Реферат Доклассический период развития естествознания период античной математической физики
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет
путей сообщения»
Институт интегрированных форм обучения
Кафедра «Философия»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине «Концепция современного естествознания»
Тема № 6 « Доклассический период развития естествознания:
период античной математической физики»
Выполнила: Шанявская Е.А.
студентка 1 курса ИИФО
Шифр № КП10-Ю-033
Проверила: ____________
_________________________
Хабаровск
2010
Содержание
Введение.
1. Вклад и развитие геометрии Евклида.
2. Механика Архимеда. Александрийские механики.
3. Становление астрономии: геоцентрическая система мира
Клавдия Птолемея.
4. Заключение.
5. Список литературы.
Ведение
На протяжении всей своей истории человечество вырабатывало различные способы познания, или в более широком смысле постижения бытия. Философское понятие бытия включает в себя природу, общество и человека. Формами постижения бытия являются мифология, религия, искусство, философия, мораль, наука. Совокупность наук о природе как системе материальных реальностей, находящихся во взаимной связи, движении, взаимодействии, есть естествознание.
«Александрийский этап развития античной культуры, начался с подчинения Александром Македонским греческих полисов (примерно 330г. до н.э.). Научным центром становится новая столица Египта – Александрия, основанная Александром в 332г. до н.э. и названная его именем. За расширением границ империи последовало оживление торговли, развитие ремесел, транспорта. В техническом совершенствовании нуждались и производственная сфера и военная. В военные действия все чаще стали вовлекаться машины и механизмы. Впервые заказчиками в проведении научных исследований становятся военные.
Вполне вероятно, что правители Македонии – Александр Великий и его приемники Птоломеи – были первыми, осуществившими попытку государственной организации и финансирования науки. В Александрии в начале IIIв. до н.э. был организован Александрийский музей, явившийся первым государственным исследовательским институтом, музеем, библиотекой, где сосредоточились уникальные памятники древней науки. Считалось, что в мире нет какого-либо более или менее ценного произведения, оригинал или копия которого не хранились бы в Александрийской библиотеке. По разным оценкам, число книг в Александрийской библиотеке доходило до 700 тыс. штук, что способствовало развитию и процветанию Египта.» [1].
1. Вклад и развитие геометрии Евклида.
«С Александрийским этапом античной науки связаны прежде всего имена Евклида (IV- нач.IIIв.до.н.э.), Архимеда (287-212 гг.до н.э.), Эпикура (341-270гг. до н.э.).
Евклид был крупнейшим математиком своего времени, сотворивший бессмертное творение – геометрию, впервые изложенное в учение «Начала». В английских школах до сих пор некоторые разделы геометрии изучаются именно по «Началам».
Евклид был приглашен в Муссейон царем Египта Птолемеем I, основавший Александрийский музей. В Александрии Евклид работал с 310г. по 280г. до н.э. Здесь он создал математическую школу и написал для учеников свой великий труд. «Начала» состоят из 13 книг, каждая из которых построена по единой логической схеме. Вся математическая система Евклида основана на пяти аксиомах и пяти постулатах, принимаемых без доказательств. В их числе знаменитый пятый постулат о параллельных прямых. Созданный Евклидом метод аксиом позволил изложить геометрию как единое логически связанное математическое учение, носящее его имя – «геометрия Евклида».
Влияние «Начал» испытали на себе практически все крупнейшие ученые мира. А.Эйнштейн считал, что «это произведение мысли дало человечеству уверенности в себе».
Кроме «Начал» Евклид написал труды по теории музыки, астрономии, оптике. Евклид считал математику совершеннейшей из наук, «чистой» наукой. Однажды один из учеников Евклида спросил его о том, какова польза от штудирования «Начал», на что Евклид приказал рабу: «Дай ему три монеты, - он ищет выгоды, а не знаний». По другой легенде, Птолемей I, начавший изучать математику, посчитал это занятие слишком сложным и попросил у Евклида совета, как сделать изучение более легким. Ответ Евклида « к геометрии нет царской дороги» стал крылатым выражением о сложности математики.
В методическом плане важным достижением античности является создание аксиоматического метода изложения научных теорий, использованного впервые в «Началах» Евклида.» [1].
2. Механика Архимеда. Александрийские механики.
«Выдающимся ученым Александрийского этапа был Архимед, живший во времена Пунических войн между Римом и Карфагеном за господство на Средиземном море. Архимед родился в Сиракузах на острове Сицилия. Он приходился родственником сиракузскому царю Гиерона II. Отец Архимеда Фидий был математиком и астрономом. Он дал сыну хорошее образование, ввел его в научный мир. В Александрии, где учился Архимед, в то время работали ученики Евклида, в частности Эратосфен. Там, в Александрии, Архимед познакомился с трудами Демокрита, Евдокса, Евклида.» [1].
Архимед прославился как механик и математик. Поразивший не только современников, но и потомков оригинальностью мышления, изобретательностью. Вот лишь перечисление важнейших открытий, сделанных Архимедом в области механики и математики.
«Архимед показал, что площадь круга, радиусом r, лежит между величинами 27/7r.кв. и 223/71r.кв. Число 27/7 обозначают «п» и называют «Архимедовым». По теореме Архимеда площадь круга равна площади прямоугольного треугольника с одним катедом, равным R, а другим – равным длине окружности АВ (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Площадь круга по Архимеду
Архимед доказал, что объемы цилиндра, шара и конуса, имеющих одинаковую высоту и ширину, относятся как 3:2:1, соответственно. Архимед считал установление этого соотношения своим крупнейшим достижением и завещал изобразить сущность этой теоремы на своей могильной плите. По этому изображению впоследствии, почти через 200 лет, Цицерон нашел могилу Архимеда.» [1].
Весьма многочисленны (около сорока) другие механические изобретения, приписываемые Архимеду. И хотя исторические источники, которыми мы располагаем, порой содержат элементы легенды, историки все же не сомневаются в том, что он действительно был автором целого ряда изобретений — таких, например, как сцепление бесконечного винта с шестерней и полиспасты, примененные им для спуска на воду громадного корабля. «Предание гласит, что восхищенный открытием этого закона, Архимед воскликнул: «Дайте мне точку опоры и я сдвину землю». Здесь, конечно, Архимед погорячился, так как работая рычагом, можно выиграть в силе, но неизбежен проигрыш в расстоянии. Поэтому даже если бы нашелся рычаг и точка опоры, то для того чтобы сдвинуть Землю на один сантиметр усилием руки, пришлось бы затратить миллионы лет.» [1].
Архимед изобрел и построил винт для поднятия воды («архимедов червяк»). В Египте, возможно во время вторичного пребывания там, когда слава о его гении уже распространилась, Архимедом были сконструированы мосты и воздвигнуты дамбы для регулировки разливов Нила. Но наиболее гениальным изобретением этого периода был подъемный винт, который и до сих пор называется винтом Архимеда. «По оценке Галилея, судьи весьма компетентного и строгого, это изобретение " не только великолепно, но просто чудесно, поскольку мы видим, что вода подымается в винте, беспрерывно опускаясь".» [2]. Это изобретение, ставшее возможным благодаря глубоким геометрическим познаниям Архимеда и его исключительной изобретательности в механике, использовалось в Египте как для подъема воды на возвышенности (на высоту до четырех метров), которых обычно разлив Нила не достигал, так и для осушения низменных местностей. Такие механизмы можно встретить и сейчас при откачки засоренной воды, когда невозможно использовать шланги. Изобретение «червячной передачи» так же принадлежит Архимеду и широко используется в современной технике на передаче вращения (в редукторах). Архимед нашел способ вычисления центра тяжести некоторых тел, что особенно важно при определении устойчивости машин, кораблей и т.д.
«Первым научным трудом Архимеда было, по-видимому, исследование центров тяжести. В нем рассматриваются законы рычага и центры тяжести. Условие равновесия рычага встречается в "Проблемах", приписываемых Аристотелю, но там оно изложено весьма неясно и вперемешку с принципами динамики. Архимед же выводит его из постулатов, полученных из непосредственных опытов с рычагами, так что постулаты, предпосланные рассмотрению равновесия рычагов, имеют, несомненно, экспериментальное происхождение. Первый, главный постулат гласит: "Предположим, что равные тяжести, подвешенные на равных длинах, уравновешиваются. На неравных же длинах равные тяжести не уравновешиваются: опускается та часть (системы), где тяжесть подвешена на большем расстоянии". Теорема VI гласит: "Соизмеримые величины уравновешиваются, если длины, на которых они подвешены, находятся в обратном отношении к тяжестям". Дальше это положение распространяется на несоизмеримые величины. В этой работе появляется фундаментальное понятие механики — понятие о центре тяжести. Архимед говорит о нем в постулатах 4 — 7, не давая ему определения. Отсюда заключают, что это понятие было впервые введено или неизвестным нам предшественником Архимеда, то ли им самим в более ранней работе, не дошедшей до нас. Но в обоих случаях Архимед все равно должен считаться основателем рациональной теории центров тяжести. С разработкой этого понятия связано и открытие другого фундаментального понятия механики — момента силы относительно прямой или плоскости. Архимед знал, как видно из его труда "Metodo" ("Метод"), обнаруженного Хейбергом лишь в
О том, какую пользу извлек Архимед из этого понятия и из знания центров тяжести для своих математических открытий, рассказывается в любой современной истории математики.
Архимед установил закон о плавучести тел, носящий его имя, при этом объяснение Архимеда этого сложного по сути закона было ясным и понятным. Легендой стал и повод, приведший к открытию этого закона. «Витрувий в своем сочинении «Об архитектуре» приводит следующий рассказ: «Во время царствования Гиерона в Сиракузах, этот царь, окончив благополучно одно очень важное для него дело, возымел намерение принести в жертву богам одного из храмов золотой венок. Царь заказал мастеру за большую цену сделать этот венок и дал ему золото на вес. Мастер представил свою работу, которая очень понравилась царю. И венок оказался по весу точно равным весу выданного золота. Однако вскоре обнаружили, что мастер украл часть золота и добавил серебро. Царь был сильно разгневан этим обманом, но не знал, как уличить мастера в краже. Он попросил Архимеда постараться найти такой способ. Однажды Архимед, находясь в ванне и размышляя об этом, случайно заметил, что по мере погружения его в ванну вода выступала через края. Это обстоятельство открыло Архимеду способ, который он искал. Не медля, в чрезвычайной радости выбежал Архимед голый и, направляясь к своему дому, кричал, что нашел то, чего искал. Он кричал: «эврика,эврика», что значит – «нашел, нашел». Рассказывают, что после этого открытия Архимед заказал два куска одинакового веса, равного весу венка, один кусок из золота, другой из серебра. Сперва он погрузил в сосуд, наполненный водой, серебряный кусок, который по мере погружения своего вытеснил некоторое количество воды, соразмерно своей величине. Потом, вынув кусок серебра, Архимед налил в сосуд воды столько, сколько из него вытекло. Наполнив его затем до краев и измерив количество воды, вышедшее из сосуда, он узнал, какое количество воды куску серебра известного веса. После этого он погрузил в сосуд, доверху наполненный водой, кусок золота, вынул его, измерил количество воды, как прежде, и нашел, что кусок золота вытеснил воды уже не столько и что количество ее было меньше на такую величину, насколько меньше объем золотого куска против серебряного. Потом Архимед опять наполнил водою сосуд и погрузил туда венок, который вытеснил больше воды, нежели кусок золота такого же веса, как венок. Таким образом, рассуждая о количестве вытесненной венком воды, Архимед узнал, что в золото было подмешано серебро, и ясно показал обман мастера». Свой закон о гидростатике о плавании тел Архимед изложил в дошедшем до нас сочинении «О плавающих телах».» [1].
Архимед был величайшим изобретателем-механиком, причем многие его изобретения использовались в военных целях. Во время второй Пунической войны Архимед возглавлял оборону Сиракуз, осаждаемых римлянами. По легенде, описанной Лукианом (родившимся около 125года до н.э.), Архимеду удалось во время осады Сиракуз при помощи зеркал зажечь римские корабли, сфокусировав излучение Солнца. По поводу возможности зажечь корабли сфокусированным солнечным излучением возникли многочисленные споры. Последние эксперименты. Проведенные гречиским физиком Саккосом в 1973г. показывают, что в принципе такая возможность существует.
«Архимед построил для обороны Сиракуз металлические машины. Плутарх указывает, что эти машины позволяли «в римлян сыпать стреляя и камни до 500кг.». Другие машины «захватывали суда, поднимали их в воздух и затем кормою погружали в воду». Римляне в страхе обращались в бегство. «Что же, придется нам прекратить войну против Геометра», -грустно шутил римский полководец Марцал, отводя войска и флот от стен Сиракуз. Ворота города открыло предательство. Архимед был убит римским воином. Плутарх так описывает последние минуты великого ученого: «Архимед занимался рассмотрением какой-то геометрической фигуры, напрягши ум, был так занят, что не слышал шума в городе вследствие занятия его римскими войсками. Вдруг предстал перед ним воин и велел Архимеду немедленно следовать за ним. Архимед не пожелал этого исполнить, прежде, нежели решить задачу, которой был занят. Воин в гневе обнажил меч и убил Архимеда. Архимед сказал воину перед смертью: «Не трогай моих чертежей!». Архимед был погребен Марцеллом с большими почестями»» [1].
«Архимед — основатель статики и гидростатики. Хотя его изложение носит геометрический характер и основано на постулатах, полученных из не описанных им опытов, ясно, однако, что у него имелись навыки в проведении точных экспериментов. Архимед сам описывает один из таких экспериментов — установленный им способ измерения кажущегося углового диаметра Солнца: "Итак, укрепив длинную линейку на вертикальной подставке, расположенной в месте, откуда виден восход Солнца, поставим на линейке вертикально небольшой точеный цилиндр. Когда Солнце близко к горизонту и на него можно смотреть, линейка поворачивается в сторону Солнца и глаз располагается на краю линейки. При этом цилиндр, находясь между Солнцем и глазом, закрывает все Солнце. Затем постепенно перемещают цилиндр от глаза, пока Солнце не начнет слегка показываться со всех сторон цилиндра; на этом месте цилиндр закрепляется".» [1].
В трудах Архимеда, может быть, впервые наука использовалась для решения технических задач. Изготовленный Архимедом планетарий считался вершиной точной механики. В качестве трофея он был перенесен в Рим.
«Яркими представителями Александрийской школы были Ктесибий, Филон и Герон. Для александрийской механики характерен интерес к изучению и применению сжатого воздуха (пневматика). Работ представителей этой школы, посвященных непосредственно механике твердого тела, не так много. В книге "Механика" Филона, написанной приблизительно в
Что Герон был популяризатором, не вызывает сомнения, да он и сам не делает из этого тайны. Поэтому его труды свидетельствуют не столько о талантах автора, сколько о техническом уровне, достигнутом греками эллинистического периода. Им были известны простые механизмы, зубчатые передачи, гидростатика, самые разнообразные применения сифонов, сжимаемость воздуха, движущая сила пара. Таким образом, греки уже владели и техническими знаниями, и научным пониманием, достаточными для того, чтобы создать индустриальные машины и предвосхитить XVIII век.
А что же они вместо этого делали? Придумывали механические фокусы и конструировали игрушки для развлечений во время празднеств, изобретали приспособления, создающие "магические" эффекты при религиозных богослужениях для усиления суеверия народных масс, изготовляли орудия и катапульты. Такую направленность науки и техники александрийской школы можно лишь частично объяснить такими объективными причинами, как отсутствие в одном и том же месте энергии и сырья (особенно железа и топлива).» [2].
«В античном мире Наука возникает как обособленная сфера духовной культуры. Появляется особая группа людей, специализирующихся на получении новых знаний, знания становятся системными, теоретическими и рациональными. Наука направлена на решение благоустройства и комфорта жизни людей, а так же впервые в качестве заказчиков на проведение научных исследований выступают военные.» [3].
3. Становление астрономии:
геоцентрическая система мира Клавдия Птолемея.
«Одним из самих высокообразованных людей своего времени был греческий ученый Клавдий Птоломей. Большую часть жизни Птоломей провел в Александрии, входившей к тому времени, как и вся Древняя греция, в состав Римской империи.
Главным сочинением Птоломея стала «Математическая система» («Тринадцать книг математического построения»), дошедшая до нас в арабском переводе под названием «Альмагест». В этой книге обобщены и систематизированы все предыдущие знания античных астрономов, разработана математическая основа, описавшая видимое, кажущееся движения Луны, Солнца и пяти известных тогда планет – Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна. Теория строилась на оксиомах движения и теории пространства Платона и Аристотеля, согласно которым Земля шарообразна, неподвижна и находится в центре небесного свода (Мира), небосвод именует сферическую форму и вращается, как твердая сфера, вокруг Земли, совершая один оборот за сутки. Планеты, включая Луну, и Солнце, также вращаются впереди Земли по круговым орбитам с постоянной скоростью. Небесные сферы предполагались вращающимися жидкими телами. Небесная твердь, или небо «неподвижных звезд», находится за орбитами планет. Далее – «небо вод» (из него идет дождь), еще далее – «перводвигатель». На самом краю – «обиталище блаженных душ».
Птолемей доказывает неподвижность Земли. В основу доказательства положен Арестотелев принцип движения: тело более тяжелое падает быстрее чем легкое. Отсюда, по Птолемею, следует, что вследствие своей огромной массы Земля опередила бы при движении все тела, находящиеся на ней, и сама «выпала бы из неба».
Описанная система устройства мира не могла объяснить, почему планеты на самом деле движутся с переменной скоростью и почему изменяется направления их движения на противоположное, то есть существует «попятное движение». Основываясь на геоцентрической системе, Птолемей ввел искусную математическую модель движения планет. Он предположил, что по окружности вокруг земли, так называемому деференту, движется не сама планета, а центр другой окружности, которую Птолемей называл эпициклом, то есть центром эпицикла движется по дифференту. Идея объяснения петлеобразного движения планет композицией (наложением) двух круговых движений принадлежит Гиппарху (IIв. до н.э.). Птолемей поставил эту идею на математическую основу и усложнил саму конструкцию введением дополнительных окружностей, описывающих сложные движения планет. Таких окружностей приходилось вводить до сорока. Система Птолемея была весьма громоздка, но позволяла достаточно точно вычислять положения планет и признавалась наукой в течение более чем 13 веков.
В «Альмагесте» Птолемей приводит каталог более 1000 звезд, разделенных на класс по видимому блеску и цвету. В числовых пропорциях, наблюдаемых в музыке и акустике, Птолемей (как до него Пифагор и Платон, а после него Кеплер) видел указание на существование универсальных математических структур, связывающих природу с музыкой.
Кроме «Альмагеста», известно «Оптика» и «Курс географии» Птолемея. В «Оптике» изложены теория зрения, теория зеркальных отражений, описаны явления преломления и эксперимент по определению зависимости угла преломления от угла падения. Для проведения этого эксперимента Птолемей разработал специальный прибор, состоящий из подвижных линеек, закрепленных на оси вращения в центре круга. Круг погружался в воду до диаметра, линейки визуально совмещались с падающими и преломленными лучами. На круге располагалась шкала в градусах, по которой определялись углы падения и преломления. Птолемею так и не удалось найти формулу, связывающую эти углы. С эффектом преломления Птолемей столкнулся, наблюдая звезды. Он впервые обнаружил и исследовал атмосферную рефракцию – искривление хода лучей при прохождении через атмосферу. Птолемей считал, что, изучив преломление, можно решить вопрос и о влиянии рефракции на астрономические наблюдения.
В античной науке сформирована обоснованная концепция устройства мира (Арестотелево-Птоломеевская система), продержавшаяся практическими неизменной более 13 веков.» [1].
4. Заключение
Существенное развитие науки в античном мире стало возможным благодаря изобретению писчего материала - пергамента, формирование библиотек, крупнейшей из которых стала Александрийская, а так же возникла традиция научных школ. Как междисциплинарная наука формируется математика, используемая при решении как научных, так и прикладных задач.
Развитие античных государств сопровождалось совершенствованием техники. Промышленным способом производится железо, медь, серебро, золото. В римский период разработана стеклодувная техника, производство стекла. Одной из наиболее развитых отраслей производства было строительное дело, стимулирующее в свою очередь развитие механики. В античных городах достигнут высокий уровень благоустройства и комфорта. Была налажена система водоснабжения, особенно совершенная в римских городах.
5. Список литературы.
1. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. /Учебник для вузов/М. ПЕРСЕ.2002г.
2. Концепция современного естествознания уч. Пособие/под редакцией профессора Самыгина С.И./ Ростов н/Д. Феникс.2004г. 5-е издание.
3. Основы естественнонаучных знаний для юристов/Учебник для вузов по курсу «Концепция современного естествознания»/ под редакцией д.ю.н. профессор Россинской Е.Р./М. НОРМА-ИНФРА-М. 1999г.
