Номер 9, страница 211 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Вопросы. Параграф 2.14. Примеры решения задач. Глава 2. Законы механики Ньютона. Динамика - номер 9, страница 211.

Условие.

9. Подготовьте доклад «Какие задачи решали Аристотель, Галилей и Ньютон?».

Решение.

Аристотель (384–322 гг. до н. э.)

Аристотель был одним из величайших мыслителей древности, чьи труды охватывали практически все области знаний: от логики и метафизики до биологии и физики. Задачи, которые он решал, носили в основном качественный, описательный характер и были направлены на создание всеобъемлющей системы, объясняющей устройство мира. В области физики и космологии он решал следующие ключевые задачи:

1. Задача объяснения движения. Аристотель пытался ответить на вопрос, почему тела движутся. Он разделил все движения на два типа: «естественное» и «насильственное». Естественное движение — это стремление тел занять своё «природное» место: тяжёлые элементы (земля, вода) стремятся вниз, к центру Вселенной, а лёгкие (воздух, огонь) — вверх. Насильственное движение происходит под действием внешней силы. Аристотель ошибочно полагал, что для поддержания такого движения необходимо постоянное приложение силы, и что скорость тела прямо пропорциональна приложенной силе.

2. Задача описания строения Вселенной. Аристотель разработал геоцентрическую модель мира, которая доминировала в науке почти два тысячелетия. В центре этой модели находилась неподвижная Земля, а вокруг неё по идеальным круговым орбитам (вложенным в кристаллические сферы) двигались Луна, Солнце, планеты и звёзды.

3. Задача объяснения свободного падения. На основе наблюдений и логических умозаключений Аристотель пришёл к выводу, что скорость падения тела пропорциональна его весу. То есть, по его мнению, более тяжёлое тело должно падать быстрее, чем лёгкое. Это утверждение казалось очевидным (например, камень падает быстрее пера), но не учитывало сопротивление воздуха.

4. Задача классификации природы. Аристотель был выдающимся биологом. Он решал задачу систематизации живых организмов, описав более 500 видов животных и заложив основы зоологии и сравнительной анатомии.

Ответ: Аристотель решал фундаментальные задачи по объяснению устройства мира. Он стремился понять причины движения (разделив его на естественное и насильственное), описать космологическую модель Вселенной (геоцентрическую), объяснить падение тел (связывая скорость с весом), а также систематизировать знания о живой природе.

Галилео Галилей (1564–1642 гг.)

Галилей считается одним из основателей современной науки, поскольку он одним из первых начал систематически применять эксперимент для проверки теоретических гипотез. Его главной задачей было опровержение умозрительной физики Аристотеля и построение новой механики, основанной на опыте и математических расчётах.

1. Задача изучения законов падения тел. В отличие от Аристотеля, Галилей поставил эксперименты для изучения движения. Используя наклонные плоскости для «замедления» падения и маятники, он установил, что в отсутствие сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением, независимо от их массы. Он математически описал равноускоренное движение, показав, что пройденный путь пропорционален квадрату времени ($s \propto t^2$).

2. Задача формулировки принципа инерции. Галилей опроверг идею Аристотеля о том, что для движения нужна сила. Он пришёл к выводу, что тело, на которое не действуют внешние силы, либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно. Этот принцип — принцип инерции — стал первым камнем в фундаменте классической механики.

3. Задача доказательства гелиоцентрической системы. Галилей был одним из первых, кто использовал телескоп для астрономических наблюдений. Его открытия стали мощными аргументами в пользу гелиоцентрической системы Коперника. Он обнаружил горы и кратеры на Луне (что разрушало идею об идеальных небесных телах), открыл четыре спутника Юпитера (доказав, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли), наблюдал фазы Венеры, которые были возможны только в случае её вращения вокруг Солнца, и видел пятна на Солнце.

4. Задача описания движения брошенных тел. Галилей показал, что траектория тела, брошенного под углом к горизонту (например, пушечного ядра), является параболой. Он понял, что это движение является результатом сложения двух независимых движений: равномерного по горизонтали (по инерции) и равноускоренного по вертикали (под действием силы тяжести).

Ответ: Галилей решал задачи по экспериментальной проверке и опровержению физики Аристотеля. Он исследовал законы падения тел (установив, что ускорение не зависит от массы), сформулировал принцип инерции, с помощью телескопических наблюдений доказывал гелиоцентрическую систему мира и математически описал движение снарядов.

Исаак Ньютон (1643–1727 гг.)

Ньютон завершил научную революцию, начатую Коперником и Галилеем. Его главной задачей было создание единой и всеобъемлющей математической системы, которая бы описывала движение всех тел во Вселенной — от падающего яблока до планет. Его труд «Математические начала натуральной философии» стал фундаментом для всей классической физики.

1. Задача формулировки общих законов движения. Ньютон обобщил идеи Галилея и других предшественников и сформулировал три фундаментальных закона механики:
• Первый закон (закон инерции): Тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действуют другие тела.
• Второй закон: Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к нему сил и обратно пропорционально его массе ($ \vec{F} = m\vec{a} $). Этот закон дал точный способ расчёта движения под действием сил.
• Третий закон: Силы взаимодействия двух тел равны по модулю и противоположны по направлению ($ \vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21} $).

2. Задача объяснения природы тяготения. Ньютон решил одну из величайших загадок своего времени: какая сила удерживает планеты на их орбитах? Он предположил, что та же самая сила, которая заставляет яблоко падать на Землю, управляет и движением Луны и планет. Он сформулировал закон всемирного тяготения, согласно которому любые два тела притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: $ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $. Этот закон объединил земную и небесную механику.

3. Задача исследования природы света. В области оптики Ньютон провёл знаменитые опыты с призмами, показав, что белый солнечный свет состоит из спектра различных цветов. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), который был лишён хроматической аберрации, свойственной линзовым телескопам того времени.

4. Задача создания нового математического аппарата. Для того чтобы решать задачи механики, связанные с непрерывно меняющимися величинами (скоростью, ускорением), Ньютон (одновременно с Г. Лейбницем) разработал дифференциальное и интегральное исчисление — мощнейший инструмент математического анализа.

Ответ: Ньютон решал задачу создания единой математической теории, описывающей движение всех тел во Вселенной. Он сформулировал три фундаментальных закона механики, открыл закон всемирного тяготения ($F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$), объяснивший и падение тел на Землю, и движение планет. Также он исследовал природу света и цвета и создал математический аппарат (дифференциальное и интегральное исчисление) для решения физических задач.