پاورپوینت علم فیزیک تا قرن نوزدهم

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

علم فیزیک تا قرن نوزدهم

1)حرکت

1-1)علم در اوایل قرون وسطی و در اوایل قرون جدید
1-2)ماده و فضا در فیزیک اواخر قرون وسطی
1-3)اندیشه حرکت 1-4)نظریه ارسطو در مورد حرکت
1-5)آیا خلاء وجود دارد؟ 1-6)گالیله و فیزیک جدید حرکت
1-7)حرکت یک اتومبیل روی جاده با سرعت ثابت
1-8)حرکت پرتابی 1-9)نسبی بودن حرکت
1-10)نیوتن و جهان مکانیکی 1-11)مفهوم های بنیادی نیوتنی

اسلاید 2 :

حرکت
چکیده
از دیرباز تاکنون، فیلسوفان و عالمان علوم طبیعی به طرح دیدگاه های گوناگونی درباره «حرکت» به درون یکی از عام ترین پدیده های طبیعی پرداخته اند. ارسطو و به پیروی از او ابن سینا، در مباحث طبیعیات خویش، از حرکت به ویژه حرکت مکانی و خصوصیات آن سخن به میان آورده اند؛ اما در فیزیک جدید (فیزک نیوتنی)، تصویر کم و بیش متفاوتی از حرکت به دست داده شده است.قوانین حرکت در طبیعیات ارسطویی و فیزیک نیوتنی، نشان داده می شود که نظریه ارسطو درباره حرکت دستخوش ناسازگاری است و در اکثر موارد، با فیزیک نیوتنی اختلاف دارد؛ هر چند در برخی از قضایا و روابط، دارای شباهت های کلی با قوانین حرکت نیوتنی است. البته، نباید از این نکته غفلت کرد که هر یک از این دو نظریه، بخشی از دو نظام نظری کاملا متفاوت و مبتنی بر دو نحوه ناهمسان از استدلال و استنتاج اند.شایان ذکر است که قوانین نیوتن در زمینه حرکت، با تغییر اساسی سنت ارسطویی، به نتیجه رسیده است؛ همچنین، قضایا و روابط ظاهرا مشابه هریک از دو سنت ارسطویی و نیوتنی، به سختی در دیگری قابل اندراج است.

اسلاید 3 :

1-1)علم در اواخر قرون وسطی واوایل قرون جدید

ارسطو فعالیت عقلی وعلمی خود را در افزایش واقعیت های علمی و تکامل فناوری در قرن های سیزدهم و چهاردهم آشکار کرد. درواقع ارسطو را می توان قهرمان نوعی تراژدی دانستکه با گام هایی بلند سراسر علم قرون وسطی را در نوردید.

از گروستست تا گالیله وی پیوسته در مرکز صحنه قرار داشت و با وعده ها و پیش بینی های حیرت انگیز خود، اذهان مردم را به خود متوجه ساخت.شور واشتیاق مردم را برمی انگیخت و مایه پراکندگی واختلاف در دینداری آنان می شد و در پایان آنان را ناگزیر می ساخت که بر ضد او قیام کنند و سبب این قیام آن بود که نتایج کاری که بر عهده گرفته بود ،به تدریج آشکار شد.
با این وجود سلاح هایی که برضد ارسطو بکار رفت،ساخته اندیشه خود ارسطو بود که در اختیار دیگران قرار گرفت.

اسلاید 4 :

مهم ترین این سلاح ها،به وسیله اندیشه های تازه درباره روش علمی،بخصوص افکار جدید درباره اسقراء، تجربه و نقش ریاضیات در توضیح پدیده های فیزیکی، ساخته شد. همین امور رفته رفته تصوری کاملاً متقاوت درباره نوع سوالات پدید آورد. یعنی پرسشهایی که روش های ریاضی و تجربی میتوانست به آن پاسخ دهد. نیروشناسی زمینه ای بود که این نوع پرسشها، میتوانست بزرگترین آثار خود را در آن آشکار سازد. درست در چنین زمینه ای اندیشه های ارسطو درباره فضا(مکان) و حرکت ، در اواخر قرون وسطی با انتقاد و خورده گیری مواجه شد. اثر این نقادی مدرس گرانه ویران شدن بنیان تمام نظام طبیعی او، و هموار شدن راه برای پیدایش نظام تازه ای برخاسته از روشهای تجربی و ریاضی بود. درپایان قرون وسطی نیروی محرک تازه ای به ریاضیات و فیزیک ریاضی وارد شد.

اسلاید 6 :

1-2)ماده و فضا در فیزیک اواخر قرن وسطی

اساسی ترین حمله هایی که کل نظام ارسطو درقرن چهردهم در معرض آن قرار گرفت، به آرای وی دربارة ماده، فضا و حرکت مربوط می شد. ارسطو منکر وجود اتمها، خلاء دربی نهایت و تعدد عوالم بود. ولی وقتی علمای الهی وی را در سال 1277 محکوم کردند، راه برای پژوهش درباره موضوعات باز شد. باتکیه بر قدرت کامل خدا، فلاسفه استدلال کردند خدا می تواند موجودی خلق کندکه در فضای تهی یا در جهان بی نهایت حرکت کند و شروع به نظریه پردازی کردندکه اگر خدا چنین کند عواقب آن چه خواهد بود.آنها از امکان تعدد عوالم، دوبینهایت و مرکز ثقل سخن گفتند.همچنین از شتاب حرکت اجسام در سقوط اجسام،از مسیر پرتابه ها و امکان متحرک بودن زمین بحث کردند.
افلاطون یک تصورکاملاًریاضی ازفضا عرضه کرده بودوآن راابعادی مستقل ازاجسام می دانست. اما امکان داشت اجسام درآن موجود باشد و حرکت کند، فضا درواقع ظرف همه چیزها است.

اسلاید 7 :

قسمتی از فضا که با ابعاد یک جسم اشغال می شد «مکان»آن جسم نام داشت و قسمتی که اشغال نشده بود خلاء نامیده می شد و این بر اساس نگرش اتمیان بود. به عقیده ارسطو ابعاد نمی توانند جدا از اجسام دارای بعد وجود داشته باشند.

در پایان قرن سیزدهم صورت کاملی از اتمیسم(ذره گری) را گیلز رومی عرضه داشت. گیلز معتقد بود که یک متر مکعب از ماده نامشخص بصورت بالقوه تا بی نهایت قابل تقسیم است ولی در تقسیم یک متر مکعب آب به جایی می رسیم که دیگر ماده تقسیم شدنی نیست و چیزدیگری است.این بحث تاقرن پانزدهم و شانزدهم ادامه یافت سرانجام منجر به استفاده از نظریه اتمی شد.

در اواخر قرن سیزدهم و اوایل قرن چهاردهم دانشمندانی مانند ریچاردمیدلتونی و والتر برلی وجود خلا را پذیرفتند و نیکولای اترکوری، از این هم پیشتر رفت و وجود احتمالی خلا را تایید کرد.

اسلاید 8 :

1-3)اندیشة حرکت

علم مکانیک برپایه زنده ساختن اصولی که اتمیست های یونانی گفته بودند و مدتی بس دراز از آن غفلت شده بود، بنیان گرفت. اتمیست های یونانی گفته بودند که اتم ها بدون هیچ کمکی به حرکت یکنواخت خود ادامه می دهند مگر اینکه با اتم های دیگر برخورد کنند. تجربه روزمره بیشتر پیشینیان این عقیده است که اجسام تا وقتی حرکت می کنند که چیزی آنهارا به حرکت وادارد. این اندیشه که جسم متحرک می تواند به حرکت خود تا بینهایت ادامه دهد ،مگر آنکه عاملی آن را از حرکت باز دارد، اندیشه ای نیست که با فهم متعارف سازگار باشد. مکانیک ارسطویی برپایه این اندیشه طبیعی که اگر نیرویی نباشد ، حرکتی هم نیست، قرار داشت و در سراسر قرون وسطی ازپشتیبانی مشترک فهم متعارف و جزم و تعصب برخوردار شده بود.

اسلاید 9 :

1-4)نظریه ارسطو در مورد حرکت

ارسطو درقرن چهارم قبل از میلاد مقاله هایی درمورد فیزک حرکت نوشت.دریکی ازکارهایش (یا دریکی از مقاله هایش)به نام فیزیک، نظر خود را در مورد سرشت حرکت نوشته است .
مطابق نظریه ارسطو حرکت در طبیعت از دو نوع است: حرکت زمینی و حرکت آسمانی. (مطابق شکل زیر)
حرکت در ناحیة آسمانی طبیعتاً دایره ای یکنواخت و ازلی است.(ماده تشکیل دهنده اجرام آسمانی اتر (ماده ازلی) است.).(مطابق شکل زیر)

اسلاید 10 :

در ناحیه چهار عنصر: خاک،آب،هوا و آتش به ترتیب محل قرارگیریشان از مرکز زمین در نظر گرفته می شود این عناصر دارای حرکت ها و مکان های طبیعی در جهان هستند.

ارسطو بین حرکت طبیعی و غیر طبیعی و یا شدید زوری تفاوت قائل بود.مشخصه حرکت طبیعی یک جسم در این است که مکان طبیعی خود را در جهان جستجو می کند و حرکت غیر طبیعی یک جسم سبب می شود که مکان طبیعی یک جسم دستخوش اغتشاش قرار گیرد.
طبق نظریه ارسطو: تندی یک جسم متناسب با نیرویی که به آن وارد می شود وقتی این نیرو قطع شود تندی جسم به صفر کاهش پیدا می کند.

«گذشته از این وقتی جسمی را به حرکت در می آوریم نمی توان گفت که چرا باید در اینجا یا آنجا متوقف شود. بنابراین جسم یا باید درحالت سکون باشدیا در حرکت دائمی،مگر اینکه چیز قوی تری سرراه آن قرارگیرد.»

اسلاید 11 :

تیری در هوا رها کنید برای به حرکت در آوردن تیر، یک نیرو نیاز است. چرا تیر قبل از افتادن روی زمین مسافت قابل توجهی طی می کند؟چرا در آخر تیر به زمین میافتد؟ ارسطو استدلال میکرد که یک نیروی زوری برای به حرکت در آوردن تیر لازم است.
تیر برای حرکت دائمی به یک نیروی مداوم نیاز دارد.چون بعد از رها شدن از کمان چنین نیرویی به آن وارد نمی شود حرکت دائمی نبوده و سرانجام سقوط می کند و به زمین می افتد.

اسلاید 12 :

ارسطو برای اینکه نشان دهد خلأ وجود ندارد از مفهوم مقاومت استفاده کرد. طبق استدلال ارسطو جسمی که در آب حرکت می کند در مقابل حرکت خود نیروی مقاومت بیش از هوا احساس می کند زیرا آب چگال تر از هوا است. طبق استدلال ارسطو اگر به جسمی نیرویی در آب ودر هوا وارد شود حرکت جسم در هوا سریعتر از آب خواهد بود. در واقع سرعت جسم نسبت عکس با چگالی محیط دارد.

اسلاید 13 :

1-5 آیا خلأ وجود دارد؟

گالیله با دقت در روشی که به مکش آب بالا موسوم بود در شگفت مانده بود! زیرا آب تا ارتفاع 10متر و اندی بالاتر نمی آمد در سال1643میلادی یکی از شاگردان او به نام توریچلی دست به آزمایش مهم زد. او لوله ای شیشه ای را که یک سرش بسته بود با جیوه پرکرد و آنگاه سرباز لوله را به طور عمودی در ظرفی که از جیوه پر بود فرو برد. او دریافت که اگر طول کمتر از 76سانتی متر باشد لوله از جیوه پر می ماند و این را با اصل ارسطویی که طبیعت از خلأ بیزار است می توان تبیین کرد. اما هنگامی که طول لوله بیشتر از این باشد ارتفاع جیوه نمی تواند از 76 سانتی متر تجاوز کند و در بالای لوله خلأ ایجاد می شود.توریچلی نتیجه گرفت که جو، برسطح جیوه در تشتک فشار وارد می آورد و نمی گذارد که جیوه ازلوله پایین بیاید. این وسیله همان فشارسنج است.

اسلاید 14 :

و معلوم شد هرچه ارتفاع از سطح دریا بیشتر باشد ارتفاع ارتفاع جو پایین تر می آید و این بدان معناست که جو زمین فقط تا ارتفاع محدودی از سطح زمین را فراگرفته است. این آزمایش نشان می داد که درون خلاء ایجاد می شود و اندیشه ارسطویی که طبیعت از خلاء بیزار است را رد کرد.

اسلاید 15 :

1-6 گالیله و فیزیک جدید حرکت

گالیله جوان از پدرش عشق به ریاضیات را آموخت و در سن 17سالگی وارد دانشگاه پیزا شد تا طب که خواسته پدرش بود را بیاموزد. او به زودی عدم علاقه خود را به این رشته نشان داد و بیشتر به فلسفه طبیعی و ریاضیات علاقمند شد. او بعد از اینکه وارد دانشگاه شد در اولین سال اقامتش در پیزا خاصیت همزمانی آونگ را کشف کرد که مطابق آن یک آونگ مستقل از اندازه نوسان، یک نوسان را در زمان ثابتی طی می کند.
علاقه گالیله به حرکت آونگ در طول عمر او ادامه داشت و سبب شد که مفاهیم جدیدی از حرکت را بعدها کشف کند.

گالیله ترازوی هیدرواستاتیک را اختراع کرد و مقاله ای تحت عنوان قضیه هایی درباره مرکز ثقل جامدات که برای او شهرت به همراه آورد نوشت.
اولین اصل ارسطو را که اجسام سنگین تر سریع تر از اجسام سبک تر سقوط میکنند با انداختن دو جسم با وزن های مختلف از بالای برج پیزا رد کرد.

اسلاید 16 :

کشفیات مهمی که گالیله در مدت 18 سالی که در دانشگاه پادوا بود به دست آورد عبارت اند از:

1-اختراع ترموسکوپ در سال1606 میلادی انجام داد.(وسیله ای که تفاوت دما را نشان می داد،ودر واقع طلایه دار دماسنج و فشار سنج شد.)

2-مشاهدات سوپرنوا را در سال 1604میلادی انجام داد.

3-در سال 1609تلسکوپ را ساخت.

در آخر عمر گالیله مطالعه آسمان را کنار گذاشت و به سراغ تحقیقات خود در مکانیک که پنجاه سال پیش مورد توجه او بود رفت و به نوشتن کتابی دربارة دوعلم جدید پرداخت و آن را در هلند به چاپ رساند.اولین قسمت آن در باب مهندسی سازه و قسمت دوّم آن در باب مکانیک و دربارةحرکت بود. گالیله با بحث روی سقوط اجسام منظور خود را از مفهوم حرکت یکنواخت بیان می کند.

اسلاید 17 :

تعریف:منظور از حرکت یکنواخت ، حرکت ذره ای است که مساحت طی شده به وسیلة آن در زمان های مساوی یکسان است.

اسلاید 18 :

1-7 حرکت یک اتومبیل روی جاده با سرعت ثابت