Контрольная работа по «Концепции современного естествознания». 2

Министерство образования  и науки Российской Федерации 
Федеральное агентство по образованию 
Уральский государственный экономический университет

Контрольная работа

по курсу  «Концепции современного естествознания»

      Выполнила:

Проверил: преподаватель _______________________

(ФИО, должность)

Новосибирск

2010

Содержание

Введение

В историю науки Галилео  Галилей вошел как выдающийся итальянский физик, механик и  астроном. Значение его научной деятельности оказалось настолько существенным, что он стал объективно одним из крупнейших ученых эпохи Возрождения. Именно с него берёт начало физика, как наука. Но сначала он хотел посвятить свою жизнь медицине, поступив в 1581 году в Пизанский университет. Но, прочитав труды Архимеда и Евклида, оставил университет и четыре года самостоятельно занимался математикой. Уже в 1582 году, наблюдая за маятниками, Галилей открыл закон изохронности – независимости периода колебаний маятника от размаха колебаний и массы груза – и выдвинул идею применения маятников в часах.

В последующие 20 лет он экспериментально и теоретически устанавливает основные начала механики.

В 1609 Галилей создаёт  свой первый телескоп и начинает систематические  астрономические наблюдения. Он открывает  горы на Луне, четыре спутника Юпитера. Галилей исследовал природу света, цвета, занимался вопросами физической оптики.

Астрономические открытия Галилея были обобщены им в вышедшем в 1632 году трактате «Диалог о двух главнейших системах мира», практическим путём подтвердившем правильность учения Коперника о гелиоцентрической  системе мира.

Цель работы – рассмотреть  выдающегося итальянского ученого  Галилео Галилея.

Задачи работы : рассмотреть  вклад Галилео Галилея в разные области науки.

1. Краткая биография Галилео Галилея

Галилей родился в 1564 году в Пизе . В 18 лет он по наставлению отца поступил в Пизанский университет изучать медицину. Будучи в университете, Галилео Галилей заинтересовался математикой и физикой. Вскоре он был вынужден покинуть университет по финансовым причинам и начал заниматься самостоятельным исследованием механики. В 1589 году Галилей вернулся в Пизанский университет по приглашению преподавать математику. Позже он перешёл в Падуанский университет, где он преподавал геометрию, механику и астрономию. В то время он начал совершать значимые научные открытия.

В 1593 году Галилео Галилей  опубликовал книгу под названием  «Механика», где описал свои наблюдения. [2]

В 1609 Галилео Галилей  самостоятельно построил свой первый телескоп с выпуклым объективом и  вогнутым окуляром. На основании наблюдений за небом Галилей сделал вывод, что гелиоцентрическая система мира, предложенная Н. Коперником, является верной. Это расходилось с буквальным прочтением Псалмов 93 и 104, а также стиха из Экклезиаста 1:5, где говорится о неподвижности Земли. Галилея вызвали в и потребовали прекратить пропаганду своих взглядов, чему он вынужден был подчиниться.

В 1632 году вышла в свет книга «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и  коперниковой». Книга написана в  форме диалога между двумя  сторонниками Коперника и одним  приверженцем Аристотеля и Птолемея. Несмотря на то, что издание книги было разрешено папой Урбаном VIII, другом Галилея, через несколько месяцев продажу книги запретили, а Галилея вызвали в Рим на суд, куда он прибыл в феврале 1633 года. Следствие тянулось с 21 апреля по 21 июня 1633 года, а 22 июня Галилею пришлось произнести предложенный ему текст отречения. В последние годы жизни ему пришлось работать в тяжелейших условиях. На своей вилле Арчертри (Флоренция) он находился под домашним арестом (под постоянным надзором инквизиции) и ему не дозволялось посещение города (Рима).

Галилео Галилей умер 8 января 1642 года, похоронили его в  Арчертри, без почестей и надгробия.

2. Философия и научный метод

Хотя в древней Греции были замечательные инженеры (Архимед, Герон и другие), сама идея экспериментального метода познания, который должен дополнять и подтверждать дедуктивно-умозрительные построения, была чужда аристократическому духу античной физики. В Европе ещё в XIII веке Роберт Гроссетест и Роджер Бэкон призвали к созданию экспериментальной науки, которая на математическом языке сможет описать природные явления, однако до Галилея в реализации этой идеи не было существенного продвижения: научные методы мало отличались от теологических, и ответы на научные вопросы по-прежнему искали в книгах древних авторитетов. Научная революция в физике начинается с Галилея.

В отношении философии  природы Галилей был убеждённым рационалистом. Он считал, что законы природы постижимы для человеческого  разума. [7, с. 87]

Античные и средневековые философы предлагали для объяснения явлений природы разнообразные «метафизические сущности» (субстанции), которым приписывались надуманные свойства. Галилея такой подход не устраивал.

Галилей считается одним  из основателей механицизма. Этот научный подход рассматривает Вселенную как гигантский механизм, а сложные природные процессы — как комбинации простейших причин, главная из которых — механическое движение. Анализ механического движения лежит в основе работ Галилея.

Для проектирования эксперимента и для осмысления его результатов нужна некоторая предварительная теоретическая модель исследуемого явления, и основой её Галилей считал математику, выводы которой он рассматривал как самое достоверное знание: книга природы «написана на языке математики»; «Тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не является.»

Опыт Галилей рассматривал не как  простое наблюдение, а как осмысленный  и продуманный вопрос, заданный природе. Он допускал и мысленные эксперименты, если их результаты не вызывают сомнений. При этом он ясно представлял, что сам по себе опыт не даёт достоверного знания, и полученный от природы ответ должен подвергнуться анализу, результат которого может привести к переделке исходной модели или даже к замене её на другую. Таким образом, эффективный путь познания, по мнению Галилея, состоит в сочетании синтетического (в его терминологии, композитивный метод) и аналитического (резолютивный метод), чувственного и абстрактного. Эта позиция, поддержанная Декартом, с этого момента утвердилась в науке. Тем самым наука получила свой метод, собственный критерий истины и светский характер.

3. Механика

Физика и механика в те годы изучались  по сочинениям Аристотеля, которые содержали метафизические рассуждения о «первопричинах» природных процессов.

Находясь в Падуанском университете, Галилей изучал инерцию и свободное  падение тел. В частности, он заметил, что ускорение свободного падения  не зависит от веса тела, таким образом опровергнув первое утверждение Аристотеля. [8, с. 52]

В своей последней книге Галилей  сформулировал правильные законы падения: скорость нарастает пропорционально  времени, а путь — пропорционально квадрату времени. В соответствии со своим научным методом он тут же привёл опытные данные, подтверждающие открытые им законы. Более того, Галилей рассмотрел (в 4-й день «Бесед») и обобщённую задачу: исследовать поведение падающего тела с ненулевой горизонтальной начальной скоростью. Он совершенно правильно предположил, что полёт такого тела будет представлять собой суперпозицию (наложение) двух «простых движений»: равномерного горизонтального движения по инерции и равноускоренного вертикального падения. Галилей доказал, что указанное, а также любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе. В истории науки это первая решённая задача динамики. В заключение исследования Галилей доказал, что максимальная дальность полёта брошенного тела достигается для угла броска 45° (ранее это предположение высказал Тарталья, который, однако, не смог его строго обосновать). На основе своей модели Галилей (ещё в Венеции) составил первые артиллерийские таблицы.

Галилей опроверг и второй из приведённых  законов Аристотеля, сформулировав  первый закон механики (закон инерции): при отсутствии внешних сил тело либо покоится, либо равномерно движется. То, что мы называем инерцией, Галилей поэтически назвал «неистребимо запечатлённое движение». Правда, он допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). Правильную формулировку закона позднее дали Декарт и Ньютон; тем не менее общепризнанно, что само понятие «движение по инерции» впервые введено Галилеем, и первый закон механики по справедливости носит его имя.

Галилей является одним из основоположников принципа относительности в классической механике, который также был позже  назван в его честь. В «Диалоге о двух системах мира» Галилей  сформулировал принцип относительности  следующим образом: «Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.»

Эти открытия Галилея, кроме всего  прочего, позволили ему опровергнуть многие доводы противников гелиоцентрической системы мира, утверждавших, что вращение Земли заметно сказалось бы на явлениях, происходящих на её поверхности. Например, по мнению геоцентристов, поверхность вращающейся Земли за время падения любого тела уходила бы из-под этого тела, смещаясь на десятки или даже сотни метров.

Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что  период колебаний не зависит от их амплитуды (это приблизительно верно  для малых амплитуд). Он также обнаружил, что периоды колебаний маятника соотносятся как квадратные корни из его длины. Результаты Галилея привлекли внимание Гюйгенса, который изобрёл часы с маятниковым регулятором (1657); с этого момента появилась возможность точных измерений в экспериментальной физике.

Многие рассуждения  Галилея представляют собой наброски открытых много позднее физических законов. Например, в «Диалоге» он сообщает, что вертикальная скорость шара, катящегося по поверхности сложного рельефа, зависит только от его текущей высоты, и иллюстрирует этот факт несколькими мысленными экспериментами; сейчас мы бы сформулировали этот вывод как закон сохранения энергии в поле тяжести. Аналогично он объясняет (теоретически незатухающие) качания маятника.

В статике Галилей  ввёл фундаментальное понятие момента силы .

4. Астрономия

В 1609 году Галилей самостоятельно построил свой первый телескоп с выпуклым объективом и вогнутым окуляром. Труба  давала приблизительно трёхкратное  увеличение. Вскоре ему удалось построить  телескоп, дающий увеличение в 32 раза. Отметим, что термин телескоп ввёл в науку именно Галилей (сам термин предложил ему Федерико Чези, основатель «Академии деи Линчеи»). Ряд телескопических открытий Галилея способствовали утверждению гелиоцентрической системы мира, которую Галилей активно пропагандировал, и опровержению взглядов геоцентристов Аристотеля и Птолемея. [3, с. 54]

Первые телескопические  наблюдения небесных тел Галилей  провёл 7 января 1610 года. Эти наблюдения показали, что Луна, подобно Земле, имеет сложный рельеф — покрыта  горами и кратерами. Известный с древних времен пепельный свет Луны Галилей объяснил как результат попадания на наш естественный спутник солнечного света, отражённого Землёй. Всё это опровергало учение Аристотеля о противоположности «земного» и «небесного»: Земля стала телом принципиально той же природы, что и небесные светила, а это, в свою очередь, служило косвенным доводом в пользу системы Коперника: если другие планеты движутся, то естественно предположить, что движется и Земля. Галилей обнаружил также либрацию Луны и довольно точно оценил высоту лунных гор.

У Юпитера обнаружились собственные луны — четыре спутника. Тем самым Галилей опроверг один из доводов противников гелиоцентризма: Земля не может вращаться вокруг Солнца, поскольку вокруг неё самой  вращается Луна. Ведь Юпитер заведомо должен был вращаться либо вокруг Земли (как в геоцентрической системе), либо вокруг Солнца (как в гелиоцентрической). Полтора года наблюдений позволили Галилею оценить период обращения этих спутников (1612), хотя приемлемая точность оценки была достигнута только в эпоху Ньютона. Галилей предложил использовать наблюдения затмений спутников Юпитера для решения важнейшей проблемы определения долготы на море.Сам он не смог разработать реализацию подобного подхода, хотя работал над ней до конца жизни; первым успеха добился Кассини (1681), однако из-за трудностей наблюдений на море метод Галилея применялся в основном сухопутными экспедициями, а после изобретения морского хронометра (середина XVIII века) проблема была закрыта.

Галилей открыл также (независимо от Иоганна Фабрициуса и Хэрриота) солнечные пятна. Существование пятен и их постоянная изменчивость опровергали тезис Аристотеля о совершенстве небес (в отличие от «подлунного мира»). По результатам их наблюдений Галилей сделал вывод, что Солнце вращается вокруг своей оси, оценил период этого вращения и положение оси Солнца.

Галилей установил, что  Венера меняет фазы. С одной стороны, это доказывало, что она светит отражённым светом Солнца (насчёт чего в астрономии предшествующего периода  не было ясности). С другой стороны, порядок смены фаз соответствовал гелиоцентрической системе: в теории Птолемея Венера как «нижняя» планета была всегда ближе к Земле, чем Солнце, и «полновенерие» было невозможно.

Галилей отметил также  странные «придатки» у Сатурна, но открытию кольца помешали слабость телескопа и поворот кольца, скрывший его от земного наблюдателя. Полвека спустя кольцо Сатурна открыл и описал Гюйгенс, в распоряжении которого был 92-кратный телескоп. [3, с. 78]

Галилей показал, что  при наблюдении в телескоп планеты видны как диски, видимые размеры которых в различных конфигурациях меняются в таком соотношении, какое следует из теории Коперника. Однако диаметр звёзд при наблюдениях с телескопом не увеличивается. Это опровергало оценки видимого и реального размера звезд, которые использовались некоторыми астрономами как аргумент против гелиоцентрической системы.

Млечный путь, который  невооружённым глазом выглядит как  сплошное сияние, распался на отдельные  звёзды (что подтвердило догадку  Демокрита), и стало видно громадное количество неизвестных ранее звёзд.

В «Диалоге о двух системах мира» Галилей подробно обосновал (устами персонажа Сальвиати), почему он предпочитает систему Коперника, а не Птолемея. Венера и Меркурий никогда не оказываются в противостоянии, то есть в стороне неба, противоположной Солнцу. Это означает, что они вращаются вокруг Солнца, и их орбита проходит между Солнцем и Землёй.

У Марса противостояния бывают. Кроме того, Галилей не выявил у Марса фаз, заметно отличных от полной освещённости видимого диска. Отсюда и из анализа изменений яркости при движении Марса Галилей сделал вывод, что эта планета тоже вращается вокруг Солнца, но в данном случае Земля находится внутри её орбиты. Аналогичные выводы он сделал для Юпитера и Сатурна.

Таким образом, осталось выбрать между двумя системами мира: Солнце (с планетами) вращается вокруг Земли или Земля вращается вокруг Солнца. Наблюдаемая картина движений планет в обоих случаях одна и та же, это гарантирует принцип относительности, сформулированный самим Галилеем. Поэтому для выбора нужны дополнительные доводы, в числе которых Галилей приводит бо́льшую простоту и естественность модели Коперника. Будучи пламенным сторонником Коперника, Галилей, однако, отверг систему Кеплера с эллиптическими орбитами планет.

Галилей разъяснил, отчего земная ось не поворачивается при обращении Земли вокруг Солнца; для объяснения этого явления Коперник ввёл специальное «третье движение» Земли. Галилей показал на опыте, что ось свободно движущегося волчка сохраняет своё направление сама собой.

Вместе с тем, Галилей  сделал серьёзную ошибку, полагая, что  явление приливов доказывает вращение Земли вокруг оси. Впрочем, он приводит и другие серьёзные аргументы в пользу суточного вращения Земли:

Трудно согласиться  с тем, что вся Вселенная совершает суточный оборот вокруг Земли (особенно учитывая колоссальные расстояния до звёзд); более естественно объяснить наблюдаемую картину вращением одной Земли. Синхронное участие планет в суточном вращении нарушало бы также наблюдаемую закономерность, согласно которой, чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется. Даже у огромного Солнца обнаружено осевое вращение. Галилей описывает здесь же мысленный эксперимент, который мог бы доказать вращение Земли: пушечный снаряд или падающее тело за время падения немного отклоняются от вертикали; однако приведенный им расчёт показывает, что это отклонение ничтожно. Он сделал верное замечание, что вращение Земли должно влиять на динамику ветров. Все эти эффекты были обнаружены много позже.

5. Математика и другие достижения

К теории вероятности  относится его исследование об исходах  при бросании игральных костей. В  его «Рассуждении об игре в кости» («Considerazione sopra il giuoco dei dadi», время написания  неизвестно, опубликовано в 1718 году) проведён довольно полный анализ этой задачи.

В «Беседах о двух новых  науках» он сформулировал «парадокс  Галилея»: натуральных чисел столько  же, сколько их квадратов, хотя бо́льшая часть чисел не являются квадратами. Это подтолкнуло в дальнейшем к исследованию природы бесконечных множеств и их классификации; завершился процесс созданием теории множеств.

Галилей изобрёл: [6]

Гидростатические весы для определения удельного веса твёрдых тел. Галилей описал их конструкцию  в трактате «La bilancetta» (1586).

Первый термометр, ещё без шкалы (1592).

Пропорциональный циркуль, используемый в чертёжном деле (1606).

Микроскоп, плохого качества (1612); с его помощью Галилей изучал насекомых.

Занимался также оптикой, акустикой, теорией цвета и магнетизма, гидростатикой, сопротивлением материалов, проблемами фортификации. Провёл эксперимент по измерению скорости света, которую считал конечной (без успеха). Он первым опытным путём измерил плотность воздуха, которую Аристотель считал равной 1/10 плотности воды; эксперимент Галилея дал значение 1/400, что намного ближе к истинному значению (около 1/770).Ясно сформулировал закон неуничтожимости вещества.

                                           Заключение

Галилео Галилей (итал. Galileo Galilei; 15 февраля 1564 — 8 января 1642) — итальянский философ, физик и астроном, оказавший значительное влияние на науку своего времени. Галилей в основном известен своими наблюдениями планет и звёзд, активной поддержкой гелиоцентрической системы мира и экспериментами по механике.

Оказал значительное влияние на развитие научной мысли. Именно от него берет начало физика как наука. Галилео Галилею человечество обязано двумя принципами механики, сыгравшими большую роль в развитии не только механики, но и всей физики.

Галилей установил закон  инерции (1609), законы свободного падения, движения тела по наклонной плоскости (1604-1609) и тела, брошенного под углом к горизонту, открыл закон сложения движений и закон постоянного периода колебаний маятника (явление изохронизма колебаний, 1583). От Галилея ведет свое начало динамика.

В июле 1609 Галилео Галилей  построил свою первую подзорную трубу - оптическую систему, состоящую из выпуклой и вогнутой линз, - и начал  систематические астрономические  наблюдения.

Астрономические открытия Галилея сыграли огромную роль в  развитии научного мировоззрения, они со всей очевидностью убеждали в правильности учения Коперника, ошибочности системы Аристотеля и Птолемея, способствовали победе и утверждению гелиоцентрической системы мира.

Галилео Галилей изобрел  термоскоп, являющийся прообразом термометра, сконструировал (1586) гидростатические весы для определения удельного веса твердых тел, определил удельный вес воздуха. Выдвинул идею применения маятника в часах. Физические исследования посвящены также гидростатике, прочности материалов и т.п.

Список литературы

1. Библер В. С. Кант — Галилей — Кант: Разум Нового времени в поисках самообоснования. — М.: Мысль, 1991.
2. Биография Галилео Галилея // http://www.c-cafe.ru/
3. Великие астрономы – астрологи: Галилео Галилей//http://yandex.ru/yandsearch
4. Галилео Галилей - Астрономия и Космос// http://yandex.ru/
5. Кирсанов В. С. Научная революция XVII века. — М.: Наука, 1987.
6. Кто такой Галилео Галилей? //www.genon.ru
7. Хеллман, Хал. Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов - Глава 1. Урбан VIII против Галилея: Неравная схватка. = Great Feuds in Science: Ten of the Liveliest Disputes Ever. — М.: «Диалектика», 2007. — 320 с.
8. Что открыл Галилео Галилей?// http://shkolazhizni.ru/
9. Шмутцер Э., Шютц В. Галилео Галилей. — М.: Мир, 1987. — 140 с.
10. Штекли, А. Галилей. — М.: Молодая гвардия, 1972. — 383 с. — (Жизнь замечательных людей).