Номер 3, страница 10 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Кинематика. Параграф 1. Наука о движении тел. Темы докладов - номер 3, страница 10.

Условие.

3. История изучения движения тел.

Решение.

Изучение движения тел — одна из центральных тем в истории науки, прошедшая путь от философских рассуждений до строгих математических теорий и экспериментов. Этот путь можно разделить на несколько ключевых этапов.

Античность: Физика Аристотеля

В IV веке до н.э. древнегреческий философ Аристотель создал первую всеобъемлющую систему физики. Он разделял движение на два основных типа:

1. Естественное движение: стремление тел занять своё «естественное место». Тяжёлые тела (состоящие из элементов земли и воды) стремятся вниз, к центру Вселенной, а лёгкие (воздух и огонь) — вверх.
2. Насильственное движение: движение, вызванное внешней силой (например, толчком или тягой). Аристотель полагал, что для поддержания насильственного движения необходимо постоянное приложение силы. Как только сила прекращает действовать, тело останавливается и стремится вернуться в своё естественное состояние покоя.

Согласно Аристотелю, скорость падения тела прямо пропорциональна его весу и обратно пропорциональна сопротивлению среды. Эта теория была основана на наблюдениях, но не на строгих экспериментах, и доминировала в науке почти две тысячи лет.

Ответ: В античности доминировала физика Аристотеля, которая объясняла движение стремлением тел к своему «естественному месту» или действием постоянной внешней силы, при этом скорость падения считалась зависимой от веса.

Средние века и теория импетуса

В Средние века учёные, такие как Жан Буридан, начали сомневаться в некоторых аспектах аристотелевской механики. Главной проблемой было объяснение движения брошенных тел (например, камня или стрелы). По Аристотелю, воздух, раздвигаемый телом спереди, должен был затекать сзади и толкать его дальше, что выглядело неубедительно. В качестве альтернативы была предложена теория импетуса. Согласно этой теории, при броске телу сообщается некая движущая сила — «импетус», — которая и заставляет его двигаться дальше. Этот импетус постепенно исчерпывается из-за сопротивления воздуха и «естественной тяжести» тела, после чего оно падает на землю. Теория импетуса стала важным переходным этапом от учения Аристотеля к понятию инерции.

Ответ: В Средние века была разработана теория импетуса, согласно которой движущая сила («импетус») вкладывается в тело при броске и расходуется в процессе движения, что стало шагом к современному пониманию инерции.

Научная революция: Галилео Галилей

Итальянский учёный Галилео Галилей (1564–1642) считается отцом современной науки, поскольку он одним из первых стал систематически применять эксперимент для проверки физических гипотез. Он опроверг ключевые положения Аристотеля:

• С помощью опытов (в том числе знаменитых, хотя, возможно, и легендарных, опытов с падением шаров с Пизанской башни) он показал, что в отсутствие сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением, независимо от их массы.
• Изучая движение шаров по наклонной плоскости, он установил, что путь, проходимый телом при равноускоренном движении, пропорционален квадрату времени: $s \propto t^2$.
• Галилей сформулировал принцип инерции: если на тело не действуют никакие силы, оно либо находится в состоянии покоя, либо движется прямолинейно и равномерно. Таким образом, для поддержания движения сила не нужна; сила нужна для изменения скорости (т.е. для создания ускорения).

Работы Галилея заложили основы кинематики и динамики.

Ответ: Галилео Галилей экспериментально доказал, что все тела падают с одинаковым ускорением, и сформулировал принцип инерции, заложив основы современной механики.

Классическая механика: Исаак Ньютон

Английский учёный Исаак Ньютон (1643–1727) в своём труде «Математические начала натуральной философии» обобщил и систематизировал достижения своих предшественников, создав единую теорию движения — классическую механику. Она базируется на трёх фундаментальных законах:

1. Первый закон (закон инерции): Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
2. Второй закон (основной закон динамики): Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к нему сил и обратно пропорционально его массе: $\vec{a} = \frac{\vec{F}}{m}$ или в более известной форме $\vec{F} = m\vec{a}$.
3. Третий закон: Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению: $\vec{F}_{12} = -\vec{F}_{21}$.

Кроме того, Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения ($F = G\frac{m_1 m_2}{r^2}$), который объяснил как падение яблока на Землю, так и движение планет вокруг Солнца. Механика Ньютона была невероятно успешной и оставалась незыблемой основой физики более 200 лет.

Ответ: Исаак Ньютон создал завершённую систему классической механики, сформулировав три закона движения и закон всемирного тяготения, которые математически описывают взаимодействие и движение тел.

Современная физика: Теория относительности и квантовая механика

В начале XX века выяснилось, что классическая механика Ньютона имеет границы применимости. Она неверно описывает движение тел при скоростях, близких к скорости света, и поведение частиц в микромире.

• Теория относительности Альберта Эйнштейна изменила представления о пространстве, времени и гравитации. Специальная теория относительности (1905) описывает движение при больших скоростях, а Общая теория относительности (1915) представляет гравитацию не как силу, а как искривление пространства-времени под действием массы и энергии.
• Квантовая механика описывает движение на уровне атомов и элементарных частиц. В этом мире классические понятия траектории и скорости теряют свой определённый смысл. Движение частиц носит вероятностный характер и описывается волновой функцией, а такие принципы, как принцип неопределённости Гейзенберга, накладывают фундаментальные ограничения на точность одновременного измерения координаты и импульса частицы.

Ответ: В XX веке теория относительности Эйнштейна и квантовая механика расширили понимание движения, показав его зависимость от скорости (для релятивистских объектов) и вероятностную природу на субатомном уровне.