Ньютон, первый фундаментальный закон природы

Великий физик XX в., разрушивший казав­шиеся незыблемыми позиции классической

механики, -Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные

законы, которые определяют временной ход широкого класса про­цессов в природе

с высокой степенью полноты и точности, и оказал своими трудами глубокое и

сильное влияние на все миро­воззрение в целом.

Основу методологии И. Ньютона составляют индуктивный метод и установка на

экспериментальное определение количе­ственных отношений между явлениями

действительности.

Основу классической механики составляют три закона, на­званные законами

Ньютона. Первый закон: тело сохраняет со­стояние покоя или равномерного и

прямолинейного движения, пока на него не оказывают воздействие другие тела.

Способ­ность тела сопротивляться воздействию на него сил называют

инертностью, поэтому первый закон Ньютона иначе называет­ся законом инерции.

Первый закон Ньютона устанавливает су­ществование инерциальных систем

отсчета.

Вершиной научного творчества И. Ньютона является теория тяготения, которая

дает ответ на вопрос о природе силы, зас­тавляющей двигаться небесные тела.

Согласно закону всемирно­го тяготения тела притягиваются друг к другу с

силой, которая прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна

квадрату расстояния между ними. Сила тяготения универсальна, проявляется

между любыми двумя материальными телами не­зависимо от их конкретных свойств

и действует на любом рас­стоянии. И. Ньютон показал, что законы движения

планет, от­крытые И. Кеплером, неразрывно связаны с действием силы всемирного

тяготения, и являются математическим выражением этой силы. Таким образом,

законы И. Кеплера оказались след­ствиями закона всемирного тяготения.

Создание теории тяготения, которую иначе называют небесной механикой,

окончатель­но утвердило победу гелиоцентрической системы Н. Коперника.

16. Фундаментальные физические постоянные

 

Первая результативная попытка выявления взаимосвязи и единства числовых

значений фундаментальных физических постоянных принадлежит Р. Бартини.

 

Скорость света в вакууме	c
Постоянная Планка	h
Элементарный заряд	e
Число Авогадро	N A
Константа Больцмана	k
Газовая постоянная	R
Постоянная Фарадея	F
Стандартное ускорение свободного падения	g

 

17. Возникновение научной химии.Системные химические теории

Начало научной химии связывают с работами английского ученого XVII в. Р.

Бойля, который предложил понятие химический элемент. По мнению Р. Бойля,

химический элемент- это «простое тело», входящее в состав вещества и

определяющее его свойства. В химии XVIII в. господствовала теория флогистона,

кото­рая была предложена для объяснения процесса горения. Пред­полагалось,

что флогистон — это невесомая субстанция, кото­рую содержат все вещества,

способные к горению, и которая выделяется в процессе горения. Открытия в

химии середины и конца XVIII в. привели к отказу от теории флогистона. Так, в

1748 г. М.В. Ломоносов сформулировал закон сохранения мас­сы, который не

допускает возможности существования неве­сомой материи. Это закон гласит:

.масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ,

образующихся в результате реакции. Следующий этап в развитии химии (начало

XIX в.) связан с именем английского химика Дж. Дальтона. Исследования

химического состава газов позволили Дж. Дальтону сформулировать закон кратных

отно­шений — один из фундаментальных законов химии. Закон кратных отношений

утверждает, что массы двух химических элементов в любых возможных соединениях

относятся друг к другу; как целые числа.

В начале XIX в. ученые начинают использовать понятие «мо­лекулы». Молекула —

это устойчивая совокупность атомов, способная к самостоятельному

существованию. Научная революция в химии связана с именем другого рус­ского

ученого Д.И. Менделеева, который в 1869 г. предложил периодическую систему

химических элементов. Периодичес­кая система, оформленная в виде таблицы,

упорядочивала все многообразие известных к тому времени химических элемен­тов

и позволяла предсказывать новые. Д.И. Менделеев распо­ложил все элементы в

соответствии с возрастанием их атомно­го веса и показал, что таким образом

складывается четкая система. Периодическая система Д.И. Менделеева стала той

объединяющей концепцией, которая позволила не только систематизировать, но и

объяснить весь накопленный к концу XIX в. эмпирический материал, и стала

прочной основой ее временной теоретической химии.

Развитие химии в XX в. шло по линии возрастания диффе­ренцированное внутри

комплекса химического знания. Этот процесс привел к разделению на

неорганическую и органичес­кую химию и созданию аналитической и физической

химии: возникновению целого ряда междисциплинарных исследований, которые со

временем обрели самостоятельный научный статус (космохимия, геохимия,

агрохимия, биохимия и др.).

Классическая термодинамика

Термо­динамика описывает тепловые явления в макромире. Классическая

термодинамика сформулировала несколько принципов, или начал, которые вели к

важным мировоззренчес­ким выводам. Первое начало термодинамики основано на

пред­ставлениях о том, что термодинамическая система обладает внутренней

энергией теплового движения молекул и потенци­альной энергией их

взаимодействия. Согласно первому началу термодинамики количество теплоты,

сообщенное телу, увеличивает его внутрен­нюю энергию и идет на совершение

телом работы. Согласно второму началу термодинамики нельзя осуществить работу

за счет энергии тел, находящихся в состоянии термодина­мического равновесия,

энтропия замкнутой системы возрастает, а ее максимальное значение достигается

в состоянии теплового равновесия. Термодинамические процессы необратимы, а

предос­тавленная самой себе система стремится к состоянию теплового

равновесия, в котором температуры тел выравниваются. Второе нача­ло

термодинамики называют также законом возрастания энтро­пии. Распространение

второго начала термодинамики на всю Все­ленную, понимаемую как закрытая

система, привело к созданию теории тепловой смерти, согласно которой все

процессы в мире ведут к состоянию наибольшего равновесия, т.е. хаосу Теория

тепловой смерти Вселенной была разработана в середи­не XIX в. В. Томпсоном и

Р. Клаузйусом, ее постулаты звучат следующим образом:

ü энергия Вселенной постоянна;

ü энтропия Вселенной, понимаемой как закрытая система, возрастает.

Смысл этих постулатов заключается в том, что со временем все виды энергии во

Вселенной превратятся в тепловую, а пос­ледняя перестанет претерпевать

качественные изменения и пре­образовываться в другие формы. Наступившее

состояние тепло­вого равновесия будет означать смерть Вселенной. При этом

общее количество энергии в мире останется тем же самым, т.е. универсальный

закон сохранения энергии не будет нарушен. Теория тепловой смерти сразу же

после создания была под­вергнута критике. В частности, появилась

флуктуационная теория Л. Больцмана, согласно которой Вселенная выводится из

состоя­ния равновесия с помощью внутренне присущих ей флуктуации. Третьей

составляющей классической физики является опти­ка. На протяжении двух

столетий в оптике соперничали корпус­кулярная и волновая теории, объяснявшие

природу световых яв­лений на разных основаниях. В XVII в. дискуссия

развернулась между И. Ньютоном, который придерживался корпускулярной теории,

и нидерландским ученым X. Гюйгенсом — сторонником волновой теории. В

соответствии с теорией И. Ньютона, свет есть поток материальных частиц-

корпускул, наделенных неиз­менными свойствами и взаимодействующих с другими

частица­ми в соответствии с законами механики. Согласно теории X. Гюйгенса

свет представляет собой волну, распространение которой аналогично

распространению волн на поверхности воды, и подчиняется тем же законам. На

протяжении XVIII в. большинство уче­ных придерживалось корпускулярной теории

И. Ньютона, не­смотря на эвристическую силу и убедительность волновой тео­рии

X. Гюйгенса. Немалую роль здесь сыграл непререкаемый авторитет, которым

пользовался И. Ньютон в среде научного со­общества.

Энтропия, закон Больцмана

Принцип Карно выражает собой весьма интересную особенность: он определяет

общую тенденцию в эволюции физического мира. С течением времени в замкнутой

изолированной системе энтропия должна постоянно возрастать. Функция состояния

термодинамической системы, изменения которой в равновесном процессе равно

отношению количества теплоты, сообщенного системе или отведенного от нее, к

термодинамической температуре системы. Неравновесные процессы в изолированной

системе сопровождаются ростом энтропии, они приближают систему к состоянию

равновесия, в котором энтропия максимальна. Согласно флуктуационной теории Л.

Больцмана, Вселенная выводится из состоя­ния равновесия с помощью внутренне

присущих ей флуктуации.