Методическое пособие для аспирантов и студентов всех форм обучения Иркутск 2008 (075. 8) Ббк 87а7 М20



Сторінка3/8
Дата конвертації14.04.2016
Розмір1.23 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8

Механика тесно связана с другими разделами ФИЗИКИ. Ряд понятий и методов механики при соответствующих обобщениях находит приложение в оптике, статической физике, квантовой механике, электродинамике, теории относительности и др. Важное значение механика имеет для многих разделов астрономии, особенно для небесной механики.

Часть механики, непосредственно связанную с ТЕХНИКОЙ, составляют многочисленные общетехнические и специальные дисциплины, такие, как гидравлика, сопротивление материалов, строительная механика, кинематика механизмов, динамика машин и механизмов, теория движения наземных, морских и воздушных транспортных средств и др. Все эти дисциплины пользуются уравнениями и методами теоретической механики. Таким образом, механика - одна из научных основ многих областей современной техники.


Основные этапы развития механики
Механика - одна из древнейших наук, возникшая из нужд практики. Раньше других разделов механики под влиянием запросов главным образом строительной техники стала развиваться статика. Ее научные основы (теория рычага, сложение параллельных сил, учение о центре тяжести, начала гидростатики и др.) разработал еще Архимед (3 век до н.э.).

Периодом создания научных основ динамики, а с ней и всей механики является 17 век. Основоположник динамики - Г.Галилей, который дал первое верное решение задачи о движении тела под действием силы. Создание основ классической механики завершается трудами И.Ньютона, сформулировавшего основные законы механики и открывшего закон всемирного тяготения.

В 18 веке интенсивно развиваются аналитические методы решения задач механики. Для материальной точки эти методы разработал Л.Эйлер, заложивший также основы динамики твердого тела. Аналитические методы решения задач динамики системы основываются на принципе возможных перемещений и на принципе, высказанном Ж.Л.Даламбером, разработку которых завершил Ж.Л.Лагранж, получивший уравнения движения системы в обобщенных координатах; им же разработаны, основы современной теории колебаний. В 19 веке продолжается интенсивное развитие всех разделов механики, чему способствовали исследования М.В.Остроградского, У.Р.Гамильтона, К.Г.Якоби, Г.Герца и др. Э. Раусом, Н.Е.Жуковским и А.М.Ляпуновым была разработана теория устойчивого равновесия и движения. И.А.Вышнеградский заложил основы современной теорий автоматического регулирования. Кинематика, развивавшаяся одновременно с динамикой, выделяется во второй половине 19 века в самостоятельный раздел механики.

В 20 веке интенсивно развиваются теория нелинейных колебаний, основы которой заложены А.М.Ляпуновым и Анри Пуанкаре, механика тел переменной массы и динамика ракет, где ряд исходных исследований принадлежит И.В.Мещерскому и К.Э.Циолковскому. В механике сплошной среды появляются два раздела: аэродинамика, основы которой созданы Н.Е.Жуковским, и газовая динамика, основы которой заложены С.А.Чаплыгиным.

К числу современных проблем механики относятся уже отмечавшиеся задачи теории колебаний (особенно нелинейных), динамика твердого тела, теории устойчивости движения, а также механика тел переменной массы и динамика космических полетов.
Философские вопросы механики.
В Новое время была создана единая механистическая картина мира (с точки зрения механики), а метод исследования - метафизический.

Механисцизм - мировоззрение, объясняющее развитие природы и общества законами механической формы движения материи, которые рассматриваются как универсальные и распространяются на все виды материального движения. Исторически возникновение и распространение механисцизма было связано с достижениями классической механики 17-18 веков (Галилей, Ньютон и др.). Классическая механика выработала специфические представления о материи, движении, пространстве и времени, причинности и т.п. Эти воззрения, как и в целом механисцизм, несмотря на их ограниченность, обусловленную уровнем естествознания 17-18 веков, сыграли положительную роль в развитии науки и философии. Они давали естественнонаучное понимание множеству явлений природы, освободив их от мифологических и религиозно-схолачтических толкований. Абсолютизация законов механики привела к созданию механистической картины мира, согласно которой вся Вселенная (от атомов до планет) представляет собой замкнутую механистическую систему, состоящую из неизменных элементов, движение которых подчиняется законам механики. Этому уровню развития науки соответствовал метафизический способ мышления.

В этот же период развития естествознания детерминизм носит механистический, абстрактный характер. Данное обстоятельство нашло свое выражение в абсолютизации формы причинности, описываемой строго динамическими законами механики, что ведет к отождествлению причинности с необходимостью и отрицанию объективного характера случайности. Наиболее выпукло такая точка зрения было сформулирована Лапласом (отсюда другое наименование механистического детерминизма - лапласовский детеримнизм), считавшим, что значение координат и импульсов всех частиц во Вселенной в данный момент времени совершенно однозначно определяет ее состояние в любой прошедший или будущий момент.

Иначе говоря, абсолютный механицизм выступал в качестве господствующего направления научно-материалистической мысли на протяжении 16-18 веков и составлял исторически обусловленную ограниченность естествознания и философии этого периода. Эта ограниченность исторически оправдана тем, что механика была в то время единственной наукой, получившей достаточное развитие и применение в производстве, и поэтому казалась "наукой вообще", абсолютной наукой, руководствующейся соответственно абсолютным методом - математикой, понимаемой в основном механистически.

Однако все последующее развитие науки в 19-20 веках опровергло механистическую картину мира и настоятельно требовало нового, диалектико-материалистического объяснения природных и общественных процессов. Развитие естествознания (и прежде всего физики) отвергло и ограниченный лапласовский детерминизм. Установленные соотношения неопределенностей в квантовой механике показали несостоятельность детерминизма лапласовского типа. Необходимо было переходить на позиции диалектико-материалистического детерминизма.
2.3 Физика
Одной из ведущих естественных наук является ФИЗИКА. Физика изучает самые элементарные явления природы, лежащие в основе мироздания, и имеет своей задачей выявить и объяснить законы природы. Физика работает с моделями, упрощенно описывающими изучаемые явления. Именно разумное упрощение приводит к возможности широкого привлечения МАТЕМАТИКИ. И единственным способом проверки верности применяемой для описания изучаемого явления модели могут служить эксперимент или наблюдение. Естественные науки и, в первую очередь, физика, являются экспериментальными.

Выдающийся русский (советский) физик, лауреат Нобелевской премии (1978) академик П.Л.Капица (1894-1984) по этому поводу писал: "Я хотел бы, чтобы значение и роль хорошего эксперимента запомнились бы вам в словах шутливого афоризма, принадлежащего героине романа "Джентльмены предпочитают блондинок" - одного из классических американских произведений: "Любовь - хорошая вещь, но золотой браслет остается навсегда". Я думаю, что мы, ученые, можем сказать: "Теория - хорошая вещь, но правильный эксперимент остается навсегда".

Обладая наиболее развитыми математическими и экспериментальными средствами, физика поэтому и занимает ведущее место среди естественных наук. Ее представления, результаты и методы используются всеми без исключения естественными науками. Это приводит к образованию многочисленных "стыковых" дисциплин (геофизика, биофизика, астрофизика, физическая химия и т.п.). Сама же физика вырабатывает свои средства с помощью философии (методологические средства), математики (математический аппарат физических теорий и техники (экспериментальные средства), оказывая обратное влияние на развитие этих областей знания.

Всю историю физики можно условно разделить на три основных этапа:

1) Древний и средневековый

2) Классической физики

3) Современной физики

Первый этап развития физики иногда называют донаучным. Однако такое название нельзя считать полностью оправданным. Фундаментальные зерна физики и естествознания в целом были посеяны еще в глубокой древности. Это самый длительный этап. Он охватывает период от времен Аристотеля до начала XVII века, поэтому и называется древним и средневековым этапом.

Начало второго этапа - этапа классической физики - связывают с одним из основателей точного естествознания - итальянских ученым Галилео Галилеем и основоположником классической физики, английским математиком, механиком, астрономом и физиком Исааком Ньютоном. Второй этап продолжался до конца XIX века.

К началу ХХ столетия появились экспериментальные результаты, которые трудно объяснить в рамках классических представлений. В этой связи был предложен совершенно новый подход - квантовый, основанный на дискретной концепции. Квантовый подход впервые ввел в 1900 году немецкий физик Макс Планк (1858-1947), вошедший в историю развития физики как один из основоположников квантовой теории. Его трудами открывается третий этап развития физики - этап современной физики, включающий на только квантовые, но и классические представления.

СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА исходит из ряда фундаментальных предпосылок.

Во-первых, так же как и классическая физика, она признает объективное существование физического мира, однако отказывается от наглядности, законы современной физики не всегда демонстративны, в некоторых случаях их наглядное подтверждение - опыт - просто невозможен.

Во-вторых, современная наука утверждает существование трех качественно различающихся структурных уровней материи: мегамира - мира космических объектов и систем; макромира - мира макроскопических тел, привычного мира нашего эмпирического опыта; микромира - мира микрообъектов, молекул, атомов, элементарных частиц и т.п. Классическая физика изучала строение и способы взаимодействия макроскопических тел, законы классической механики описывают процессы макромира. Современная квантовая физика занимается изучением микромира, соответственно законы квантовой механики описывают поведение микрочастиц. Мегамир - предмет астрономии и космологии, которые опираются на гипотезы, идеи и принципы неклассической (релятивистской и квантовой) физики.

В-третьих, неклассическая физика утверждает зависимость описания поведения физических объектов от условий наблюдения, т.е. от познающего эти процессы человека (принцип дополнительности).

В-четвертых, современная физика признает существование ограничений на описание состояния объекта (принцип неопределенности).

В-пятых, релятивистская физика отказывается от моделей и принципов механистического детерминизма, сформулированного в классической философии и предполагавшего возможность описать состояние мира в любой момент времени, опираясь на знание начальных условий. Процессы в микромире описываются статистическими закономерностями, а предсказания в квантовой физике носят вероятностный характер.

Проблема ДЕТЕРМИНИЗМА играет в физике огромное теоретико-методологическое значение. Механистический детерминизм трактует все типы взаимосвязи и взаимодействия как механистические и отрицает объективный характер случайности. Например, один из сторонников этого типа детерминизма, Б.Спиноза, считал, что, мы называем явление случайным только по причине недостатка наших знаний о нем. Следствием механистического детерминизма является фатализм - учение о всеобщей предопределенности явлений и событий, которое фактически сливается с верой в божественное предопределение.

Проблема ограниченности механистического детерминизма особенно четко обозначилась в связи с открытиями в квантовой физике. Закономерности взаимодействий в микромире оказалось невозможным объяснить с точки зрения принципов механистического детерминизма. Новые открытия в физике сначала привели к отказу от детерминизма, однако позже способствовали формированию нового содержания этого принципа. Механистический детерминизм перестал ассоциироваться с детерминизмом вообще. Как писал физик М.Борн, утверждение, что новейшая физика отбросила причинность, целиком необоснованно. Действительно, новая физика отбросила или видоизменила многие традиционные идеи; но она перестала бы быть наукой, если бы прекратила поиски причин явлений. Причинность, таким образом, не изгоняется из постклассической науки, однако представления о ней меняются. Следствием этого становятся трансформация принципа детерминизма и введение понятия статистических закономерностей. Статистические закономерности, так же как и динамические закономерности классической механики, являются выражением детерминизма.

Развитие самой физики непосредственно связано с ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНОЙ МИРА. Понятие "физическая картина мира" употребляется уже давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира, с одной стороны, обобщает все ранее полученные знания о природе, а с другой - вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы, которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стилей мышления. Переход от одного этапа к другому знаменуют качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой.

Таково философское значение развития физического знания.


2.4 Химия


Существует множество определений химии. Химия - наука о химических элементах и их соединениях, наука о веществах и их превращениях, наука о процессах качественного превращения веществ и т.д. Ни одно из этих определений не дает полного ответа на вопрос: что такое химия? Объясняется это тем, что химия является не просто суммой знаний о веществах, но высоко упорядоченной, постоянно развивающейся системой знаний.

Можно оттолкнуться от самого понятия "химия". Согласно одной из версий, это название произошло от египетского слова "хеми", что означает "Египет", а также "черный". Историки науки переводят этот термин как "египетское искусство". Таким образом, химия - искусство производить необходимые вещества, в том числе и искусство превращать обыкновенные металлы в золото и серебро и их сплавы.

Все химические знания, начиная с алхимии, объединяются в систему благодаря определенным критериям. прежде всего химия, как никакая другая наука, является одновременно и наукой, и производством. Химические заводы Д.И.Менделеев рассматривал как "лабораторию больших размеров", поэтому все химические знания, приобретаемые за многие столетия и представленные в форме теорий, законов, методов, технологических прописей и т.д., объединяет одна единственная, непреходящая, главная задача химии - задача получения веществ с необходимыми свойствами. Но это производственная задача, и путь к ней идет через решение теоретической задачи генезиса (происхождения) вещества. Итак, основанием химии выступает двуединая проблема, получение веществ с заданными свойствами и выявление способов управления свойствами веществ.

Вся история химии является закономерным процессом смены способа решения ее основной проблемы. Важнейшей особенностью этой проблемы является то, что она имеет всего только четыре способа решения, или свойства вещества зависят от четырех факторов:

1) от элементного и молекулярного состава;

2) от структуры его молекул;

3) от термодинамических и кинетических условий, в которых вещество находится в процессе химической реакции;

4) от высоты химической организации вещества.

Первый способ решения проблемы связан с именем английского ученого Р.Бойля (1627-1691), а также с утверждением экспериментального подхода к изучению природы. Способ решения основной проблемы химии стал выражаться посредством схемы: состав -> свойства. Этот способ положил начало учению о составе вещества, которое являлось первым уровнем научных химических знаний: с работы Р.Бойля и до первой половины XIX века учение о составе веществ представляло собой всю тогдашнюю химию. Поэтому Д.И.Менделеев и назвал химию своего времени "наукой о химических элементах и соединениях".
В XIX веке в химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс веществ растительного и животного происхождения, качественное разнообразие которых потрясающе велико. Объяснения необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь бедном их элементарном составе были найдены в явлениях, получивших название "изомерия и полимерия". Стало ясно, что свойства веществ, а следовательно и их качественное разнообразие обусловливается не только их составом, но еще и структурой их молекул. Так было положено начало второму уровню развития химических знаний, который получил название "структурная химия". На этом уровне химия превращалась из науки аналитической в науку главным образом синтетическую. На этом уровне развития химии возникла технология органических веществ. Под влиянием новых требований производства возник третий способ решения проблемы генезиса свойств. Химия становится наукой уже не только и не столько о веществах как законченных предметах, но и наукой о процессах и механизмах изменения веществ. Появились технология нефтехимических производств, производство искусственных волокон, каучуков, этилового спирта. Все это стало возможным через изменение свойств вещества в результате влияния температуры , давления, катализаторов и других факторов, воздействующих на направление и скорость химических процессов.
Четвертый способ решения основной проблемы химии связан с развитием химических знаний, со становлением эволюционной химии. В основе этого способа лежит принцип использования в процессах получения целевых продуктов таких условий, которые приводят к совершенствованию катализаторов катализаторов химических реакций, т.е. к самоорганизации химических систем - это своеобразная биологизация химии. В сущности речь идет об использовании химического опыта живой природы. Химический реактор на уровне эволюционной химии предстает как некое подобие живой системы, для которой характерны саморазвитие и определенные черты поведения.

Таким образом, в развитии химии происходит не смена, а строго закономерное последовательное появление концептуальных систем: учение о свойстве - структурная химия - учение о химических процессах - эволюционная химия.

Такова логика развития химии как системы научного знания.
Химия и философия
В древности взгляды на превращение веществ и изменения их свойств основывались на натурофилософских представлениях о первоэлементах и первоначалах мира.

В работах Бойля, положивших начало современной химии и основанных на утверждении настоящего экспериментального метода исследования, явно ощущается влияние философии эмпиризма.

Период господства теории флогистона свидетельствует не об отрицательном влиянии какой-либо конкретной формы философии на химию, а о недостаточной разработанности экспериментального метода и вытекающим из этого неумении делать строгие выводы, основанные на наблюдениях и опытных фактах. Победа над теорией флогистона кислородной теории Лавуазье - это прежде всего победа более совершенного экспериментального метода. Экспериментальная проверка и доказательство гипотез и теорий после Лавуазье стали неотъемлемой частью методологии химии.

В первой половине XIX века в химию проникли витализм и агностицизм. Многие химики утверждали, что полный химический синтез (т.е. синтез из элементов) органических соединений невозможен, потому что он осуществляется в живых существах лишь при помощи "жизненной силы". Однако в дальнейшем учение о жизненной силе было опровергнуто.

Химики в XIX веке в основной массе были стихийными материалистами. Большое влияние на них оказывал механистический материализм. Это влияние сказалось и на либиховской теории катализа, и на попытке Менделеева трактовать природу химических соединений с точки зрения третьего закона Ньютона. Но уже тогда у химиков возникла идея о том, что химизм - это движение, но особого рода, отличающееся от движения материальных частиц, свойственного, например, теплоте или свету.

В трудах химиков обнаруживались и элементы метафизического подхода. Одним из проявлений этого были попытки установить непроходимую грань между органическими и неорганическими соединениями, а также попытки утверждать, что атомы - это неделимые, последние частицы вещества, и что количество элементов неизменно. Однако все эти "пределы" накладывавшиеся на природу, рано или поздно отбрасывались развитием самой химии. На этой основе в химии все более проникал диалектический метод мышления (одним из стихийных диалектиков был, например, Бутлеров).

В ХХ веке на мировоззрение ряда химиков влияют различные школы неопозитивизма и прагматизма. Это особенно обнаружилось после возникновения квантовой механики и попытки поставить в этой связи под сомнение принцип причинной обусловленности явлений микромира. Принцип полезности и удобства, заимствованный из прагматической философии, у некоторых химиков выступил как суррогат критерия истины.

Методология современной химии включает в себя трактовку и обоснование с определенных философских позиций методов установления истины в химии. К настоящему времени проделана большая работа по анализу проблем методологии химии с позиций материалистической диалектики. Самая грандиозная революция химического знания произошла в 1920-1930 годы и была связана с развитием квантово-механистических представлений о химических веществах и процессах. Квантово-полевые представления также существенны для химии, но в меньшей степени, чем для физики. Примерно последние семьдесят лет химия развивается под знаком квантово-полевых представлений.

Итак, современная химия - это совокупность квантовых представлений о веществе и его преобразованиях.

Такова диалектика развития химического мышления.

2.5 Биология
БИОЛОГИЯ (греч. "биоз" - жизнь и "голос" - учение, слово) - учение о жизни. Предметом биологии является жизнь как особая форма движения материи, законы развития живой природы, многообразные формы живых организмов, их строение, функции, индивидуальное развитие и взаимоотношения с окружающей средой.

Как упорядоченная система знаний биология возникла уже у древних греков. Однако основы научной биологии сложились только в новое время. В 17, 18, в первой половине 19 века биология носила преимущественно описательный характер. Незнание материальных причин биологических явлений, игнорирование специфики этих явлений порождало идеалистические и метафизические концепции (витализм, механицизм и др.).

Важную роль в становлении научной биологии сыграло открытие клеточного строения живых существ. Переворот в биологии был произведен эволюционной теорией Дарвина, открывшей основные факторы и движущие силы эволюции, обосновавшей материалистический взгляд на относительную целесообразность живых организмов и тем самым подорвавшей былое господство телеологии в биологических теориях.

Особенно бурное развитие биологии началось с момента возникновения таких ее разделов, как физиология, цитология, биохимия и биофизика и в особенности генетика, изучающие закономерности основных жизненных процессов - питания, размножения, обмена веществ, передачи наследственных признаков и др. Именно на стыках биологии с другими науками (физикой, химией, математикой и др.) сделалось возможным решения ряда важных биологических проблем.

Центральным в биологии стали выяснение сущности жизненных явлений, исследование биологических закономерностей развития органического мира, изучение физики, химии живого, разработка различных способов управления жизненными процессами, в особенности обменом веществ, наследственностью и изменчивостью организмов.

Результатом явились основополагающие открытия в различных областях биологии, и в первую очередь в генетике, где были вскрыты материальные носители наследственности, расшифрована их структура и функции и выяснен в общих чертах механизм удвоения биологических структур и передачи наследственных признаков.

1   2   3   4   5   6   7   8


База даних захищена авторським правом ©shag.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка