В этой статье расскажу про 18 век, переломный в истории физики, так как именно тогда теоретическая физика начала дружить с экспериментальной.
Прошлая статья вот тут.
Немного о физике 18 века в целом
Главным достижением техники 18 века стало полноценное введение паровой машины в производство , вызвавшее перестройку многих промышленных технологий и появление новых средств производства. В связи с быстрым развитием металлургии, машинной и военной промышленности интерес к физике растёт. Начинается выпуск не только сводных, но и специализированных научных журналов, количество и тиражи научных изданий показывают постоянный рост. Повысился престиж науки, лекции видных учёных привлекают толпы любознательного народа.
Физики-экспериментаторы в этот период уже располагали множеством измерительных инструментов приемлемой точности и средствами изготовления недостающих приборов. Смысл термина «физика» сузился. Из сферы этой науки были выделены астрономия, геология, минералогия, техническая механика, физиология. Во второй половине века начинается интенсивное изучение электричества и магнетизма. В рамках ньютоновской системы мира с большим успехом формируется новая небесная механика. Характерной особенностью физики XVIII века является тот факт, что все разделы физики, а также химии и астрономии, развивались независимо, попытка Декарта создать единую целостную систему знаний была признана неудачной и на время оставлена. Однако носителями природных сил по-прежнему считались декартовские «тонкие материи» — невидимые, невесомые и всепроникающие (теплород, электрическая и магнитная жидкости).
Первоначально теоретическая и прикладная физика развивались в значительной степени независимо — например, в изобретении очков не участвовали теоретики-оптики. С XVIII века взаимодействие теории с практикой начинает становиться более интенсивным, хотя в разных разделах физики ситуация разная — в более развитых разделах взаимодействие более заметно. Например, термодинамика делала только первые шаги, и паровая машина была построена без помощи теоретиков, а вот развитие оптического приборостроения в XVIII веке уже существенно опирается на хорошо развитую теорию.
Механика
Вопрос о том, какая величина (импульс или «живая сила»( речь о кинетической энергии)) сохраняется при движении, вызвал горячие споры, продолжавшиеся до середины XVIII века, когда де Меран и д’Аламбер обосновали как закон сохранения импульса, так и закон сохранения энергии. В 1746 году Эйлер и Даниил Бернулли (независимо) обнаружили новый фундаментальный закон механики: закон сохранения момента импульса. Мопертюи и Эйлер ввели в научный обиход понятие действия и основанный на нём исключительно плодотворный вариационный принцип. С конца XIX века становится ясно, что вариационный принцип наименьшего действия выходит далеко за рамки механики, он фундаментален и пронизывает всю физику.
Вторую после Декарта попытку охватить единой механической теорией все законы природы предпринял рагузский учёный Руджер Бошкович в монографии «Теория натуральной философии, сведенная к единому закону сил, существующих в природе» (1759). Несмотря на общую метафизичность, работы Бошковича, отличавшиеся идейным богатством, в XIX веке оказали большое влияние на развитие физики, в частности, на формирование у Фарадея концепции физического поля.
Электричество и магнетизм
Первый существенный вклад в электростатику сделал Стивен Грей, исследовавший передачу электричества от одного тела к другому. Проведя серию опытов, он открыл электростатическую индукцию и заодно доказал, что электрические заряды располагаются на поверхности электризуемого тела. В 1734 году французский учёный Шарль Франсуа Дюфе показал, что существуют два вида электричества: положительное и отрицательное . Дюфе также впервые высказал предположение об электрической природе грома и молнии и о том, что электричество играет скрытую, но значительную роль в физических процессах. Из-за скудной опытной базы никаких серьёзных теорий о сущности электричества в этот период не появилось.
Перелом наступил в 1745 году, когда был изобретён более мощный источник электричества — лейденская банка(первый электрический конденсатор). Параллельное соединение этих конденсаторов давало кратковременный, но достаточно сильный электрический ток. Наиболее глубокие исследования выполнил американский политик и физик-любитель Бенджамин Франклин; его книга «Опыты и наблюдения над электричеством» произвела сенсацию и была переведена на многие европейские языки. Франклин убедительно доказал гипотезу Дюфе об электрической природе молнии и объяснил, как защититься от неё с помощью изобретённого им громоотвода. Он стал первым, кто сумел превратить электричество в механическое движение, правда, весьма кратковременное (на период разряда лейденской банки). Франклин предположил (1749 год, когда даже родителей Максвелла в планах не было ), что существует какая-то связь электричества с магнетизмом, так как был зарегистрирован случай, когда молния поменяла полюса магнита.
Франклин предложил и первую теорию: электричество, по его мнению, есть особая субстанция из мельчайших частиц, подобная жидкости («флюид»). Она притягивается к обычному веществу и может входить внутрь его, но отталкивается сама от себя.
Конец века ознаменовался двумя этапными событиями в истории электричества. В 1785 году появился первый из мемуаров Кулона, в них был описан и обоснован точными опытами закон Кулона, и его сходство с законом всемирного тяготения позволило в короткий срок (к 1828 году) завершить математические основы электростатики, применив в ней ранее разработанные аналитические методы. В 1791 году итальянский врач Луиджи Гальвани опубликовал трактат об открытом им «животном электричестве»: лапка лягушки, подвешенная латунным крючком к железной решётке, самопроизвольно подёргивалась. Итальянский физик Алессандро Вольта вскоре обнаружил, что лягушка в этом опыте служит только индикатором тока, а фактическим источником является контакт двух разнородных металлов в электролите. Проведя ряд опытов, Вольта сконструировал в 1800 году мощный источник постоянного тока — «вольтов столб», первую электрическую батарею. С его помощью были сделаны решающие открытия электромагнитных свойств в следующем, XIX веке.
В деле изучения магнетизма прогресс был менее заметен. Появились несколько феноменологических теорий, претендовавших на объяснение свойств магнитов. Эйлер в 1744 году опубликовал свою теорию магнетизма, предположив, что он вызван некой «магнитной жидкостью», струящейся в магните и железе через особые «магнитные поры». Аналогичная жидкость фигурировала в альтернативной теории Франклина и Эпинуса. Последний, однако, считал эту жидкость общим носителем электричества и магнетизма. Кулон присоединился к Эпинусу и отверг теории, в которых участвует «поток магнитной жидкости», поскольку он не может объяснить стабильность направления стрелки компаса. Он предположил, что притяжение и отталкивание магнитов вызвано силой, подобной ньютоновскому тяготению.
Теплота
В существование теплорода, носителя теплоты, верили многие физики, начиная с Галилея; однако другой лагерь, в который входили Роберт Бойль, Роберт Гук, Даниил Бернулли, Леонард Эйлер и М. В. Ломоносов, придерживался молекулярно-кинетической гипотезы: тепло есть движение внутренних микрочастиц. Обе гипотезы носили качественный характер, и это не позволяло осуществить их сравнение и проверку (спор был решен только в следующем веке). Некоторые учёные считали, что тепло, электричество и магнетизм представляют собой видоизменения одной и той же эфирной материи. Истинную природу процесса горения как реакции окисления раскрыл только Лавуазье в 1780-е годы.
В начале века немецкий физик Габриель Фаренгейт изобрёл термометр и предложил шкалу Фаренгейта. До конца века появились и другие варианты температурной шкалы: Реомюра (1730 год), Цельсия (1742 год) и другие. С этого момента открывается возможность точного измерения количества тепла. Бенджамин Томпсон (граф Румфорд) в ряде тонких опытов показал, что нагрев или охлаждение тел не влияет на их вес. Он также обратил внимание на значительный нагрев при сверлении металла; сторонники теплорода объясняли этот эффект повышением плотности теплорода в детали при отделении от неё стружек, однако Румфорд показал, что теплоёмкость стружек такая же, как у заготовки. Тем не менее гипотеза теплорода сохранила многочисленных сторонников даже в начале XIX века.
Фаренгейт исследовал проблему: какая температура установится в результате смешения двух порций неодинаково нагретой воды. Он предполагал, что температура смеси будет средним арифметическим из температур компонентов, но опыты опровергли это предположение. Хотя этим вопросом занимались многие физики, проблема оставалась нерешённой до создания в конце века теории теплоёмкости и ясного осознания, что температура и теплота — не одно и то же. Окончательным аргументом в пользу такого заключения стали опыты Джозефа Блэка, обнаружившего (1757), что плавление и парообразование, не изменяя температуры, требуют значительной дополнительной теплоты. В 1772 году Йохан Вильке ввёл единицу измерения тепла — калорию.
В остальном, крупных и значимых продвижений в 18 веке не было, поэтому идем дальше..
Продолжение ожидайте в следующей статье.
Из других важных открытий XVII века следует назвать закон Гука (1678), связывающий растяжение упругого тела с приложенной силой.
Если вдруг понравилась статья, то ставьте лайки и подписывайтесь на канал, дабы не пропустить новые публикации.
#образование #наука #наука и образование
#физик #физика #физика и механика
#история физики #история
#научпоп #интересный научпоп