму не зміг сягнути таких висот, як у царині механіки.
Після Ньютона декотрі науковці продовжували поглиб лювати дослідження з механіки, а інші віддали перевагу вив ченню досі незбагне них явищ, якот по ширення тепла, взаєм не притягання та від штовхування елект рично заряджених або намагнічених тіл.


У нашій книжці йтиметься окремо про механіку, електромагнетизм і термодинаміку, хоча слід пам’ятати, що дослідження в цих галузях проводили одночасно, а інколи — одні й ті ж науковці.
Перша проблема
Не всі вони погоджувались із законом Ньютона про силу всесвітнього тяжіння. Лишались відкритими питання: чи можуть планети притягатися без будь-якого дотику?
Чи існує в природі «взаємодія на відстані»? Ну будь ласка, повернись, хіба це важко? Наведемо дуже простий, але, без усілякого сумніву, зрозумілий приклад. Ти сидиш за останньою партою й під час контрольної хочеш звернутися по допомогу до відмінника, але його парта — одна з перших. Твої спроби привернути його увагу — типовий приклад взаємодії на відстані.
Щоб змусити його повернути голову, ти маєш якось передати йому своє повідомлення: чи то кинути записку, чи покликати його, або ж поцілити йому в потилицю паперовою кулькою. Тобто для взаємодії ти маєш сягнути його, подолати відстань між вами.


Проблема полягає в тому, що, який би спосіб ти не обрав, твоє повідомлення може «перехопити» викладач. Було б непогано вміти так зосередитись, щоб твій товариш повернувся лише від невидимого зусилля твого мозку, але, здається, таке нікому не вдавалось. Отже, ліпше підготуватися до контрольної вдома!
А ось Ньютон уважав, що Земля та Місяць притягуються, тобто взаємодіють (оскільки їхній рух обумовлюється взаємною присутністю) без усіляких там записок, посвистів і потаємних сил мозку, бо в планет його немає. Притягуються на відстані — та й годі.
Фокуси
Такий висновок, що не передбачав наявності між планетами тоненької прозорої ниточки, як у цирковому фокусі, був зовсім не до вподоби європейським філософам та фізикам, і передовсім — Декарту й Ляйбніцу. Вони вважали: «надтонка матерія, наявна в усьому Всесвіті, рухаючись, створює вихори, які захоплюють і тримають планети разом».

Яку «фігуру» має Земля?
Питання потребувало розв’язання. Хто ж мав рацію? Чи можна довести запропоновані гіпотези? Дещо зробити таки було можна. Існувало дві різні теорії щодо форми нашої планети. Ньютон уважав, що Земля приплюснута на полюсах, а отже, має бути «повнішою» на екваторі. І справді, вздовж екватора сила тяжіння мала б трохи компенсуватися силою, спрямованою назовні, що спричинено обертанням. На думку ж Декарта, Земля мала б бути «худішою» і видовженою через своє перебування у вихорі, який її здавлює.
Сьогодні, аби розв’язати суперечку, досить було б розглянути фотографію із супутника. Але коли невідомі форма Землі та природа сили тяжіння, нема чого й мріяти про супутник на орбіті!
Тож довелося спорядити дві тривалі й складні наукові експедиції.



Полюси та екватор
Перша експедиція на чолі з Шарлем Марі ла Кондаміном (1701 – 1774) вирушила 1735 року до Еквадору із завданням обчислити кривизну Землі на екваторі. Друга — наступного року попрямувала до Лапландії. Очолювали її П’єр Луї Моро де Мопертюї (1698 – 1759) та Алексі Клод Клеро (1713 – 1765).
Коли експедиції повернулися, вчені порівняли їхні дані й дійшли висновку, що Ньютон мав рацію щодо форми Землі. Гіпотезу Декарта про планети в полоні у вихорів матерії було остаточно відкинуто.
Після цього гравітаційну теорію Ньютона досить довго не ставили під сумнів (ти маєш пам’ятати, що в науці будь-що рано чи пізно ставлять під сумнів, бодай частково), хоча проблема взаємодії на відстані лишалась відкритою. Як можуть ці «маси» знати про їхнє взаємне існування та про відстань, що їх розділяє? На відповідь маємо ще чекати.
Все вирішено?
Думка про те, що Земля та інші планети обертаються навколо Сонця, остаточно ствердилась, але не тре


ба забувати ще одного. Галілей довів, що Земля нібито може обертатися навіть непомітно для нас, але ніхто насправді так і не довів, що Земля дійсно обертається!
Це явище довів француз Ґюстав Ґаспар Коріоліс (1792 – 1847).
Проте перший доказ руху Землі відкрив астроном Джеймс Бредлі 1728 року, пояснюючи переміщення деяких зірок, яке він спостерігав, саме рухом Землі. Але щоб переконати тебе в цьому, легше буде поглянути не на зірки, а на Землю, й перекинутись кількома словами з самим Коріолісом.
– Річ ось у чому: перебуваючи в системі, що рухається прямолінійно й рівномірно, ми ніяк не можемо пересвідчитися, чи рухаємося ми насправді, чи стоїмо на місці.
– Саме так, це доводив ще Галілей: коли ми сидимо в трюмі під час штилю, а наш човен пливе морем зі сталою швидкістю, ми не можемо визначити, чи він насправді рухається.
– Так, але Галілей «майже» мав рацію, тому що рух човна морем «майже» прямолінійний і рівномірний. Човен пересувається земною поверхнею, Земля ж не пласка, а кругла. Що означає «прямолінійний і рівномірний»? Те, що швидкість тіла не змінна (рівномірна), а шлях його руху не відхиляється від прямої лінії (прямолінійний).
– Згода, але для нас — таких маленьких порівняно із Землею — земна поверхня видається пласкою!
– «Майже» пласкою. Якби Земля оберталась, її шлях не був би прямим. Точка її поверхні мала б рухатися не по прямій, а по колу.
– Ти й справді маєш рацію, але я не можу збагнути, як це стосується нашого питання.
– Ще й як стосується. Оскільки наші розміри дуже малі порівняно із земною поверхнею, Земля, яка обертається, відносно нас рухається «майже» прямолінійно й рівномірно.
– Тож ми мали б помітити наслідки її «не зовсім» прямолінійного й рівномірного руху?
– Саме так. Наприклад, коли предмет вертикально падає з вежі до її фундаменту, — краще сказати «майже» вертикально, бо рух Землі для предмета буде «майже» прямолінійним і рівномірним. Я спромігся надати математичного вираження цьому «майже». Оскільки мої розрахунки збігалися з результатами дослідів, ми переконалися, що Земля й справді обертається.
– Нарешті хоч таке*сяке експериментальне підтвердження! Ніколи не полишай дрібниць без уваги
– У наступні століття дітлахам розповідатимуть, ніби доказ обертання Землі полягає в тому, що вода, витікаючи з умивальника, починає обертатися.
– А хіба ж це не так?
– Насправді ж наслідки земного обертання дуже й дуже незначні. Якби напрямок закручування води був обумовлений земним обертанням, то вода мала б закручуватись в один і той же бік в усіх каналізаціях північної півкулі Землі, і в протилежний – у південній півкулі. Коли ти поспостерігаєш трохи за стоком води, то помітиш, що це не так.

Буденне життя
Розібравшись з рухом нашої планети, ми можемо перейти до питань, які стосуються буденного життя. Наприклад: коли я впущу камінь, як швидко він сягне землі? Якщо я кину його з певною силою в певному напрямку, де саме він упаде? Якої швидкості набуде машина, коли тиснути певний час на педаль акселератора? Як поводитиметься тіло, якщо замість того щоб летіти у вільному падінні, його змусять котитися похилою площиною з хвилястою поверхнею?
Далі — більше: яку початкову швидкість і яку траєкторію повинна мати ракета, щоб сягнути Місяця, коли запускають її з Землі?
На ці питання, що певним чином пов’язані з передбаченням майбутнього, механіка дає відповіді за допо могою розв’язан ня математичних рівнянь, полишаючи магіввіщунів, яких ти бачиш на цій сторінці.

Рівняння руху
Ці рівняння називаються «рівняннями руху».
Ми маємо визначити, керуючись трьома законами Ньютона, математичні рівняння, розв’язання яких допоможе нам дізнатися, де перебуває тіло щомиті, з якою швидкістю воно рухається, яке його прискорення. Якщо ти хочеш більше розібратися, чому корисно знати рівняння руху й уміти їх розв’язувати, заглянь на сторінку 174. Вочевидь було б добре знайти загальні рівняння, щоб не починати все спочатку, в разі появи маленької відмінності. Наприклад, закон усесвітнього тяжіння Ньютона показує нам, як вирахувати силу притягання двох будь-яких тіл, що мають певну масу
Цей закон однаковий для всіх тіл, треба лише знати їхню масу m та відносну відстань r. Наведене рівняння має універсальний характер і пояснює багато явищ, котрі зовні виглядають доволі різними, як, наприклад, обертання планет і відоме падіння яблука на Ньютонову голову.

Початкові умови Насправді ж для опису руху тіла не достатньо знати рівняння, потрібні також початкові умови руху, які ти вивчаєш. Неважко збагнути, що тіло, яке під час падіння постійно й рівномірно збільшує свою швидкість (рівняння її буде v = g x t, де g — прискорення сили тяжіння, а t — час), торкаючись землі, матиме швидкість, яка відрізнятиметься від його швидкості в тому випадку, коли ми це тіло не просто відпустимо, а кинемо вниз, надаючи йому додаткової початкової швидкості.
Повне рівняння буде таким:
v = v0 + g x t
де v0 — початкова швидкість, якої ми надали тілу. Якщо ми просто впускаємо його, v0 = 0.
Довідатися про початкові умови легко, коли ми власноруч кидаємо камінь (як у попередньому прикладі). Не так просто дізнатися початкові умови нашого Всесвіту. А найменша початкова різниця могла привести нас до зовсім інших усесвітів.


Математика — моє ремесло На згадані вище питання та на багато інших, подібних, намагались відповісти найкращі фізики й математики XVII – XVIII століть.
Використовували вони для цього аналітичну геометрію Декарта та нові розрахунки (які сьогодні ми називаємо математичним аналізом), що їх відкрили Ньютон і Ляйбніц.
Поступ механіки й математики був неймовірно швидким: ці науки по черзі «допомагали» одна одній. Розв’язання рівнянь потребувало нових математичних методів. Математичне абстрагування сприяло узагальненню результатів у механіці.
У науці завжди є «але» Проте незабаром було помічено, що для багатьох з першого погляду простих задач легко складались рівняння руху, та нелегко їх було розв’язувати.
Розгляньмо, наприклад, систему «Сонце — Земля». В цьому випадку можна складати й точно обчислювати рівняння, що описують рух двох тіл. Астрономічні ж заміри показують, що насправді Земля рухається не зовсім чітко за результатами наших рівнянь. Це так, бо навколо Землі обертається Місяць, і тому траєкторія нашої планети в космосі визначається також взаємним притяганням між нею та її супутником. Гаразд, тоді спробуймо розв’язати рівняння для випадку, в якому є три тіла: Сонце, Земля та Місяць.
Це рівняння настільки ускладнюється, що вже неможливо знайти точну відповідь, треба вдатися до наближення.
Не варто бути надто неухильним!
Здавалося, ця неждана халепа розвіяла сподівання на математичне розв’язання фізичних задач. Зваж, однак, на те, що, попри неможливість і сьогодні розв’язувати точно рівняння для трьох тіл, ракета вже сягнула Місяця. Розв’язки рівнянь наближені, але сучасна математика дозволяє обчислювати «поправки» до результату, поки ракета підлітає до Місяця.
Імена та прізвища
Досі ми мали справу з «теоретичною механікою», тобто тією частиною математики, що описує механічні системи й не згадує про людей, які просували вперед цю науку.

Найвидатнішими з них були швейцарець Леонард Ойлер (Ейлер) (1707 – 1783), француз Жан ле Рон д’Аламбер (1717 – 1783), італієць за походженням (народився в Турині) Жозеф Луї де Лаґранж (1736 – 1813), француз П’єр Симон де Лаплас (1749 – 1827) та ірландець Вільям Роуен Гамільтон (1805 – 1865).
Те, що серед них нема жодного англійця, свідчить про прийняття всім науковим світом ідей Ньютона, які спершу було піддано жорсткій критиці поза межами Великої Британії. Для розвитку теоретичної механіки, однак, конче необхідними були математика й підхід Ляйбніца, який мав початок і розвивався поза Британією й був простішим та дохідливішим порівняно з підходом Ньютона.

Ляйбніц і Ньютон усе життя люто сварилися, проте метод обчислення Ляйбніца в застосуванні до ідей Ньютона приведе протягом наступних століть до чудових результатів, які й ми можемо бачити.
Неймовірно, але інші науковці, про яких ми маємо згадати в цьому розділі, походять з однієї родини. Це — швейцарці Бернуллі, їхнє спрощене генеалогічне дерево ти можеш побачити на цій сторінці. У сім’ї — самі лише фізики й математики!


Купити книгу у видавництві "К. І. С."
Комментарии
Анонимно
Войти под своим именем


Ник:
Текст сообщения:
Введите код:  

Загрузка...
Поиск:
добавить сайт | реклама на портале | контекстная реклама | контакты Copyright © 1998-2020 <META> Все права защищены