Физические исследования XVIII столетия

Иван Новиков

(Ф: инф. проц. и сист.)

Развитие механики

Изучение тепловых явлений

Появление фотометрии

Теория электрический явлений

Физика XVIII века

2

I Развитие механики

Работы Эйлера и Лагранжа

3

Наследство XVII века

Исаак Ньютон:

«Математические начала

натуральной философии»

Всемирное тяготение

Три закона движения

4

Переход к аналитической механике

Геометрический подход Аналитический подход

5

Труды Эйлера

6

Леонард Эйлер

Швейцарский, немецкий и

российский математик и

механик, внёсший

фундаментальный вклад

в развитие этих наук

(а также физики,

астрономии и ряда

прикладных наук)

1707— 1783 7

Наука о равновесии:

Механика Статика

Наука о движении:

Механика!

Понятие механики

8

«Механика, изложенная аналитически»

Ньютон

Изменение количества

движения пропорционально

приложенной движущей

силе и происходит по

направлению той прямой, по

которой эта сила

действует.

Эйлер

9

Естественные уравнения

Репер Френе:

N – нормаль

T – тангент

B – бинормаль

10

Вращательное движение

11

Главные оси инерции

12

Углы Эйлера

Задают любую ориентацию

в пространстве

Порядок поворотов важен!

13

Уравнения гидродинамики

14

Работы Лагранжа

15

Жозеф Луи Лагранж

Французский математик,

астроном и механик

итальянского происхождения.

Внёс грандиозный вклад в

развитие анализа, теории

чисел, теорию вероятностей и

численные методы, создал

вариационное исчисление.

1736 — 1813 16

“Mécanique analytique”

Статика

Динамика

Исторический обзор

17 1788, Paris

Если какая-либо система любого числа тел или точек, на

каждую из которых действуют любые силы, находится в

равновесии и если этой системе сообщить любое малое

движение, в результате которого каждая точка пройдёт

бесконечно малый путь, то сумма сил, помноженных

каждая соответственно на путь, проходимый по

направлению силы точкой, к которой она приложена,

будет всегда равна нулю, если малые пути, проходимые

в направлении сил, считать положительными, а

проходимые в противоположном направлении считать

отрицательными

Принцип возможных перемещений

18

Ai

Герон, Ферма – свет движется по пути

наименьшего времени

Бернулли – задача о брахистохроне

Мопертюи – наименьшее количество

действия, ~ v и ~ s

Эйлер – применение к статике

Лагранж – обобщение в виде

вариационного принципа

Якоби – современная формулировка

Принцип наименьшего действия

19

Применив его, Лагранж получает общую формулу

А из неё выводит законы и уравнения движения

Принцип наименьшего действия

20

Ранняя формулировка закона сохранения энергии,

при том, что понятий работа и энергия ещё не было

Принцип сохранения живых сил

21

Вывод из принципа наименьшего действия

Уравнения движения

Лагранжевой механики

22

Введение обобщённых координат

Выделение функций T и V, которые сейчас

называются кинетической и потенциальной

энергией

Если ввести L = T – V, то уравнения

примут современный вид:

Уравнения движения

Лагранжевой механики

23

II Изучение тепловых

явлений

Появление термометров

Создание калориметрии

Теория теплорода

Кинетическая теория теплоты

24

XVIII век

Механика

Зрелая, вполне

определившаяся наука

Развитый теоретический

и мат. аппарат

Наука о теплоте

Только первые шаги

Успехи в экспериментах,

но не в теории

25

Появление термометров

26

Термоскоп Галилея

Спиртовой термоскоп

Торричелли

Что уже было

27

Общепринятой шкалы

Чего пока не было

28

Гийом Амонтон

1663 — 1705

29

Газовый термометр,

основанный на упругости,

а не тепловом расширении

Концепция абсолютного

нуля

Габриэль Фаренгейт

1686 — 1736

30

Спиртовые и ртутные термометры

современного вида

Шкала Фаренгейта (1724)

0 – t смеси воды, льда и нашатыря

96 – нормальная t тела

32 – таяние льда

До сих пор применяется в США

Рене Реомюр

1683 — 1757

31

Использовал спиртовые

термометры

Шкала Реомюра (1730):

0 – замерзание воды

80 – кипение воды

Андерс Цельсий

1701 — 1744

32

Тщательная проверка постоянства

температурных точек

Шкала Цельсия (1742):

100 – замерзание воды

0 – кипение воды при

заданном давлении

Линней и/или Штремер

перевернули шкалу

Жозеф Делиль

1688 — 1768

33

Meanwhile, in Russia…

Шкала Делиля (1730):

150 – замерзание воды

0 – кипение воды

Применялась в XVIII веке в

России (Ломоносов перевернул)

Больше шкал, хороших и разных!

34

Создание калориметрии

35

Георг Вильгельм Рихман

1711 — 1753

36

Задача о температуре смеси (1750)

Понимание потерь тепла:

нагрев сосуда и термометра;

рассеяние в окружающую среду

Лавуазье и Лаплас использовали для измерения

теплоёмкостей тел

Ледяной калориметр

37

Джозеф Блэк

1728 — 1799

38

Чётко разграничивал температуру и

количество теплоты

Пришёл к понятию скрытой теплоты

плавления и испарения

Первым ввёл термин теплоёмкость

– основы калориметрии

Теория теплорода и

кинетическая теория

39

Невесомая невидимая жидкость,

перетекающая от нагретого тела к

холодному

Хорошо согласовывается с

калориметрическими формулами

Поддерживалась большинством в

XVIII веке ← в том числе Блэком

Теплород

40

Михаил Ломоносов

1711 — 1765

41

Гипотеза: теплота – это форма движения

нечувствительных частиц

Движение – вращательное (не угадал)

Зато верные следствия:

Ускорение движения = увеличение теплоты

Высокая температура = быстрое движение

Тепло переходит от горячего к холодному

за счёт столкновений частиц

Почти второе начало термодинамики!

Сохранение тепла

Абсолютный нуль

Идея теплового излучения

Идеи Ломоносова, Бернулли, … о кинетической

природе тепла не были приняты современниками

Идея теплорода не только воцарилась в

термодинамике, но и была расширена добавлением

других невесомых жидкостей: световых,

электрических, магнитных….

Хоть эта концепция была и неверна, но она была в то

время ближе к эксперименту, обосновывала

количественные результаты и развивала его технику

Концепция невесомых

42

XVIII век

Механика

Зрелая, вполне

определившаяся наука

Развитый теоретический

и мат. аппарат

Наука о теплоте

Только первые шаги

(зато быстрые)

Успехи в экспериментах,

но не в теории

43

Достигнуто очень много

Всё самое интересное ещё

впереди

Заключение

44

45