Физика представляет собой науку, которая изучает простейшие и при этом наиболее общие характеристики и законы движения материальных объектов. Физические понятия и законы лежат в основе всего естествознания. Сегодня это учение применяется в самых разных сферах человеческой жизни. При этом далеко не каждому человеку известно, кто конкретно придумал физику.
Физика как часть философии
Люди стали интересоваться вопросами рационального понимания природы еще с архаического периода Древней Греции – в 650-480 годах до нашей эры. Во многом физика появилась благодаря философу Фалесу Милетскому. Он даже получил прозвище «отец науки», поскольку отказался принимать религиозные и сверхъестественные объяснения природных явлений. Философ считал, что все события объясняются естественными причинами.
Также важная заслуга ученого заключается в том, что он проводил эксперименты с магнитами и натертым янтарем, а также назвал воду основным элементом. Сторонник протоэволюционной теории Анаксимандр оспорил идеи Фалеса. Он предположил, что основным строительным блоком материи выступает не вода, а особое вещество – апейрон.
Примерно в 500 году до нашей эры Гераклит выдвинул предположение, что основным законом регулирования Вселенной является принцип изменения. Согласно его теории, ничто не остается в одинаковом состоянии до бесконечности. Это наблюдение сделало Гераклита одним из известнейших ученых своего времени.
Физик Левкипп категорически отвергал идеи прямого божественного вмешательства во Вселенную. Он считал, что все природные явления обладают естественными причинами. Совместно со своим учеником Демокритом Левкипп создал теорию атомизма. Он считал, что все состоит из неделимых элементов и дал им название атомов.
В третьем веке до нашей эры Архимед Сиракузский сформулировал основы статики и гидростатики. Заслугой этого ученого стали расчеты, которые легли в основу создания рычага. Также Архимед занимался разработкой сложных систем. Винт этого знаменитого ученого лег в основу современной гидротехники. При этом его военные машины помогли победить в Первой Пунической войне. Помимо этого, Архимед считается автором принципов состояния равновесия и тяжести. Идеи ученого оказали значительное влияние на его знаменитых последователей – Галилея и Ньютона.
Еще одним известным физиком раннего периода был Птолемей, который жил во времена Римской империи. Ученый написал несколько важнейших трактатов, в которых формулировались ключевые физические законы.
Важный вклад в развитие физики сделал и Аристотель. Этот ученый обобщил полученные знания. Теория Аристотеля включала много верных положений, но при этом и отвергала важные идеи предшественников – к примеру, атомную гипотезу. Ученый был склонен отдавать предпочтение умозрительным представлениям и не считал опыт основным критерием достоверности знаний. Учение исследователя, которое было канонизировано церковью, во многом надолго затормозило развитие физики.
Возрождение естествознания произошло только в пятнадцатом-шестнадцатом веках, когда началась борьба с теориями Аристотеля. В середине шестнадцатого века Николай Коперник сформулировал гелиоцентрическую систему мира. Она стала началом освобождения естествознания от влияния теологии.
Необходимость активного проведения научных исследований была связана с возрастающими производственными потребностями, развитием ремесел и военного дела. Однако в пятнадцатом-шестнадцатом веках экспериментальные исследования преимущественно носили случайный характер. Только в семнадцатом веке систематическое применение экспериментальных методов привело к созданию первой фундаментальной физической теории. Ею стала классическая механика Исаака Ньютона.
Становление отдельной науки
Развитие физики как науки началось с работ Галилео Галилея. Ученый понял, что для понимания законов движения требуется научиться описывать этот процесс с точки зрения математики. При этом просто наблюдать за движущимися телами недостаточно. Чтобы определить изменение их характеристик, требуется проводить опыты и эксперименты.
Галилею удалось показать, что влияние других тел определяет не скорость, как считал Аристотель, а ускорение объекта. Это стало первой формулировкой закона инерции. Также Галилею удалось открыть принцип относительности в механике. Он смог доказать, что ускорение свободного падения тел не зависит от их массы и плотности. К тому же ученый сумел при помощи механики обосновать теорию Коперника.
Весомые результаты были получены Галилеем и в других сферах физики. Так, он первым использовал подзорную трубу для проведения астрономических наблюдений. Это позволило ученому сделать ряд важнейших открытий. После создания Галилеем первого термометра удалось проводить количественные исследования тепловых явлений.
В первой половине семнадцатого века исследователи начали весьма успешно изучать газы. Ученик Галилея Торричелли открыл атмосферное давление и сконструировал первый барометр. При этом Бойль и Мариотт занимались исследованиями упругости газов и придумали первый газовый закон, который был назван в их честь.
В тот же период Декарт и Снеллиус независимо друг друга смогли сформулировать важную теорию в области физики – закон преломления света. К тому же моменту относится изобретение микроскопа. Важный вклад в понимание электромагнитных явлений в области физики сделал Гильберт. В начале семнадцатого века этот ученый доказал, что Земля представляет собой крупнейший магнит. К тому же ему первому удалось разграничить электрические и магнитные явления.
При этом главным достижением семнадцатого века стало создание классической механики. Автором основных законов в этой сфере является Исаак Ньютон. При создании своей теории ученому удалось сформулировать и основную задачу физики. Она заключается в поиске наиболее общих законов природы, которые можно количественно сформулировать.
Механика Ньютона достигла больших успехов при объяснении движения небесных тел. На основе наблюдений Кеплера и Браге ученый смог сформулировать закон всемирного тяготения. При помощи этой теории удалось точно рассчитать движение Луны, комет и планет Солнечной системы. Также открытие Ньютона легло в основу объяснения приливов и отливов в океане.
В тот же период Гюйгенс и Лейбниц создали важную теорию в сфере физики – закон сохранения количества движения. Кроме того, Гюйгенс сформулировал теорию физического маятника и сконструировал часы с этим элементом, а Гук – открыл закон упругости. Еще одним важным достижением Ньютона стал теоретический вывод формулы для описания скорости звука.
Вторая половина семнадцатого века ознаменовалась стремительным развитием геометрической оптики. Эту часть физики использовали для создания телескопов и других оптических приборов. Гримальди открыл дифракцию цвета, а Ньютон провел фундаментальные исследования дисперсии. Они легли в основу оптической спектроскопии. В 1675 году Ремер сумел впервые определить скорость света.
Известные ученые-физики XVIII века
Восемнадцатый век ознаменовался продолжением развития классической механики – прежде всего, небесной. Незначительная аномалия в перемещении Урана дала ученым возможность предсказать наличие новой планеты – Нептуна. Механика Ньютона получила широкое распространение. На ее основе сформулировали единую механическую картину мира. Согласно этой теории, все качественное многообразие мира представляет собой следствие отличий в движении атомов, из которых состоят тела.
В трудах Эйлера описывалась динамика абсолютно твердого тела. Одновременно развивалась механика газов, жидкостей и деформируемых тел. В первой половине восемнадцатого века появились работы Бернулли, Эйлера, Лагранжа, в который закладывалась база гидродинамики идеальной жидкости.
В других сферах физики происходило последующее накопление экспериментальной информации, и формулировались простейшие экспериментальные законы. Так, Дюфе открыл наличие двух видов электричества и установил притяжение одноименно заряженных частиц и отталкивание разноименных.
Тогда же Франклин сформулировал закон сохранения электрического заряда. При этом Кавендиш и Кулон независимо друг от друга смогли открыть закон электростатики. В соответствии с ним удалось определять силу взаимодействия неподвижных электрических зарядов.
В оптике продолжали совершенствовать структуру объектива телескопа. Труды Бугера и Ламберта легли в основу создания новой науки – фотометрии. Также исследователям того времени удалось открыть инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.
Важные изменения в области физики произошли и в сфере исследований тепловых явлений. Ученые стали различать температуру и количество теплоты. Это случилось после того, как Блэк открыл скрытую теплоту плавления и привел экспериментальные доказательства сохранения теплоты в калориметрических опытах.
Методы преподавания дисциплины
После того как человек открыл физику и сформулировал многие законы в этой сфере, остро встал вопрос преподавания этой науки. Весомый вклад в развитие методологии внесли различные ученые.
Методы Николая Алексеевича Любимова
Николай Алексеевич Любимов сделал важный шаг в вопросах преподавания физики. В девятнадцатом веке одним из наиболее распространенных способов обучения было механическое заучивание материала. Вначале для этого использовались записи лекций, а впоследствии – краткие учебники. Неудивительно, что знания студентов в те годы были весьма поверхностными. Сам Николай Алексеевич отмечал: судя по ответам на экзаменах, человек сам не понимает, что доказывает.
Преподавательская деятельность Николая Пирогова
Того же мнения придерживался и известный русский хирург Николай Иванович Пирогов. Он высказывал идею поддержки личных качеств учителя и способов его деятельности. Ученый отмечал, что основную роль в процессе преподавания физики играет то, каким именно образом сведения будут сообщены ученикам.
Именно поэтому возникла необходимость в переходе к новому методу экспериментального преподавания. При этом во главу угла поставили не детальное изучение устройств и заучивание информации, а самостоятельное получение новых знаний на основе анализа опытов.
Труды Федора Шведова
Первым обобщающим трудом по методологии изложения физики стала работа Федора Шведова, которая появилась в 1894 году. Она получила название «Методика физики». Там рассматривалось построение учебного курса, классификация методик и их объяснение с психологической точки зрения. К тому же Шведов первым описал задачи предмета физики. Он считал, что задача методики заключается в выяснении логических основ науки, которые могли бы стать отправной точкой в выборе материала и порядка его изложения.
Эта идея была весьма прогрессивной для своего времени. Более того, она сохранила актуальность и в настоящее время. В дореволюционный период резко увеличилось количество методических изданий. Многие тренды того времени сохранились и по сей день.
Освоение науки в XX веке
Двадцатый век ознаменовался большим количеством достижений в разных сферах науки, и физика не стала исключением. Важным этапом стало открытие электрона. Томсон установил, что атомы не элементарны, а являются сложными системами, которые включают электроны.
В начале двадцатого века Лоренц сформулировал базу электронной теории. К тому же в этот период обнаружилось, что электродинамика нуждается в коренном пересмотре представлений о времени и пространстве. Пуанкаре и Лоренц сумел найти нужные преобразования, но не дали им правильной интерпретации с точки зрения физики. Это удалось сделать Эйнштейну в его теории относительности.
В конце двадцатого века наиболее интенсивно в этот период развивалась макрофизика. Это было связано с большим охватом физических объектов и максимальным числом возможных практических приложений. В эту сферу стоит включить физику атомного ядра, так как многим свойствам ядро сопоставимо с каплей жидкости.
Максимальный практический интерес лежит в поле проблем управляемого термоядерного синтеза. Решение этой проблемы в принципе помогает обеспечить энергетические потребности человечества.
Как выглядит современная физика
Развитие физики повлияло не только на естественно-научную картину мира, но и на материально-техническое обеспечение цивилизации. Тесная связь науки с другими отраслями естествознания привела к тому, что физика стала неотъемлемой частью астрономии, химии, геологии. В результате появился ряд пограничных дисциплин. В качестве примера стоит привести биофизику, астрофизику, молекулярную биологию. Физические методики исследований приобрели важное значение для всех естественных наук.
Физика представляет собой фундамент ключевых направлений техники. На ее основе появилась электротехника, радиотехника, энергетика, гидротехника. Благодаря сознательному применению законов физики техника встала на путь целенаправленного развития.
История развития физики весьма интересна. Первые представления о физических законах были сформулированы еще в древние времена. Но за время своего существования они многократно пересматривались и совершенствовались.
Сообщение появились сначала на .
Комментарии (0)