Как раскладывается ньютон в физике: Ньютон (единица измерения) — это… Что такое Ньютон (единица измерения)?

Ньютон (единица измерения) — это… Что такое Ньютон (единица измерения)?

У этого термина существуют и другие значения, см. Ньютон.

Ньютон (обозначение: Н) — единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ). Принятое международное название — newton (обозначение: N).

Ньютон — производная единица. Исходя из второго закона Ньютона она определяется как сила, изменяющая за 1 с скорость тела массой 1 кг на 1 м/с в направлении действия силы. Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с².

Единица названа в честь английского физика Исаака Ньютона, открывшего законы движения и связавшего понятия силы, массы и ускорения. В своих работах, однако, Исаак Ньютон не вводил единиц измерения силы и рассматривал её как абстрактное явление.^[1] Измерять силу в ньютонах стали спустя более чем два века после смерти великого учёного, когда была принята система СИ.

Связь с другими единицами

С другими единицами измерения силы ньютон связывают следующие выражения:

• 1 Н = 10⁵дин.
• 1 Н ≈ 0,10197162 кгс.
• 1 Н = 10⁻³стен.
• 1 Н ≈ 8,262619·10⁻⁴⁵F_p.
• 1 Н ≈ 0,224808943 lbf.
• 1 Н ≈ 7,233013851 pdl.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные				Дольные
величина	название	обозначение		величина	название	обозначение
101 Н	деканьютон	даН	daN	10−1 Н	дециньютон	дН	dN
102 Н	гектоньютон	гН	hN	10−2 Н	сантиньютон	сН	cN
103 Н	килоньютон	кН	kN	10−3 Н	миллиньютон	мН	mN
106 Н	меганьютон	МН	MN	10−6 Н	микроньютон	мкН	µN
109 Н	гиганьютон	ГН	GN	10−9 Н	наноньютон	нН	nN
1012 Н	тераньютон	ТН	TN	10−12 Н	пиконьютон	пН	pN
1015 Н	петаньютон	ПН	PN	10−15 Н	фемтоньютон	фН	fN
1018 Н	эксаньютон	ЭН	EN	10−18 Н	аттоньютон	аН	aN
1021 Н	зеттаньютон	ЗН	ZN	10−21 Н	зептоньютон	зН	zN
1024 Н	йоттаньютон	ИН	YN	10−24 Н	йоктоньютон	иН	yN
применять не рекомендуется

Примеры

Описание	Значение
Сила, действующая на электрон со стороны ядра атома водорода	3,6967·10−10 Н
Сила, которая давила бы на солнечный парус спутника Космос 1 в случае его успешного запуска	3,5343·10−3 Н
Вес тела массой 102 г (т. е. сила гравитации, действующая на это тело на поверхности Земли)	1 Н
Сила притяжения, действующая на человека массой 70 кг	686 Н
Суммарная сила давления воздуха на тело человека[2] (при нормальных условиях)	202 650 Н

Примечания

Единицы силы: Ньютон

 

Все мы привыкли в жизни употреблять слово сила в сравнительной характеристике, говоря мужчины сильнее женщин, трактор сильнее автомобиля, лев сильнее антилопы.

Сила в физике определяется как мера изменения скорости тела, которое происходит при взаимодействии тел. Если сила является мерой, и мы можем сравнивать приложение различной силы, значит, это физическая величина, которую можно измерить.

В каких единицах измеряется сила? 

Единицы измерения силы

В честь английского физика Исаака Ньютона, проделавшего огромные исследования в природе существования и использования различных видов силы, за единицу измерения силы в физике принят 1 ньютон (1 Н). Что же такое сила в 1 Н? В физике не выбирают единицы измерения просто так, а делают специальное согласование с теми единицами, которые уже приняты.

Мы знаем из опыта и экспериментов, что если тело покоится и на него действует сила, то тело под действием этой силы меняет свою скорость. Соответственно, для измерения силы выбирали единицу, которая будет характеризовать изменение скорости тела. И не забываем, что есть еще и масса тела, так как известно, что с одинаковой силой воздействие на различные предметы будет различно.  Мяч мы можем кинуть далеко, а вот булыжник улетит на гораздо меньшее расстояние. То есть, учтя все факторы, приходим к определению, что сила в 1 Н будет приложена к телу, если тело массой 1 кг под воздействием этой силы меняет свою скорость на 1 м/с за 1 секунду.

Единица измерения силы тяжести

Также нас интересует единица измерения силы тяжести. Так как мы знаем, что Земля притягивает к себе все тела на ее поверхности, значит, существует сила притяжения и ее можно измерить. И опять-таки, мы знаем, что сила притяжения зависит от массы тела. Чем больше масса тела, тем сильнее Земля его притягивает. Экспериментально установлено, что сила тяжести, действующая на тело массой 102 грамма – это 1 Н. А 102 грамма – это приблизительно одна десятая килограмма. А если быть более точным, то если 1 кг разделить на 9,8 частей, то мы как раз и получим приблизительно 102 грамма.

Если на тело массой 102 грамма действует сила 1 Н, то на тело массой 1 кг действует сила 9,8 Н. Ускорение свободного падения обозначают буквой g. И g равно 9,8 Н/кг. Это сила, которая действует на тело массой 1 кг, ускоряя его каждую секунду на 1 м/с. Получается, что тело, падающее с большой высоты, за время полета набирает очень большую скорость. Почему же тогда снежинки и дождевые капли падают довольно спокойно? У них очень маленькая масса, и тянет их к себе земля очень слабо. А сопротивление воздуха для них довольно велико, поэтому они летят к Земле с не очень большой, довольно одинаковой скоростью. А вот метеориты, например, при подлете к Земле набирают очень высокую скорость и при приземлении, образуется приличный взрыв, который зависит от величины и массы метеорита соотвественно.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Вес тела в физике: формула, масса, сила тяжести
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСвязь между силой тяжести и массой тела: динамометр.

Дисперсия света. Цветовой диск Ньютона

• Участник: Ворошнин Данил Александрович
  
  
• Руководитель: Базыльникова Марина Александровна

Введение

Мы живем в мире разнообразных световых явлений – радуга, полярные сияния, голубое небо. Тем, кто не знаком с причинами их возникновения, эти световые явления кажутся необыкновенными и загадочными.

В повседневной жизни мы встречаемся со многими световыми явлениями, но обычно не задумываемся над ними – насколько они привычны для нас, а вот объяснить их часто затрудняемся. Например, чайная ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам надломленной или сломанной, в зависимости от того, с какой стороны мы смотрим на ложку. Мы видим окружающие нас предметы многоцветными при освещении Солнцем или яркой лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность предметов блекнет.

Все эти явления связаны с понятием «свет». В обыденной речи «свет» мы используем в самых разных значениях: ученье – свет, а неученье – тьма, свет мой, солнышко, скажи … В физике термин «свет» имеет гораздо более определенное значение. Опытным путем было установлено, что свет нагревает тела, на которое падает. Следовательно, он передает этим телам энергию. Мы также знаем, что одним из видов теплопередачи является излучение, следовательно,

Свет – это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом и вызывающее зрительные ощущения. Свет обладает множественными свойствами, одним таким свойством света является – дисперсия. Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений это обычная радуга. На первый взгляд радуга это что-то простое, на самом деле при возникновении радуги происходят сложные физические процессы. Поэтому мы выбрали тему дисперсия света для того, чтобы глубже понять физические процессы и явления, происходящие в природе. Это очень интересная тема и мы постараемся в своем проекте представить все моменты, происходящие в истории развития науки о свете и показать опыты по демонстрации дисперсии света, а так же свою экспериментальную установку, разработанную специально для наблюдения дисперсии света, которая впоследствии может быть использована на уроках физики при изучении данной темы.

Цель проекта – изучение понятия «Дисперсия света» и изготовление экспериментальной установки «Цветовой диск Ньютона».

Задачи:

1. Изучить историю открытия И. Ньютоном явления Дисперсия света.
2. Рассмотреть спектральный состав света.
3. Дать понятие о дисперсии света.
4. Подготовить эксперименты по наблюдению дисперсии света.
5. Рассмотреть природное явление радуга.
6. Изготовить экспериментальную установку «Цветовой диск Ньютона».

I. Теоритическая часть

1.1. Открытие Исаака Ньютона

В 1665–1667 годах Исаак Ньютон – английский физик и математик занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено, данное наблюдение его очень заинтересовало, и он решил разгадать природу возникновения цветных полос. В это время в Англии свирепствовала эпидемия чумы, и молодой Исаак Ньютон решил укрыться от неё в своём родном Вулсторпе. Перед отъездом в деревню он приобрёл стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов». Исследуя природу цветов, Ньютон придумал и выполнил целый комплекс различных оптических экспериментов. Некоторые из них без существенных изменений в методике, используются в физических лабораториях до сих пор. Главный опыт был традиционным. Проделав небольшое отверстие в ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов (рис. 1).

Рисунок 1. Эксперимент И. Ньютона

1.2. Спектральный состав света

Полученную таким образом цветную полоску солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый (рис. 2).

Рисунок 2. Разложение белого пучка света на спектр

Спектр – (от латинского «spectrum» – видение) непрерывный ряд цветных полос, получается путем разложения луча белого света на составные части (рис. 3).

Рисунок 3. Спектр

Если же рассматривать спектр без подобного предубеждения, то полоса спектра распадается на три главные части – красную, желто-зелёную и сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными.

Все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете, а стеклянная призма лишь разделяет их, так как различные цвета по-разному преломляются стеклом. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, слабее всего – красные.

1.3. Дисперсия света

Проходя через призму, луч солнечного света не только преломляется, но и разлагается на различные цвета.

Дисперсией называется явление разложения света на цвета при прохождении света через вещество.

Прежде чем разобраться в сути этого явления, необходимо рассмотреть преломлении световых волн. Изменение направления распространения волны при прохождении из одной среды в другую называется преломлением.

Положим на дно пустого не прозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света (рис. 4).

Рисунок 4. Преломление светового луча

Закон преломления света: падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

где n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

При изменении угла падения α меняется и угол преломления β, но при любом угле падения отношения синусов этих углов остается постоянным для данных двух сред.

Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то

где n – абсолютный показатель преломления второй среды.

Абсолютный показатель преломления – физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления при переходе луча из вакуума в эту среду.

Чем больше у вещества показатель преломления, тем более оптически плотным считается это вещество. Например, рубин – среда оптически более плотная, чем лёд.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Это было доказано французским математиком Пьером Ферма и голландским физиком Христианом Гюйгенсом. Они доказали, что

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:

sinα	= n21 =	V1
sinβ		V2

Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме. Причиной уменьшения скорости света в среде является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества. Чем сильнее взаимодействие, тем больше оптическая плотность среды, и тем меньше скорость света. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества его плотности. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого – меньше, чем для фиолетового.

Таким образом,

Дисперсия света – зависимость показателя преломления и скорости света от частоты световой волны.

Абсолютный показатель преломления стекла n, из которого изготовлена призма, зависит не только от свойств стекла, но и от частоты (от цвета) проходящего через него света. В опыте Ньютона при разложении в спектр пучка белого света, лучи фиолетового цвета, имеющие большую частоту, чем красные, преломились сильнее красных, поэтому на экране можно наблюдать цветную полосу – спектр (рис. 5).

Рисунок 5. Преломление светового луча при прохождении через более оптически-плотную среду – стеклянную призму

1.4. Радуга

Дисперсией света объясняются многие явления природы, например Радуга. В результате преломления солнечных лучей в каплях воды во время дождя на небе появляется разноцветная дуга – радуга (рис. 6).

Рисунок 6. Природное явление радуга

Радуга — это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя.

Разноцветная дуга появляется оттого, что луч света преломляется в капельках воды, а затем, возвращаясь к наблюдателю под углом в 42 градуса, расщепляется на составные части от красного до фиолетового цвета (рис. 7).

Рисунок 7. Преломления света в капле дождя

Прежде всего, заметим, что радуга может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется сзади. Наблюдаемые в радуге цвета чередуются в такой же последовательности, как и в спектре, получаемом при пропускании пучка солнечных лучей через призму. При этом внутренняя (обращенная к поверхности Земли) крайняя область радуги окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя крайняя область — в красный.

Яркость оттенков и ширина радуги зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли, тем уже и ярче радуга, тем в ней больше красного насыщенного цвета. Если идёт мелкий дождик, то радуга получается широкая, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями.

Чаще всего видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем (рис. 8).

Рисунок 8. Схема образования радуги относительно наблюдателя

Целиком радугу можно увидеть лишь на большой высоте, с борта самолёта или с высокой горы (рис. 9).

Рисунок 9. Радуга с борта самолета

II. Практическая часть

2.1. Демонстрация экспериментов по наблюдению дисперсии света

Изучив историю открытия дисперсии света, и процесс образования спектра, мы решили опытным путем пронаблюдать дисперсию света. Для этого подготовили и провели видео эксперименты, которые можно использовать на уроках физики при изучении темы Дисперсия света.

Эксперимент №1. Получение радужного спектра на мыльных пленках

Для проведения эксперимента понадобится: ёмкость с мыльным раствором, проволочная рамка.

Ход эксперимента: наливаем мыльный раствор в ёмкость, опускаем рамку в раствор, образуется мыльная плёнка. На плёнке появляется радужные полосы.

Эксперимент №2. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении сквозь стеклянную призму

Для проведения эксперимента понадобится: призма, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги).

Ход эксперимента: устанавливаем призму на экспериментальном столике. С одной стороны столика устанавливаем экран. Свет направляем на призму и на экране наблюдаем радужные полосы.

Эксперимент № 3. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении через воду

Для проведения эксперимента понадобится: зеркало, источник света (фонарик телефона), экран (лист белой бумаги), ёмкость с водой.

Ход эксперимента: в ёмкость наливаем воду и кладем на дно зеркало. Направляем на зеркало свет, чтобы отраженный свет попадал на экран.

1.2. Цветовой диск Ньютона

Ньютон провел обычный опыт со стеклянной призмой и заметил разложение света на спектр. Направив луч дневного света на призму, он увидел на экране различные цвета радуги. После увиденного он выделил из них семь основных цветов. Это были такие цвета как: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать где сидит фазан). Ньютон выбрал лишь семь цветов по той причине, что были наиболее яркие, он также говорил, что в музыке всего семь нот, но сочетание их, различные вариации позволяют получить совершенно различные мелодии. Проведя обратный опыт, т.е. полученный спектр он направил на грань другой призмы и в результате опыта Ньютон снова получил белый свет (рис.10).

Рисунок 10. Первая призма разлагает белый свет в спектр, вторая вновь собирает спектр в белый свет

 

На основе этих простых опытов Ньютону пришла в голову мысль о создании круга состоящего из семи секторов и закрашенных определенными цветами в результате вращения, которого произойдет их смешение и мы получим белую раскраску этого круга. В последствии этот круг стали называть Цветной диск Ньютона (рис. 11).

Рисунок 11. Цветной диск Ньютона

Попробуем повторить опыт Ньютона. Для этого создадим экспериментальную установку, которая состоит из компьютерного кулера и прикрепленного к нему цветового диска, также блока питания (рис. 12).

Рисунок 12. Экспериментальная установка по получению белого света из спектра

Кулер создает большой проток воздуха, и служит для того что бы привести во вращение цветной диск. Так как наша установка подключается в сеть с напряжением 220 В, а кулер рассчитан на 12 В, поэтому к кулеру подключили блок питания для понижения напряжения с 220 В на 12 В. Для безопасности установка изолирована в пластмассовом боксе.

В результате при включении установки в розетку сети питания цветной круг, закрепленный на кулере, начнет вращаться, и мы увидим желтовато-белую окраску круга (рис. 13).

Рисунок 13. Результат вращения цветового диск Ньютона

Окраска круга при вращении желтовато-белая по двум причинам:

1. Скорость вращения круга очень низкая по сравнению со скоростью света;
2. Круг окрашен с резкими цветовыми переходами, если сравнивать со спектром разложения белого света.

Таким образом, нам удалось повторить эксперименты Ньютона по разделению белого света на спектр и наоборот получение белого света из спектра.

Заключение

Окружающий нас мир играет красками: нас радует и волнует голубизна неба, зелень травы и деревьев, красное зарево заката, семицветная дуга радуги. В своем проекте мы попытались ответить на вопрос — как можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. В целом поставленная цель об изучении такого явления как дисперсия света в итоге достигнута. Для того чтобы глубже понять такое свойство света как дисперсия, была изучена дополнительная литература по световым явлениям, были проведены эксперименты по наблюдению явления, была изготовлена установка для вращения цветового круга Ньютона с некоторой скоростью.

В результате проведенных опытов и экспериментов нами были сделаны следующие выводы:

1. Дисперсия – явление разложения белого света в спектр.
2. Белый цвет имеет сложную структуру, состоящий из нескольких цветов.
3. При падении света на границу раздела двух прозрачных сред световые лучи различной цветности преломляются по разному (наиболее сильно-фиолетовые лучи, менее других- красные).
4. Призма не изменяет цвет, а лишь разлагает его на составные части.

Таким образом, посредством теоретического изучения данной темы и ее практического подтверждения и была достигнута основная цель проекта.

Дисперсия света. Опыт Ньютона — материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

 

 

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ:  дисперсия света.

Пусть солнечный луч переходит из воздуха в прозрачную среду (например, воду или стекло). Если угол падения не равен нулю, то, как вы помните, угол преломления определяется из закона преломления:

.

Величина , называемая показателем преломления, характеризует среду и от угла падения не зависит.

Оказывается, однако, что среда по-разному реагирует на прохождение электромагнитных волн различных частот. Имеет место дисперсия — зависимость показателя преломления среды от частоты света.

 

Опыт Ньютона.

 

Классический опыт по наблюдению дисперсии был поставлен Ньютоном. Узкий луч солнечного света направлялся на треугольную стеклянную призму (рис. 1).

Рис. 1. Разложение белого света в спектр

 

На экране за призмой появлялся спектр — радужная полоса. Один край спектра оказался красным, другой — фиолетовым, а цвета внутри спектра непрерывно переходили друг в друга.

Выделяя луч какого-либо цвета (например, красного или синего) и запуская его в другую призму, мы уже не увидим изменения цвета преломлённого луча. Стало быть, компоненты радуги являются простейшими цветами, не разложимыми далее. Их можно собрать обратно с помощью второй призмы, и тогда снова получится белый свет. Следовательно, белый свет является смесью световых пучков различных цветов, непрерывно заполняющих диапазон видимого света от красного до фиолетового.

Мы видим, таким образом, что стеклянная призма является простейшим спектральным прибором — она позволяет исследовать спектральный состав белого света. С действием более сложного спектрального прибора — дифракционной решётки — мы познакомились в предыдущей теме.

Как показывает опыт Ньютона, слабее всего преломляется красный свет, а сильнее всего — фиолетовый. В видимом диапазоне красный свет имеет наименьшую частоту, а фиолетовый — наибольшую. Коль скоро показатель преломления становится всё больше по мере движения от красного конца спектра к фиолетовому, мы делаем вывод, что показатель преломления стекла увеличивается с возрастанием частоты света.

Но показатель преломления есть отношение скорости света в воздухе к скорости света в среде: . Значит,чем больше частота света, тем с меньшей скоростью свет распространяется в стекле. Наибольшую скорость внутри стеклянной призмы имеет красный свет, наименьшую — фиолетовый.

Различие в скоростях света для разных частот проявляется только при наличии среды. В вакууме скорость распространения электромагнитных волн не зависит от частоты и равна .

Открытая и исследованная Ньютоном, дисперсия света больше двухсот лет ждала своего объяснения — нужны были соответствующие сведения о строении вещества. Классическая теория дисперсии была предложена Лоренцем лишь в конце XIX века. Более точная квантовая теория дисперсии появилась в первой половине прошлого столетия.

 

Хроматическая аберрация.

 

]Предположим, что на собирающую линзу параллельно главной оптической оси падает пучок белого света. Преломляясь в линзе, он, казалось бы, должен собраться в её фокусе. Однако вследствие дисперсии возникает хроматическая аберрация — некоторая расфокусировка пучка, вызванная различной преломляемостью разных компонент белого света.

Явление хроматической аберрации показано на рис. 2.

Рис. 2. Хроматическая аберрация

 

Показатель преломления материала линзы принимает наименьшее значение для красного света, и потому красный свет преломляется слабее всего. Красные лучи собираются на главной оптической оси в наиболее удалённой от линзы точке. Жёлтые лучи собираются ближе к линзе, зелёные — ещё ближе, и, наконец, в ближайшей к линзе точке сойдутся фиолетовые лучи.

Хроматическая аберрация ухудшает качество изображений — снижает чёткость, даёт лишние цветные полосы. Но с хроматической аберрацией можно бороться. Для этого в оптической технике применяют так называемые ахроматические линзы, получаемые накладыванием на собирающую линзу дополнительной рассеивающей линзы. Догадайтесь — зачем нужна рассеивающая линза?

 

Физика цвета. Всю жизнь мы окружены невероятным… | by Mary Sabell | DesignSpot

Что такое свет и цвет

Поскольку цвет — это способность объектов отражать или излучать световые волны отдельной части спектра, начнем с определения того, что же такое свет.

С древних времен люди пытались понять природу света. Так, например, древнегреческий философ Пифагор сформулировал теорию света, в которой утверждал, что непосредственно из глаз испускаются прямолинейные лучи видимого света, которые, попадая на объект и ощупывая его, дают людям возможность видеть. Согласно Эмпедоклу, богиня любви Афродита поместила в наши глаза четыре элемента — огонь, воду, воздух и землю. Именно свет внутреннего огня, считал философ, помогает людям видеть объекты материального мира. Платон же предполагал, что существуют две формы света — внутренняя (огонь в глазах) и внешняя (свет внешнего мира) — и их смешение дает людям зрение.

По мере изобретения и развития различных оптических приборов представления о свете развивались и трансформировались. Так в конце XVII века возникли две основные теории света — корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса.

Согласно корпускулярной теории, свет представлялся в виде потока частиц (корпускул), излучаемых светящимся объектом. Ньютон считал, что движение световых частиц подчинено законам механики, то есть, например, отражение света понималось как отражение упругого мячика от поверхности. Преломление света ученый объяснял изменением скорости световых частиц при переходе между разными средами.

В волновой теории, в отличие от корпускулярной, свет рассматривался как волновой процесс, подобно механическим волнам. В основе теории лежит принцип Гюйгенса, по которому каждая точка, до которой доходит световая волна, становится центром вторичных волн. Теория Гюйгенса позволила объяснить такие световые явления, как отражение и преломление.

Таким образом, весь XVIII век стал веком борьбы двух теорий света. В первой трети XIX века, однако, корпускулярная теория Ньютона была отвергнута и восторжествовала волновая теория.

Важным открытием XIX века стала выдвинутая английским ученым Максвеллом электромагнитная теория света. Исследования привели его к выводу, что в природе должны существовать электромагнитные волны, скорость которых достигает скорости света в безвоздушном пространстве. Ученый считал, что световые волны имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода с переменным электрическим током, и отличаются друг от друга лишь длиной.

В 1900 году Макс Планк выдвинул новую квантовую теорию света, согласно которой, свет является потоком определенных и неделимых порций энергии (кванты, фотоны). Развитая Эйнштейном, квантовая теория смогла объяснить не только фотоэлектрический эффект, но и закономерности химического действия света и ряд других явлений.

В настоящее время в науке преобладает корпускулярно-волновой дуализм, то есть свету приписывается двойственная природа. Так при распространении света проявляются его волновые свойства, в то время как при его испускании и поглощении — квантовые.

Но как из света получается цвет? В 1676 году Исаак Ньютон с помощью трёхгранной призмы разложил белый солнечный свет на цветовой спектр, который содержал все цвета кроме пурпурного. Ученый проводил свой опыт следующим образом: белый солнечный свет проходил сквозь узкую щель и пропускался через призму, после чего направлялся на экран, где возникало изображение спектра. Непрерывная цветная полоса начиналась с красного и через оранжевый, желтый, зеленый и синий заканчивалась фиолетовым. Если же это изображение пропускалось через собирающую линзу, то на выходе вновь получался белый свет. Таким образом, Ньютон открыл, что белый свет — это комбинация всех цветов.

Любопытным было и следующее наблюдение: если из цветового спектра убрать один из цветов, например, зеленый, а остальные пропустить через собирающую линзу, то полученный в итоге цвет окажется красным — дополнительным к удаленному цвету.

По сути, каждый цвет создается электромагнитными волнами определенной длины. Человеческий глаз способен видеть цвета с длиной волны в диапазоне от 400 до 700 миллимикрон, где наименьшая длина волны соответствует фиолетовому цвету, а наибольшая — красному. Поскольку каждый цвет спектра характеризуется своей длиной волны, то он может быть точно задан длиной волны или частотой колебаний. Сами по себе световые волны бесцветны, цвет возникает лишь при восприятии волн человеческим глазом и мозгом. Однако механизм, по которому мы распознаем эти волны, до сих пор неизвестен.

Что касается цвета предметов, то он возникает, фактически, в процессе поглощения световых волн. То есть, если мы видим, что предмет зеленого цвета, по сути, это означает, что молекулярный состав его поверхности таков, что он поглощает все волны, кроме зеленых. Сами по себе предметы не имеют никакого цвета и обретают его лишь при освещении.

Дисперсия света — урок. Физика, 9 класс.

Опыты Ньютона

В \(1666\) году Исаак Ньютон, занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, получаемое с помощью объектива телескопа, окрашено по краям. Чтобы проверить предположение о роли преломления света в появлении разноцветных световых полос, учёный использовал щель в ставне в качестве источника света. На пути полученного узкого пучка разместил стеклянную призму.

 

Белый свет является сложным: пройдя через призму, он разлагается на различные цвета.

Гипотеза Ньютона была настолько необычной для его современников: что вызвала сильное волнение и вопросы среди учёных Ньютон доказал справедливость своей теории: разложил одной призмой белый свет на спектр и поставил вторую перевёрнутую призму, собрав спектр обратно в белый луч.

 

 

Преломлённый белый свет превратился в радугу из семи цветных полос, которую Ньютон назвал спектром. В спектре Ньютон выделил семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

Оптический спектр (от лат. spectrum — «видение», «изображение») — распределение оптического излучения по длинам волн.

Явление разложения света призмой на разноцветные полосы Ньютон назвал дисперсией.

Дисперсия (от лат. dispersio — «рассеяние») — разложение света на спектральные цвета при прохождении через оптически плотное вещество вследствие зависимости показателя преломления и скорости света в веществе от частоты (или длины) световой волны.

Различным цветам соответствуют различные показатели преломления: лучи красного цвета отклоняются на меньший угол, наибольший угол отклонения у лучей фиолетового цвета.

В трактате «Оптика» Ньютон написал:

Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости.

Как известно, показатель преломления среды \(n\) зависит от скорости света \(\upsilon\) в веществе:

n=cv, где \(c\) — скорость света в вакууме.

Чем оптически плотнее среда, тем больше показатель преломления, тем меньше скорость света в веществе. Поэтому лучи фиолетовой части спектра преломляются сильнее (отклоняются на больший угол) по сравнению с лучами красного света, которые имеют большую длину волны (меньшую частоту). 

Дисперсия света — зависимость показателя преломления от длины волны света.

Дисперсией объясняется радуга. В каплях воды солнечные лучи преломляются и образуют спектр.

При прохождении белого света через две призмы (рис.) на выходе наблюдается только «одноцветный» свет, который называется монохроматическим (происхождение термина от др.-греч. «один цвет»).

 

 

Свет каждого цвета располагается в достаточно узком интервале частот. Например, частота красного света соответствует интервалу 405-480 ТГц. Обычно для характеристики монохроматического цвета используют только одну определённую частоту.

Формирование у человека  цветового восприятия физических тел является сложным физиологическим процессом. С точки зрения электромагнитной природы света окрашенность тел определяется зависимостью «поглощательной» способности тела от длины волны падающего света.

Данная зависимость используется в светофильтрах, которые в зависимости от вещества светофильтра поглощают свет конкретных длин волн (например, пленка со свойством сильно поглощать сине-зеленые лучи видимого спектра при освещении светом с такой же длиной волны будет казаться черной).

Кратко и понятно о первом, втором и третьем законах Ньютона: формулировки, примеры и формулы

Три закона Ньютона — это основа классической механики. В 1867 году Ньютон опубликовал работу под названием «Математические начала натуральной философии». Там были все знания, накопленные до него другими учёными, а также новые, открытые самим Ньютоном. Его считают одним из самых первых основоположником современной физики. Благодаря систематизированным знаниям, которые были описаны в вышеуказанном труде, он открыл множество законов механики, Закон всемирного тяготения и многое другое.

…

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Мой мир

Кратко о законах Ньютона

Первый закон Ньютона

1. Формулировка. В наше время встречаются несколько формулировок, вот одна из самых современных: «Существуют такие инерциальные системы отсчёта, относительно которых тело, если на него не действуют другие силы (либо действие других сил компенсируется), находится в покое либо движется равномерно и прямолинейно». Этот закон иногда называют Законом инерции.
2. Трактовка. Если описать это утверждение простыми словами, то можно увидеть, что всё достаточно просто: если какое-то тело находится в покое относительно чего-либо, то оно и будет оставаться в покое до тех пор, пока на него не подействует какой-либо предмет. То же самое, если тело движется равномерно прямолинейно, то оно будет продолжать так двигаться, пока на него не подействует какая-либо сила. До Ньютона его открыл Галилео Галилей, но он не совсем точно его описал. Теперь осталось только разобраться, что такое инерциальные системы отсчёта. Проще говоря, это такая система, для которой выполняется Первый закон Ньютона.
3. Пример действия. Представьте себе парашютиста, который движется прямолинейно равномерно к Земле. Это будет продолжаться до тех пор, пока притяжение к поверхности Земли будет компенсироваться сопротивлением воздуха. Если же сопротивление станет меньше либо больше, то тогда на тело начнёт действовать сила притяжения, и оно станет двигаться прямолинейно равноускоренно.
4. История открытия. Существует легенда об открытии этого утверждения. Когда-то Ньютон сидел под деревом, и рядом с ним упало яблоко. Это подтолкнуло его на размышления о том, почему яблоко упало перпендикулярно земле, каковы были причины данного явления. По крайней мере, так описывал этот эпизод знаменитый биограф Уильям Стьюкли.
5. Формулы у него нет.

Это интересно: система отсчета в физике — определение и ее виды.

Второй закон Ньютона

Он описывает поведение тела при действии на него других объектов. Что с ним происходит, как он начинает двигаться и прочее.

1. Формулировка. «В инерциальных системах отсчёта ускорение тела с постоянной массой прямо пропорционально равнодействующей всех сил и обратно пропорционально его массе».
2. Формула. Математическое описание этого утверждения такое: а = F/m, где a — это ускорение, F — равнодействующая всех сил, приложенных к телу, m — масса тела.
3. Трактовка. Из формулы мы видим, что ускорение тела зависит от силы, приложенной к этому телу, и массы. А также можно увидеть, что чем больше равнодействующая всех сил, то тем больше ускорение, и чем больше масса тела, тем ускорение меньше. Говоря простым языком, если равнодействующая всех сил не равна нулю и не меньше нуля, то выполняется данное утверждение. Можно сказать ещё проще, если на тело действует сила, то оно приобретает ускорение.
4. Пример действия. Возьмём бейсбольную биту и мяч. Если ударить битой по мячу, и удар будет сильнее действия всех других сил, то мяч приобретёт ускорение равное отношению равнодействующей всех сил к массе.

Это интересно: формула всемирного тяготения — определение закона.

Третий закон Ньютона

1. Формулировка. «Тела взаимодействуют друг на друга с силами одинаковой природы, направленными вдоль прямой, которая соединяет центры масс этих тел, а силы равны по модулю и разнонаправленны».
2. Трактовка. Это значит, что на каждое действие есть своё противодействие.
3. Пример действия. Более понятно это можно рассмотреть на таком примере: представьте пушку, из которой стреляют ядром. Ядро будет действовать на пушку с той же силой, с какой пушка вытолкала ядро. Поэтому при выстреле пушка откатится чуть-чуть назад, это происходит из-за того, что размеры пушки и ядра разные. Примерно то же самое происходит и при падении яблока на землю. Земля действует на яблоко с некой силой и яблоко тоже действует на Землю. Только из-за того, что масса Земли в миллионы раз больше яблока этого действия не видно. Еще один пример действия Третьего закона для закрепления усвоенного. Возьмём довольно сложный пример: притяжение планет. Луна вертится вокруг Земли благодаря тому, что она притягивается к Земле, но по Третьему закону Ньютона Луна тоже притягивает Землю к себе. Однако, из-за того, что их массы разные, Луна не может притянуть Землю, но у неё получается вызвать отливы и приливы в морях и океанах.
4. Формула. Математически это утверждение можно записать так: F1 = -F2, где F1 — это сила, с которой первое тело действует на второе, а F2 — сила, с которой второе тело действует на первое.

Исаак Ньютон и проблема цвета

Призмы могут разделять лучи света на радуги с помощью преломления света.

Исаак Ньютон окончил Тринити-колледж Кембриджского университета в 1665 году, когда на Лондон обрушилась Великая чума, и, как и многие другие, он покинул город. Он вернулся на ферму своей семьи в деревушке Вулсторп-бай-Колстеруорт. В отрыве от своих обычных занятий Ньютон развлекался изучением природы цвета.

Ньютон, конечно же, был многогранным гением, заложившим основы классической физики в своей книге Principia Mathematica .В этой монументальной работе он дал нам три закона движения и закон всемирного тяготения. Ньютону приписывают развитие исчисления вместе с Готфридом Либницем (с которым у него было ожесточенное соперничество) и многими другими математическими инструментами, такими как обобщенная биномиальная теорема. Но первой любовью Ньютона была оптика.

К семнадцатому веку технология оптики уже была хорошо развитой областью; высококачественные микроскопы построили Роберт Гук, Антони ван Левенгук и другие.Преломление солнечного света в разные цвета призмой наблюдали, но не поняли. Обычно считалось, что «чистый» белый свет загрязнен «грубой материей», давая цвет.

Ньютон начал свои исследования с того, что вырезал отверстие в оконной шторы, чтобы пропускать солнечный свет, который проявился на его стене в виде круглой освещенной области. Преломившись призмой, он превратился в продолговатую область с радугой цветов. Заинтригованный изменением формы, Ньютон вырезал множество отверстий разного размера и формы, но независимо от формы исходного луча преломленный свет становился более продолговатым.

Ньютон также поместил вторую призму того же типа на пути света и смог превратить цвета обратно в белый свет. Это показало, что белый свет, а не чистый, состоит из смеси цветов.

Решающий эксперимент Ньютона состоял в том, чтобы преломить свет на кусок дерева, в котором было просверлено небольшое отверстие. Таким образом он смог получить луч света чистого цвета. Он смог показать, что синий свет, например, когда преломлялся через вторую призму, снова давал только синий свет.Красный свет означал только красный свет. Более того, угол, под которым свет отражался на его стене, зависел от цвета. Различные цвета света имели разную степень «преломляемости» (если использовать термин Ньютона), что было неотъемлемым свойством этого цвета.

Ньютон обнаружил, что тонкий кусок сусального золота отражает золотой свет свечи, но при взгляде сзади он кажется синим. Цвета мира не раскрываются светом, а исходят от самого света, в то время как объекты «по-разному подходят для отражения одного вида света в большем количестве, чем другого.«

Ньютон печально известно не спешил с публикацией, и его Новая теория света и цветов не появлялась в Философских трудах Королевского общества до 1672 года. Публикация вызвала вражду с Робертом Гуком, влиятельным человеком в обществе , У которого были свои теории о цвете. Хотя сообщество ученых в семнадцатом веке было небольшим, оно было не менее спорным, чем сегодня.

Ньютон считал, что свет состоит из чрезвычайно тонких «корпускул», и эта идея нашла свое отражение в сегодняшнем разделении света на фотоны.Его использование множественных призматических решеток, описанное в его «Оптике», опубликованной в 1702 году, возможно, было одним из первых экспериментов, которые в конечном итоге привели к разработке перестраиваемых лазеров.

«Ньютон, человек»: первый из эпохи разума

Исаака Ньютона (1642-1727) часто называют величайшим ученым из когда-либо существовавших. Чрезвычайно влиятельный и революционный, он представляет собой вершину достижений научной революции. Вклад Ньютона заложил основы классической физики / классической механики.Практически единолично он сформировал направление физики на столетия вперед. Другим важным вкладом Ньютона было создание им исчисления бесконечно малых независимо, но одновременно с Готфридом Лейбницем.

Прежде всего, Ньютон заложил основы классической механики, которая до сих пор является одной из двух основных областей физики (другой — квантовой механикой). Классическая физика предшествовала специальной теории относительности и квантовой механике.

Одной из невероятно важных идей Ньютона был его закон всемирного тяготения.2). F — сила тяжести между массами, G — гравитационная постоянная, m — две массы, а r — расстояние между массами. Закон всемирного тяготения Ньютона подтвердил гелиоцентрические идеи, ранее выдвинутые Кеплером. Если гравитация пропорциональна массе, то понятно, что Земля будет вращаться вокруг Солнца, а не наоборот. Есть история о том, что Ньютон получил прозрение о гравитации, когда яблоко упало с дерева (возможно, упало ему на голову).

Для механики Ньютона, которые сами по себе являются фундаментальными законами классической механики, являются законы движения Ньютона. Это три физических закона, которые отражают веру Ньютона в то, что Вселенную можно рассматривать как совокупность сил, действующих на совокупность масс. Первый закон Ньютона гласит, что если объект не испытывает чистой силы, он движется с постоянной скоростью. Это похоже на идею инерции Галилея; в основном, объекты в состоянии покоя имеют тенденцию оставаться в состоянии покоя, а объекты в движении имеют тенденцию оставаться в движении.2))). В этом уравнении c — скорость света. Следовательно, если скорость частицы ничтожно мала по сравнению со скоростью света, коэффициент будет близок к нулю. После вычитания из единицы разница будет примерно равна единице, а квадратный корень из примерно единицы по-прежнему будет примерно равен единице. Следовательно, p = mv (приблизительно). Это уравнение, к которому пришел Ньютон, и оно было очень близким приближением к специальному релятивистскому уравнению.

Наконец, третий закон движения Ньютона можно резюмировать с помощью основного утверждения, что на каждое действие всегда есть равное и противоположное противодействие.Основное уравнение для этого: F a = -F b , где F a — сила первого тела, а F b — сила второго тела. Два тела одновременно оказывают друг на друга равные и противоположные силы. Эти законы составляют основную механику Ньютона и, таким образом, составляют основу классической механики.

Ньютон также ввел термин «центростремительная сила» в своей рукописи De motu corporum in gyrum (О движении тел по орбите).Центростремительные силы — это силы, заставляющие тела двигаться по кривой. Ньютон описал это как силу, которая заставляет тело стремиться к точке в центре. Еще один закон, разработанный Ньютоном, — это закон охлаждения. Его закон гласит, что «Скорость потери тепла телом пропорциональна разнице температур между телом и окружающей средой».

Ньютон также имел большое значение в области оптики. Он читал лекции по оптике в течение двух лет и исследовал преломление света.Ньютон продемонстрировал, что белый свет может быть разложен призмой на спектр, а вторая призма может преобразовать спектр в белый свет. Дальнейшие наблюдения привели его к развитию своей теории цвета, согласно которой цвет является результатом того, что объекты отражают больше одного цвета света, чем другие. Свет окрашивается еще до того, как достигает объекта.

Ньютон, возможно, был одним из величайших ученых всех времен. Без сомнения, он внес значительный вклад в современную науку, особенно благодаря созданию основ классической механики через свои законы движения.Его закон всемирного тяготения также сыграл важную роль в подтверждении гелиоцентрической системы как правильной модели. Однако было сказано, что некоторые из его идей, такие как его закон всемирного тяготения, могли быть плагиатом (от Роберта Гука, который, конечно, был известен тем, что обвинял людей в плагиате от него). Ньютон также был глубоко религиозным человеком и писал о религии больше, чем когда-либо о науке и математике. Он был неортодоксальным христианином, сильно интересовавшимся оккультизмом.Однако сегодня его помнят за его огромный вклад в современную науку и создание области классической механики.

Исаак Ньютон | Королевское общество

Сэр Исаак Ньютон PRS FRS (25 декабря 1642 — 20 марта 1726/27) был английским математиком, астрономом и физиком (в свое время его называли «натурфилософом»), широко признанным одним из самых влиятельных ученых все время и ключевая фигура в научной революции.

Его книга Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica («Математические принципы естественной философии»), впервые опубликованная в 1687 году, заложила основы классической механики. Ньютон также внес плодотворный вклад в оптику, и он разделяет заслугу с Готфридом Вильгельмом Лейбницем за разработку исчисления бесконечно малых. Принципы Ньютона сформулировали законы движения и всемирного тяготения, которые доминировали в взглядах ученых на физическую вселенную в течение следующих трех столетий.Выведя законы движения планет Кеплера из его математического описания гравитации и используя те же принципы для объяснения траекторий комет, приливов, прецессии равноденствий и других явлений, Ньютон устранил последние сомнения в справедливости гелиоцентрическая модель Солнечной системы и продемонстрировала, что движение объектов на Земле и небесных тел может быть объяснено одними и теми же принципами. Теоретическое предсказание Ньютона о том, что Земля имеет форму сплющенного сфероида, было позже подтверждено геодезическими измерениями Мопертюи, Ла Кондамина и других, тем самым убедив большинство континентальных европейских ученых в превосходстве ньютоновской механики над более ранней системой Декарта.Ньютон также построил первый практический телескоп-отражатель и разработал сложную теорию цвета, основанную на наблюдении, что призма разлагает белый свет на цвета видимого спектра. Работа Ньютона по свету была собрана в его очень влиятельной книге Opticks , впервые опубликованной в 1704 году. Он также сформулировал эмпирический закон охлаждения, провел первые теоретические вычисления скорости звука и ввел понятие ньютоновской жидкости. В дополнение к своей работе по исчислению, как математик Ньютон внес вклад в изучение степенных рядов, обобщил биномиальную теорему на нецелые показатели, разработал метод аппроксимации корней функции и классифицировал большинство кривых на кубической плоскости.Ньютон был научным сотрудником Тринити-колледжа и вторым профессором математики Кембриджского университета Лукаса. Он был набожным, но неортодоксальным христианином, который в частном порядке отвергал доктрину Троицы и, что необычно для члена Кембриджского факультета того времени, отказывался принимать священные сан в англиканской церкви. Помимо работы в области математических наук, Ньютон большую часть своего времени посвятил изучению алхимии и библейской хронологии, но большая часть его работ в этих областях оставалась неопубликованной еще долгое время после его смерти.Политически и лично связанный с партией вигов, Ньютон два коротких срока служил членом парламента Кембриджского университета — в 1689–90 и 1701–02 годах. Он был посвящен в рыцари королевой Анной в 1705 году, и последние три десятилетия своей жизни он провел в Лондоне, работая надзирателем (1696–1700) и магистром (1700–1727) Королевского монетного двора, а также президентом Королевского общества ( 1703–1727).

Гете, Ньютон и воображение современной науки

1 Стереотипный взгляд на критику Иоганна Вольфганга фон Гете (1749-1832) метода и результатов теории цветового могущества Исаака Ньютона (1643-1727) говорят следующее.Во-первых, поэт, посвятивший себя богатству жизни, возражал против аналитическое разложение естественного опыта математической физикой. Второй, хотя можно посочувствовать страхам поэта за природу, когда цели знания поставлены на карту, необходимо отстаивать объективность и истинность наука.

2 Главный экспонат в преследовании этого стереотипного взгляда — это работа Гете. полемика против теории белого света и цветов Ньютона. Предполагается, что немецкий поэт, предрасположенный (то есть предвзятый) к простому и яркому белому свету, не мог согласиться с тем, что он состоит из бесчисленных цветов.Цветной свет темнее белого, поэтому, сколько бы важных экспериментов Ньютон ни проделал со своими призмами и линзами, поэт мог не соглашайтесь с тем, что белый свет — это сумма многих темнностей. Гете было суждено своим поэтическим характером делать ошибочные выводы из ощущений и, таким образом, отказаться от Ньютона, экспериментального метода и применения математики к природа. Одним словом, ему суждено было отказаться от современной науки.

3 Стереотипный взгляд так укоренился в комментариях к «Гете против». Ньютону, что не имеет значения, что каждое из предположений предыдущего абзац неверный.Гете столь же критически относился к романтическим излияниям природы. и необоснованные универсальные претензии натурфилософии, как самые трезвые физиков, и он выступал за прогресс дисциплинированных экспериментов и теоретизирование по всем научным направлениям. Когда он впервые занялся призмами и линзами, изучить физическую теорию света и цветов его понимание природы цветов не был установлен, и он фактически был предрасположен в пользу Ньютона теория. Хотя вскоре он отверг дифференциальную рефрактерность Ньютона, Гете всегда утверждал ньютоновскую механику.Это не было априорным поэтическим предрассудком против математического анализа, а скорее выполняет эксперименты , которые привели ему отвергнуть теорию.

4 Гете, который провел интенсивные исследования в области ботаники и анатомии человека. в течение почти десяти лет немедленно начал исследовать, есть ли у Ньютона следовали канонам хорошего экспериментального метода. Он определил, что Ньютон подавлял неблагоприятные явления и рекламировал только то, что поддерживало теория. Чтобы исправить эти недостатки, Гете разработал экспериментальный метод. что обеспечило бы лучший порядок и тщательность в представлении и исследовании явления преломляющего цвета.Его первые публикации по оптике и цвету, два небольших тома (вместе с призмой и карточками) под названием Beiträge zur Optik , даже не выдвигал конкретной теории или гипотезы. Они нацелены вместо этого в систематических, где возможно, непрерывных вариациях, а затем в усложнении простых экспериментов с призмой — например, с использованием призм с более крупными призмами. и меньшие углы преломления или перемещение экрана, на котором брошен ближе к призме или дальше от нее. Эта полнота представления он думал, что вариации экспериментов сделают очевидным для беспристрастных замечает любые недостатки теории дифференциальной рефрактерности — ибо Например, почему так мало воспринимаемых цветов и почему, когда экран перемещен на очень большие расстояния, количество цветов уменьшено до трех, красный, зеленый и фиолетовый.

5 Прежде всего необходимо подчеркнуть, что Гете не ошибался, считая что подобные явления ставят под сомнение адекватность теории Ньютона, хотя бы как теория цветов. Ньютон обычно описывал спектр как состоящий из пяти или семи цветов (красный, [оранжевый], желтый, зеленый, синий, [индиго], фиолетовый: в Английский так называемые цвета ROYGBIV), а потому что степени разные преломляемость в принципе была бесконечной, количество оттенков тоже должно быть бесконечным.Хотя люди, не соблюдающие внимательно интегральный спектр часто утверждают, что он содержит почти безграничное количество цветов, количество оттенков, которые действительно можно различить, довольно мало. [1]

6 Гете вскоре пришел к выводу, что для объяснения цвета нужно знать не только о свете, но также о функции глаз и относительных различий в освещении по горизонтали поле зрения . То есть любая внутренняя дифференциация света может быть в лучшем случае только способствующая причина, а не общая и фундаментально определяющая причина цвет.Вопрос об общей причине цвета, кажется, никогда не приходил в голову. Ньютон и физики, создавшие учебники и пособия по физике. [2] Они считал, что дифференциальная преломляемость световых лучей исчерпывающе объяснила явления цвета. Более поздняя история показывает, что этим вопросом занимался Гете. кто был прав. [3]

7 Но методические изложения Гете экспериментов с рефракцией и цветом явления контраста были встречены физиками безразлично. подошел.Они настаивали на том, что все, что действительно нужно сделать, — это повторить точные эксперименты, которые Ньютон использовал для доказательства своей теории. Что посчитали, по их словам, это было сравнение предсказаний теории с результатом эксперимента путем проведения точных измерений и проведения точных расчетов. Гете никогда не возражал против применения математики к природе — фактически он настаивал на этом — но он думал, что преждевременное упрощенное сведение проблем к количеству и мера скрывает больше, чем открывает. Одержимость измерениями и теоретическими расчетами по одному фактору может привести к скрытому или игнорирование других факторов и компонентов общего явления.

8 Стереотипные точки зрения, очевидно, основаны на стереотипах — на характеристиках общего запаса, которые выдвигаются, как если бы они были реальными объяснениями. Гете был поэтом, Ньютон был ученым. Поэт как тип зависит от воображения, эмоции, выражения, тогда как ученый как тип полагается на рациональность, объективность и каноны метода — осторожную индукцию, строгую логику и числовые точность. Поэтому более чем иронично то, что Гете думал, что это Ньютон позволил воображению ускользнуть вместе с ним, и что именно он, Гете, был защита прав разума, объективности и логики в науке о цвете.Гете беспокоился о роли восприятия, воображения и разума. в науке почти целое десятилетие, прежде чем заняться — возможно, в январе 1790 г. — физическая теория цвета. Пытаясь показать, что у человека есть межчелюстной кости [4] и, пытаясь объяснить рост растений, он осознали необходимость рассматривать как целостные явления и данные, которые мы переживаем в дискретной специфичности в дискретные моменты времени.

9 В 1789 году Гете написал о собственном научном методе в двух комментариях к исследование узоров ледяных кристаллов, выполненное Карлом Людвигом фон Кнебелем (1744-1834), кого он ранее поощрял изучать природу.[5] Первый комментарий одобрен заботы Кнебеля при сборе наблюдений и выполнении экспериментов, но предположил, что его выводы (которые ассимилировали закономерности образования льда до органических форм, таких как перья и растения) были фантастическими. Когда Кнебель отреагировал возмущенно, Гете написал второй, более подробный комментарий. Он одобрительно говорил о необходимости воображения и остроумия в качестве помощников ( Hilfsmittel ). наука. Связанные с интуицией ( Anschauung ), они бесценны для распознавания образует или типов явлений.Подходящее место воображения становится — сказал Гете, — если подумать о том, что существует три вида научных исследование: работа тех, кто (1) делает точные наблюдения, (2) заказывает и определить то, что уже известно, и (3) возьмем первые два вида работы как результатов и, используя воображение, добавить что-то новое. (Предположительно третий вид работы затем немедленно возвращается в новый цикл точного наблюдения и переупорядочивание того, что известно.) Воображение и остроумие проблематичны в первые два вида, но необходимые в третьем для предвидения более отдаленных взаимосвязей явлений друг с другом.

10 Гете вернулся к вопросу о воображении в эссе, которое он написал в 1792 г. (но не публиковал до 1823 г.), так как он заканчивал второй том Beiträge zur Optik. Эссе «Эксперимент как посредник между объектами. и субъект », показывает, что он задумал эти книги об экспериментах с призмами как выполнение первого и второго видов исследований. Две представленные модели Beiträge тщательно разработанные эксперименты в тщательно описанных и систематизированных разнообразная последовательность, так что эксперименты «в первую очередь граничат с одним другой и касаются друг друга без посредничества; действительно, когда кто-то знает и исследует их все в точности, они составляют как бы единый эксперимент, они представляют собой единый опыт с самых разных точек зрения.» Какие результаты — это «переживания более высокого рода», которые могут быть «выражены через короткие и исчерпывающие предложения, расположенные одно рядом с другим, и, когда больше из них было разработано, организовано и вошло во взаимосвязь, так что что они стоят, как математические предложения, непоколебимы, либо по отдельности или вместе взятые ». [6] Именно такой работой продолжал заниматься Гете. до его смерти это можно было бы назвать строго феноменологическим методом научная индукция. Как только эта работа будет выполнена, разум, воображение, и остроумие могут делать все, что им заблагорассудится, как он объяснил Кнебелю в 1789 году.Основная критика, которую Гете довольно мягко высказывает против Ньютона, состоит в том, что он преждевременно дать волю своему воображению в форме предвзятости в в пользу математизированной концепции дифференциальной преломляемости света по цвету. Как и Кнебель, Ньютон прыгнул с первого уровня научные исследования к третьему, наиболее умозрительному виду, без промежуточных работа второго рода.

11 Распространено мнение, что поэт не мог видеть, что у него есть вещи в точности. назад — это был он , который совершил воображаемый прыжок.Но разве это невозможно? что мы привносим стандарты воображения и рациональности в дело Гете против Ньютона, которым недостает обоснования, внутреннего или исторического? Может это на вопрос, на который можно ответить, не выдвигая очередной стереотип?

12 Какова история воображения и рациональности в ранней современной науке? Если мы начнем с чтения Фрэнсиса Бэкона, кажется, что научиться сдерживать воображение с помощью разума было одной из важнейших задач ранней научной революции.Учение Бэкона об идолах в Novum organum можно рассматривать как диагноз патологии воображения. Есть идолы человека как таковые (идолы племени), личности (идолы пещеры), повседневной общественной жизни (идолы рынок) и ученых (идолов театра). Больше всего нуждаются в систематическом исправление является последним: ученые привыкли заявлять о превосходных знаниях, и они разработали традиционный, казалось бы, точный словарь для вещи, которые на самом деле часто лишены смысла.Методическая реформа, которую Бэкон предложенное дает истинное содержание концепциям, используя примеры — наблюдения и опыта — и тестирования или интерпретируя их (используя термин Бэкона) в соответствии с к методам, которые он прописал во второй половине Novum organum . Таким образом, новый концепции можно развивать рационально, а старые полезные концепции, такие как «тепло» можно сначала избавиться от старых фантазий или образов и заполнить их новыми, методично проверенный контент.

13 Гипотезы — спекулятивные фантазии — необходимо сдерживать до тех пор, пока соответствующие объекты, события и события исследуются, классифицируются и концептуально определяются.Факты наблюдения подлежат методической обработке. рациональное, то есть ограниченное правилами, тщательное изучение. Таким образом, рациональное берет на себя управление эмпирический. Исходя историографически с этого момента, было бы легко понимать рационализм и эмпиризм как два основных пути, по которым следовать этому бэконовскому мандату. Если под рациональностью понимать присущие содержание знаний, тогда встанут на сторону рационалистов; если рациональность только методические и процедурные, с эмпириками.

14 Однако все это просто бэконианская история. Это уже сложно на уровне de dicto , поскольку Бэкон не является единственным методологом раннего Нового времени. наука. Но если посмотреть на вещи и дела, de re , история рационального и образное в ранней современной науке начинает полностью обретать разный внешний вид.

15 Рассмотрим Галилея. Иногда говорят, что его фундаментальная кинематическая проницательность пришли из наблюдения за люстрами в соборе Санта-Мария-Ассунта в Пизе.Это хорошо согласуется со стандартной стратегией понимания научных открытие: «логика» открытия всегда ad hoc , это происходит когда и как так и будет, как вдохновение или гениальный ход. Работает по законам ассоциации и сходства. Каким-то образом загорелись качающиеся люстры. В голове Галилея ход мыслей переместился из контекста восприятия на внутренний контекст памяти, воображения и понимания. Как только этот опыт был повторно ассоциирован, то есть связан с проблемами движения, Галилей работал — начался процесс или логика оправдания.

16 Даже если история о люстрах апокрифична, в трудах Галилея есть более прямые свидетельства того, как проницательность развивалась в его научной работе. А также то, что мы находим снова и снова, — это гений Галилея в понимании элементов явление в его динамическом поле, а затем творчески изменяя те элементы, чтобы вывести математический закон, регулирующий явление. Этот гений заставляет нас переосмыслить стереотипы отдельной логики открытия и обоснование.

17 Ярким примером является свободное падение. Всем, кто читал Диалог относительно Двух Мировых Систем знает, что Галилей пришел к кинематической закон свободного падения [7] при скатывании шаров по наклонным плоскостям. Будучи хорошими пропозиционалистами, какими всегда были философы и эпистемологи, мы интерпретируем ситуация как та, в которой гипотетическое предположение должно быть подтверждено объективные доказательства. Предложение является носителем истины (или ложности) и должно быть проверены систематически собираемыми доказательствами.Таким образом, Галилей катал шарики по тщательно подготовленным ровным поверхностям, отмечал пройденное расстояние и истекшее время, и сравнил результаты с расчетными прогнозами гипотеза. Конечно, ему пришлось приложить немало изобретательности и труда, чтобы убедиться, что самолеты были верными (то есть по-настоящему ровными), что шары были идеально круглый, что его устройство измерения времени было достаточно точным, чтобы различать малое время различия и т. д. Кроме того, ему пришлось проработать теоретические следствия представления движения, разделенного на вертикальные и горизонтальные компоненты: Анализ состава сил позволил ему увидеть, что вертикальная составляющая ускоренного движения по наклонной плоскости может быть одинаково хорошо определяется любым углом наклона .

18 Но стандартные эпистемологии с их тенденцией рассматривать идеи или впечатления как отдельные эмпирические единицы, объединенные теориями, упускают из виду ключевой вывод. в основе его открытия. Галилей творчески осознал, что сериал экспериментов в наклонной плоскости с непрерывно изменяющимися углами наклона составляет единство. Начав с почти горизонтальной наклонной плоскости, можно постоянно увеличивайте угол наклона плоскости, чтобы она приближалась к вертикали; в катящийся шар, затем все больше и больше приближается к ситуации свободного падения, пока он становится свободным падением.То есть это ни один эксперимент с наклонной плоскостью, ни какой-либо простое их подмножество или даже их совокупность, понимаемая как отдельные единицы, это под вопросом. Скорее, организующий принцип — это образное представление прогрессивная, упорядоченная вариация экспериментального типа. Окончательный вывод зависит от воображаемого представления о свободном падении как о предельном случае серии. Нет сомнений в том, что только разумное животное может представить себе такой теоретически продуктивный способ, но также не может быть никаких сомнений в том, что рациональность без образному синтезу сериала нечего было бы думать.

19 В третьей, исторической части Zur Farbenlehre (1810), «Materialien zur Geschichte der Farbenlehre, «Гете включил небольшой отрывок о Галилее», «подробнее украсить наши страницы [его имя], чем потому, что отличный человек имеет дело с наш предмет »(HA 14: 97). Тем не менее, причина для его включения есть. Гете понимает, что Галилей противостоит «методу рассредоточения» Бэкона. обучая естествознание сосредоточиваться на главном. [8] Гете цитирует Галилея наблюдение за люстрами собора, показывающими, что

20

для гения один футляр служит для тысячи, поскольку он разработал для себя из качающихся церковных светильников учение о маятнике и падение тел.В науке все зависит от того, что называют aperçu, при осознании того, что на самом деле лежит в основе внешнего вида. (HA 14: 98)

21 «Aperçu» — это термин, который имеет особое значение для Гете, особенно в Farbenlehre и в истории науки о цвете Гете, и она развивает то, что участвует в третьем, творческом, исследовании, описанном Кнебелем. An aperçu — это особое понимание: направленный синтез, который позволяет нам предвидеть целое или совокупность посредством конкретного экземпляра.Как предвосхищение, aperçus нуждаются в обосновании. Они не считаются просто истиной; они могут быть гипотетическими, проблематично, даже ложно. [9] Но ложность aperçu не является ложностью высказываний; это скорее вопрос несоблюдения надлежащего объема или условий понимание, неправильное его применение, незаконное расширение, неправильное восприятие условия явления. Более того, aperçus динамичны. Они похожи концептуальные двигатели, которые продвигают способ видения и воображения: использовать термин это стало центральным в концепции развития наук Гете, а Vorstellungsart .

22 Полная история Vorstellungsarten в историографии науки Гете еще предстоит сказать. Важная глава этой истории ознаменует их отношения Канту. Примерно за год до того, как приступить к физическим явлениям цвета, Гете начал интенсивное изучение Критики чистого разума , а затем Критика суждения . В своих анатомических и ботанических исследованиях он обнаружил, что это необходимо следовать динамическому, генетическому, сравнительному методу.Нельзя просто укажите на верхнюю челюсть и скажите: «Вот межчелюстная!»; нельзя смотреть у растения одного определенного вида в одном конкретном состоянии его роста, и затем заявите, что развитие всех видов было понято.

23 Чтобы определить, есть ли у человека межчелюстная кость и как, например, необходимо соблюдать типичные формы и костные швы у человека. взрослые черепа; нужно исследовать черепа на более ранних стадиях развития, в том числе плод; необходимо изучить стадии развития черепа у других приматов и млекопитающие.Благодаря такого рода исследованиям каждый в конечном итоге приобретает положение, динамически-сочлененный захват развития костей млекопитающих. Аналогично в Ботаника Гете, которая достигла кульминации своего первого этапа с публикацией в 1790 году «Метаморфозы растений»: его обширная сравнительная работа двудольные растения привели его к концепциям Ур-листа и Ура-растения. Они были такими же идеальными типами, динамическими методологическими инструментами для следования формируются в результате разнообразных процессов роста у многих видов, так как они были онтологические постулаты.

24 Такие методы и концепции возникают по мере того, как наблюдатель-экспериментатор приходит к пониманию. быть как дома в «поле эксплуатации» вещи и ее различных функций и выступления. Следовательно, полнота опыта становится такой же важен как выполнение каких-либо конкретных экспериментов, потому что он знакомит исследователи с передним планом, средним планом и фоном поля. Внутри таких полей мы можем видеть характеристики, единства и различия, которые в противном случае не обращать внимания.

25 Первая и третья критика Канта, особенно последняя, ​​вдохновляли Гете. с уверенностью, что динамические концепции и методы, которые он развивал таким образом, небезосновательны. [10] Это вряд ли место для интерпретации трансцендентального воображения Канта, особенно учитывая споры. о возможных различных представлениях о воображении в первом (1781 г.) и втором (1787) издания Critique of Pure Reason . Даже скромная интерпретация будет утверждать, однако, что постижение многообразия интуиции — первая и наиболее обширная область опыта — и воспроизведение представления — это трансцендентные функции воображения, и что трансцендентальное воображение также отвечает за схематизм.Это означает, что пространство и время, воспроизведение количеств и качеств в узнаваемых формах, и концептуальное структурирование осмысленного многообразия (а также способность отмечать концептуальные аспекты презентаций интуиции) считаются образными.

26 Что добавляет Critique of Judgment , так это взаимодействие фундаментальных силы разума, когда объект сталкивается с прекрасным и внушающим трепет (в эстетическом использовании суждения) или с возможными единицами, которые не сводятся механизмам природы (в телеологическом использовании).Кантовское описание того, что бывает в эстетической ситуации уместно: есть игра между способностями, в частности, между воображением и пониманием, когда разум ищет (неудачно, в случае красоты и трепета) для концепции, согласно которой явление может быть отнесено к категории. Хотя Третья критика не описывает В частности, аналогичный процесс для попытки постичь предполагаемое естественное единство, это правдоподобно постулировать подобный вид игры или взаимодействия — по крайней мере, до тех пор, пока разум наталкивается на работоспособное понятие, которое при регулируемом, а не субсумпментальном использовании позволяет продуктивно расширять наши знания о природе.

27 Возможно, Гёте задумал Vorstellungsarten как своего рода сплав. между идолами Бэкона и трансцендентным воображением Канта. Первая критика описывает универсальные функции воображения, присущие человеческому существа как таковые; они соответствовали бы идолам племени, с оговоркой что эти идолы не иллюзии, а базовые структуры представления чувствительность. Более частные функции воображения в его эстетической и естественно-телеологическое использование имело бы внутренние тенденции из-за природы личности (идолы пещеры), к социально-конституционным способам ведения дел с вещами (идолами рынка), и с различными теоретическими способами зачатие вещей (кумиры театра).Процесс научного наблюдения, экспериментирование и теоретизирование, таким образом, никогда не имели бы места чисто и просто рациональные рамки. Явления, которые впервые привлекают наше внимание, непосредственные отношения, в которых мы их воспринимаем, другие явления — к которые мы их связываем, и модальность, которую выражает эта связь, будет определяется Vorstellungsarten.

28 Сам по себе разум не может ответить на вопрос, как одно явление связано с другой, пока Vorstellungsart не представит первые , как (возможно) связанные — хотя после того, как презентация состоялась, разум может ответить на вопрос, какой вид связи предлагается и насколько она правдоподобна.Таким образом, в возраст, когда люди изображают вещи механически, большинство наблюдателей приобретут склонность к механическому переживанию явлений. Человек, имеющий индивидуальная склонность к генетическому объяснению или привыкшая к этому при нетрадиционной тренировке, однако, в самых первых своих наклонностях будет мыслить явления в рамках процессов развития, даже в противном случае его поощряли мыслить механически. Воображение у каждого человека есть индивидуальные, коллективные и просто человеческие аспекты.Гений человек, чье воображение может преобладать над преобладающими способами представления вещи и учите других видеть таким же образом. И все же сила воображения гения не обязательно правдиво.

29 В эпоху, когда разум и воображение стереотипно настроены радикально. В противовес друг другу теория Vorstellungsarten Гете может показаться подозрительной. История философии и психологии со времен Канта и Гете на самом деле склонны все более решительно двигаться в антипсихологическом направлении, к указывают на то, что «разум» и «воображение», «рациональное» и «образное» стали очень почти неопределенные термины.У них больше нет сильной привязки к мир человеческого опыта. Они стали простыми стереотипами. Противоположно рутинные как «ученый» и «поэт», они чаще используются риторически чем описательно. Например, ученые справедливо обижаются, когда они обвиняется в подавлении воображения и разочаровании в мире, в такой же степени как возмущаются их критики, когда их обвиняют в иррационализме и позволяют фантазии бунтуют. В чем именно обвиняют кого-либо, не очень ясно, однако.

30 Традиционные теории воображения — phantasia по-гречески — восходят к Аристотель De anima представляет его как средство или мост между ощущениями и интеллект. Но это только для того, чтобы разместить это, а не для объяснения. Психология Аристотеля понимал психологические силы как процессную деятельность. Сенсация, для Например, принятие внешне ориентированными органами деятельности, которая начинается в вещах мира, и это передается глазу и зрительной системе, уху и слуховая система, нос и ароматическая система и т. д.Это принятие активирует орган таким образом, который дает начало первому сенсорному появлению надлежащего разумные (цвет для глаз, тон для ушей, запах для носа и т. д.). В животном у которого нет высших сил, это конец процесса. Но у высших животных — индекс «кайф» как раз означает наличие силы, превосходящей первое ощущение собственных чувств — деятельность органов чувств и их первое проявление есть освобожден от привязанности к непосредственному присутствию объекта.Активность переводится как движение к другим органам, таким как органы памяти или общие ощущения, и в этих органах эти движения соответствующим образом активируются. По сложности и плотности образов / фантазий, которые выглядят как в результате животные способны считаться с изображениями, что позволяет им вести себя целенаправленно с учетом предыдущего опыта и множества «каналов» сенсорная информация.

31 Различие рационального животного — животного, обладающего речью, чтобы выразить греческий термин zoon logon echon буквально означает, что он имеет дополнительно силу, добродетель интеллекта, чтобы распознать внятный вид (эйдос, вид) фантазмов.Почти две тысячи лет западная мысль принимала основную истину. соответствующего аристотелевского топоса: без фантазий нет мышления. Это не означало, что мышление имеет симпликатор фантазмов, индивидуально или последовательно (как утверждал Гоббс [11]). Это может быть правдой для нечеловеческих животные. Но для людей это означает, что нет мышления, кроме как с помощью уважение к фантазиям — даже когда то, о чем думают (например, чистые актуальность первопричины) нематериальна.В фантазиях и из них человек может распознавать новые структуры — одним из фаворитов Аристотеля было пренебрежительное носы [12], которые, как правило, более абстрагированы от материи, но все же сохраняют призрачный характер.

32 Для понимания того, что воображение значило для Ньютона, важнейшее развитие после Аристотеля относится к математике и решающему разработчику Декарту. С точки зрения Meditationes воображение выглядит обманчивым. факультета (особенно в свете медитаций 1 и 6).Однако история Декарта изобретение аналитической геометрии показывает, что он понимал ее как наиболее требовательный возможно использование воображения, применение, подходящее для решения всех проблем, кроме тех, которые касаются чисто нематериальных вещей (например, res cogitans, его внутренняя деятельность, такая как сомнение и желание, и Бог). Символы и уравнения алгебры не составляли для Декарта отдельную или автономную раздел математики, но вместо этого служил «устройством слежения» для геометрических кривые и трансформации.В раннем, неопубликованном рекламном руководстве Regulae ingenii он утверждал, что большая часть ошибок интеллекта происходит из-за плохого представления объект или даже вообще ничего не воображать или не изображать. Все отношения в проблема должна подвергаться постепенной редукции до образно представимого порядка и меры — не онтологической редукции, а только эвристической. В диаграммы и рисунки представляют собой упорядоченные и измеренные пропорциональные отношения элементов проблемы и могут быть нарисованы (чтобы быть видимыми для восприятия) или просто вообразил.Знаки, которые используются, чтобы отслеживать эти творческие / видимые подсказки могут быть организованы в формулы или уравнения, манипуляции из которых в алгебраической области или области соответствуют преобразованиям в геометрическое поле.

33 Это было высокомобильное воображение — или ingenium , если использовать термин для обозначения активно представляя и представляя силу разума, которую Декарт использовал в Regulae — это была среда для всех этих действий по решению проблем.Технически он понимал это как силу познания ( vis cognoscens ), действующую в и через орган phantasia , который он позже определил как conarion, или шишковидная железа. Эта концепция решения проблем лежит в основе метод, который он предложил в 1637 г. Discours sur la méthode и трех эссе в диоптрии, метеорологии и геометрии, к которой был добавлен Discours . [13] Великие рационалисты, как мы их обычно, но неуместно называем, — Декарт, Паскаль, Спиноза, Лейбниц, Мальбранш — все понимали, что воображение ограничены, а иногда и опасны когнитивно и даже морально, но точное использование воображения было основополагающим для математики и естественных наук природы.[14] Не будет преувеличением сказать, что для них математика и точные науки являются прямым продуктом дисциплинированного воображения. Хотя мы обычно думать о Канте как о создателе современной концепции активного воображения, это было уже хорошо зарекомендовали себя этими предшественниками.

34 Прежде чем мы перейдем к Ньютону, нам нужно сделать еще одно замечание. Из начале восемнадцатого века, в частности, в трудах лейбницких философ-математик Кристиан Вольф, появляется колеблющаяся тенденция рационализировать математику.То есть математика понимается как рациональная, а не творческая деятельность. [15] Это изменение вызывает недоумение. Похоже, что это не столько аргумент, сколько недоверие, что в противном случае столь ущербный и потенциально вводящая в заблуждение сила воображения может быть причиной одного из самые точные и действенные способы познания. Карьера Ньютона охватывает период этой «рационализации» математики. Какую позицию он занял? Что сделал Ньютон понимает воображение?

35 Ньютон очень мало писал о воображении.В своих трудах на английском языке он называл это «причудливо». В ранних записных книжках, которые он вел во время учебы в Кембриджском университете, термин примерно соответствует тому, что позже он назовет «сенсориумом». [16] Сенсориум было тем местом в мозгу, где присутствовал призрак, присутствующий в сознании. произведено. Например, Ньютон говорит в этих блокнотах о том, как разные световые частицы, имеющие разную скорость или вес, давали бы меньшую или большую «Стучат» в глаз и порождают разные «фантазии» о цветах; и о как в воображении остаточное изображение, возникающее при взгляде на солнце, постепенно меняет цвета.В более поздних произведениях фантазия иногда приобретает дополнительные значение силы воображения, которое формирует фантазий, фантазий или воображений в сознании, большинство из которых вымышлены.

36 Кажется вероятным, что, когда Ньютон утверждал, в «Правилах философствования» из Principia mathematica , что он не симулировал гипотезы ( гипотез не fingo ), он критиковал склонность натурфилософов формировать воображаемые объяснения физических явлений с помощью своей фантазии — например, изображение цвета как соответствующее вращению частиц света или воображение что гравитационные силы создаются вихрями возвышенной материи, вращающейся вокруг земли.[17] Его математический способ философствования в натурфилософии. он понимал, что избегает такого рода фантазий.

37 Я не заинтересован в том, чтобы делать банальную точку зрения, которую выдвинул Ньютон . Важнее то, что задуманное на фоне семнадцатого века. понимание математики века, есть непостижимое воображение элемент в теории Ньютона. Уже в оптических произведениях 1670-х гг. он различал то, что было гипотезой, например, его постулирование эфир, и что было теорией.Теоретической для него была математическая структура, которая может быть выведена из наблюдений и экспериментов. Таким образом, он не назвал бы свою теорию дифференциальной преломляемости гипотезой, потому что он опирался не на какую-то полезную выдумку о том, что могло произойти, а на скорее математически описал, что на самом деле происходило с лучами свет. Геометрические диаграммы, которые он нарисовал, представляли собой математические следы лучевых лучей. пути, наблюдаемые в экспериментах с камерой-обскурой, и это представление позволяло выяснение дальнейших отношений дедуктивными математическими методами.Точно так же в Principia он не выдвигал гипотезу о причине гравитации; он вместо этого разработали всеобъемлющую математическую систему (мы бы назвали ее модель) для движений и эффектов, которые может вызвать гравитационная сила. (особенно в Книге 1), а затем, показывая, что модель, уменьшающая сила в соответствии с законом обратных квадратов может учитывать как земные движения и движения лун и планет в солнечной системе, он сделал индукцию, что такая сила тяжести универсальна.Этот математический моделирование в точности, согласно концепции Декарта и Лейбница, является работой рационально направленного воображения.

38 В ранних оптических дискуссиях (1672-1677 гг.) Ньютон не только резко отличал теории от гипотез, но и настаивал на достоверности теорий и он зашел так далеко, что подтвердил, что если он считал дифференциальную рефрактерность гипотезу, которую он «предпочел бы отвергнуть как напрасную и пустую спекуляцию». [18] Он считал, что объяснил истинные свойства света, открыв математически описываемое поведение лучей.Практически никто из его противников бросил вызов этому описанию явления в терминах лучей. В геометрии луч понимался как полупрямая, то есть линия с определенной конечной точкой, которая уходит на неопределенное время в заданном направлении. В смешанная математика , как и оптика, с древнегреческих времен использовался для обозначения света. Эта двухтысячелетняя традиция использования лучей в оптике, однако, обычно не приносила с собой предположение, что лучи были физических реальностей или даже точное описание реальные пути бесконечно малых тел.Но вот на чем настаивал Ньютон: что его эксперименты выявили истинную математическую структуру света. «Луч» таким образом, стало в его трудах не просто математическим устройством, но физической реальностью. также. [19] В отличие от своих предшественников семнадцатого века, он не задумывался о это как воображаемое постулирование.

39 Без явного дошедшего до нас заявления Ньютона о взаимосвязи между математики и воображения, мы можем только догадываться, верил ли он был один. Но в свете его отрицательной оценки воображения в религии и фантазии в натурфилософии, кажется вероятным, что он поверил бы это быть источником ошибок и самообмана.Вероятно, что при нажатии он сказал бы, что математический метод — это, по сути, использование разума, а не воображение. [20]

40 Есть еще одно осложнение. В запросе 28 из Opticks Newton предложили что абсолютное пространство и время составляют сенсориум Бога. В работе от начала 1660-х годов, неопубликованная при его жизни, «De gravitatione et aequipondio Fluidorum », он предположил, что по воле Бога определенные части пространства были сделаны непроницаемыми, то есть эти части были фактически превращены в твердые тела — и что именно благодаря поступательным действиям этой воли тела двигались и были преобразованы.Таким образом, математические законы естественной философии на самом деле были прямым следствием воли Бога. Пространство и время, и даже законы физики, таким образом, будет иметь особый статус. Понять их было бы постичь сущность Бога. [21]

41 Задуманный с точки зрения традиционных теорий внутренних чувств, сенсориум мог бы быть чем-то вроде органа воображения Бога. Даже в этом случае сомнительно, чтобы Ньютон утверждал, что, учитывая, что человек создан по образу и подобию Бога, это облагораживает человеческое воображение.Понимание математических принципов естественной философии — одно из высшие человеческие достижения. Следовательно, это соответствовало бы высшим человеческим силам, не средние или низкие, и уж точно не вымышленные и изобилующие ошибка и обман.

42 Ко времени выхода Трактата Юма (1739-1740) воображение стало сиротский факультет. И эмпиризм, и поздний рационализм изменили свою когнитивную функции других психологических сил. То, что оставалось воображению, было художественное и художественное использование.Не случайно именно в это время эстетика зарождалась как особая дисциплина философии, но это тема на другой день.

43 Некоторые люди, несомненно, сочтут тривиальным историческое перераспределение определенные функции воображения или рассудка. Возможно, они этого ожидают, очень скоро когнитивная наука и нейробиология вытеснят все такие понятия, как устаревшая народная психология. Но даже сегодня к разуму и разуму прибегают, как это было на протяжении веков, когда достижения науки хвалят или оспаривают.Критика Ньютона Гете не была нападением на разум или наука, хотя это часто изображалось именно так. Это не было романтиком или натурфилософское утверждение мистических загадок. На первом этапе критика утверждала, что Ньютон ошибочно принял математическое воображение за чистое свидетельство чувств. В ответ на этот и другие творческие эксцессы, Гете пытался точно определить собственно научную функцию воображения: взаимосвязанные явления после того, как они были тщательно воспроизведены, описаны, и организовано.Позже ему пришлось признать, что мы «теоретизируем с каждым внимательным взглядом на мир» (HA 13: 317), и, соответственно, он развил (под стимул Канта) концепция всеобъемлющего познавательного влияния воображения. Это означало, что он больше не мог критиковать математическую Vorstellungsart просто незаконнорожденный. Но он все еще мог утверждать, что Ньютон внес необоснованный догматизм в науку о цвете и ошибочно утверждал этот цвет можно свести к простой функции лучей.Более того, он продолжил свой решительный поиск истины о цветах, исследуя их с разных точек зрения и в соответствии с различными Vorstellungsarten. Он надеялся побудить других продолжить важную работу по пониманию и развитие сложных областей науки о цвете и опыта.

Дедуктивное доказательство третьего закона Ньютона.

Дедуктивное доказательство третьего закона Ньютона Кен Эмис

1. Справочная информация

Каждый студент-физик изучает три закона движения Ньютона.Заманчиво считать, что это три отдельных и независимых закона. Это не так. И первый, и третий законы могут быть математически выведены из Второй закон, как мы покажем.

То, что первый закон может происходить из второго, известно давно. Второй закон, F _net = m a , говорит нам, что чистая (векторная сумма) всех сил, действующих на тело, равна равняется произведению массы тела на его векторное ускорение.Когда ускорение равно нулю, результирующая сила должна быть равна нулю. Это именно содержание первого закона.

2. Закон Третий

Третий закон Ньютона часто считают «тривиальным», но он более тонкий, чем большинство студентов понимают. В нем утверждается, что «если тело A действует на тело B, то B оказывает на A. силу равной величины и противоположного направления ». F _AB = — F _BA .Пара сил в этом законе часто называется «парой действия-противодействия». Каждая сила считается силой «реакции» другой силы, хотя этот язык просто оформление витрины. Термины «действие» и «реакция» часто вводят в заблуждение. студентам, и их лучше избегать в этих обсуждениях, поскольку они не нужны.

Давайте сначала рассмотрим случай контакта двух тел. Каждый оказывает влияние на другой — на интерфейсе или в точке соприкосновения, где тела соприкасаются.Если эта точка или граница раздела рассматривается как «тело» нулевой массы, тогда второй закон Ньютона говорит нам, что F _net = 0 a , поэтому F _нетто = 0 . Таким образом, результирующая сила, действующая на тело нулевой массы, всегда равна нулю, какие бы силы ни действовали на него. Следовательно, если на тело нулевой массы действуют только две силы, они должны складываться до нуля и, следовательно, должны быть одинакового размера и противоположно направленными.Это устанавливает третий закон Ньютона.

Повторение этого может прояснить ситуацию. Любую силу можно разложить на две части. В этом случае чистую силу на интерфейсе можно считать суммой: (1) чистая сила из-за действия A на границу раздела, и (2) чистая сила сила из-за B, действующего на интерфейс. Два соприкасающихся тела эквивалентны двум телам с телом нулевой массы между ними в точке соприкосновения. Мы показали, что эти две силы складываются в ноль, поэтому они должны быть силами равной величины и противоположного направления.Q.E.D.

3. Взгляд поближе

Если это кажется вам слишком «банальным», мы можем сделать аргументацию более строгой. Рассмотрим три шарика, контактирующих друг с другом, как показано на рис. 1A. Мы показываем только контактные силы двух больших шаров, действующих на меньший. Конечно, меньший оказывает равные и противоположно направленные силы и на большие. Теперь рассмотрим предельный случай, когда маленький шарик становится меньше, как на рис. 1В, и, наконец, на рис.1С малый сжался до нулевого размера — точки. Показанные изначально неравные силы обязательно стали равными. Теперь они также коллинеарны и разнонаправлены.

Рис. 1. Три тела в контакте. Силы действовали на меньшую середину один изначально неравный по размеру или направление. В пределе как средний размер и масса тела оба идут в ноль, эти два силы становятся равными, противоположные и коллинеарно в точке контакт.

Хотя на рис.1 показан случай сжатия в точке контакта, этот аргумент в равной степени применим к силам противоположного направления, например гравитационному притяжению.

4. Контактная поверхность

Когда тела соприкасаются по поверхности, мы можем подразделить поверхность на бесконечно малые части, которые можно рассматривать как точки. Аргумент раздела 2 может быть применен, заключая, что сила A, действующая на B, имеет равную величину и противоположное направление к силе B, действующей на A, и эти силы являются коллинеарными, поэтому они не производят крутящий момент.Теперь, интегрируя по всей поверхности контакта, находим, что net сила A, действующая на B, также имеет равный размер и противоположный размер к чистой силе B, действующей на A, а чистый крутящий момент от всех сил равен нулю, что означает, что F _AB = — F _BA . Опять же, у нас есть установил третий закон Ньютона.

В качестве конкретной иллюстрации рассмотрим два соприкасающихся тела. Теперь поместите кусок бумаги, разделяющей их в точке соприкосновения.Тот факт, что в статье гораздо меньшая масса, чем у двух тел, гарантирует, что результирующая сила, действующая на бумагу очень мала, и силы, которые действуют на нее два тела, почти равны и наоборот. Этот пример может быть полезен при обучении студентов этой концепции.

5. Окончательное обобщение

До сих пор мы рассматривали только тела, находящиеся в контакте. А как насчет сил, которые действуют на расстояние, такое как гравитационные, электрические и магнитные силы? Вот где наш подход к этой проблеме позволяет сделать действительно глубокое понимание.

Рис. 2. Схематическое изображение двух отдельных тел A и B. взаимодействуя с пространством в соответствии с третьим законом Ньютона. Силы на этих телах показаны.

Если между двумя телами любой протяженности есть пространство, но с нулевой массой, тогда рассмотрение пространства как «третьего тела в середине» дает тот же результат, что и выше! Вы не ожидали, что это будет так просто, не так ли?

6.Новые идеи от этого подхода

Рассмотрим последствия этого нового подхода. Если третий закон Ньютона верен во всех отношениях, он говорит нам, что пространство между объектами действительно должно иметь нулевую массу. Вспомните, сколько лет физики потратили на идею вещества, называемого «светоносный эфир», который «заполняет все пространство». [1] Если бы у них была только польза доказательства, изложенного выше, они бы поняли, что этот эфир должен иметь ровно нулевую массу.Тогда, если бы они действительно верили третьему закону Ньютона, у них не было бы беспокоило (теперь заброшенное) понятие эфира. Они бы поняли, что их эфир экспериментально неотличимы от ничего. [3]

Хотя идея светоносного эфира исчезла из учебников, редко оценив даже сноску, современная физика ввела более тонкие и более хитрые способы придать пространству структуру и содержание. У них есть фантазии такие названия, как «состояния вакуума».Если что-то из этого нового якобы «в» космосе имеет массу, или если само пространство имеет массу, то тщательные измерения сил между взаимодействующими телами должны выявить этот факт. Любое неравенство сил действия и противодействия на телах, взаимодействующих через промежуточное пространство, выявило бы массу пространства.

Критики такой интерпретации Третьего закона Ньютона могут возражать против рассмотрения пространство как «безмассовое тело». Почему это должно вызывать такую ​​тревогу? Физики развлекали еще более безумные концепции и даже включали их в свои теории.В ХХ веке физики вполне комфортно жили с понятием безмассовые нейтрино.

7. Почему Ньютон нам об этом не рассказал?

Этот анализ не фигурирует в трудах Ньютона, но он изобрел исчисление и наверняка имел некоторое представление о предельных процессах. [2] Почему он разделил свою революционную идею на три отдельные части? Может быть, он не понимал, что три закона действительно были одним? Мог ли он сдержать это важное понимание чтобы конкуренты не могли легко следовать его «стопам гиганта»?

8.Вывод

Пора перестать говорить о «трех законах Ньютона» и просто сослаться на к такой важной идее, как «закон механики Ньютона». Это на два меньше Студентам, изучающим законы, нужно будет готовиться к экзаменам. Часто говорят, что можно пройдите элементарный курс физики, если вы знаете законы механики Ньютона и все их логические следствия. Эти последствия включают в себя законы сохранения энергии и импульса. Возможно, в этом что-то есть.

---

Примечания

1.Свенсон, Лойд С. Эфирный эфир, история Эксперименты Майкельсона-Морли-Миллера с дрейфом эфира. Техасский университет Press, 1972 г.

2. Ньютон, сэр Исаак. Математические основы естественной философии. 1729.

3. Физики теперь играют с понятиями темной материи и темной энергии, предположительно. заполняя все пространство, учитывая малозаметные данные о движении далеких звезд и галактики.Это никоим образом не отменяет приведенные здесь аргументы. Это просто делает расчеты сложнее.

---

© 2002 Кен Эмис и Дональд Э. Симанек. Разрешение на воспроизведение и использование всего этого документа разрешено образовательной некоммерческой только для целей.

Вернуться на первую страницу.
Перейти к новой теории гравитации Кена Эмиса.
Вернуться к началу этого документа.
Вернитесь к передовой науке.

Разложение сил

Иногда, когда мы изучаем силу, действующую на тело, может быть интересно разложить ее на несколько сил, каждая из которых имеет направление декартовой оси, таким образом, как эффект все они эквивалентны разложенной силе. Изучая представление векторов сечений, на плане OXY получаем:

F → = Fx → + Fy → = Fx · i → + Fy · j →

С учетом определения величины вектора, величина силы F → получается посредством следующего выражения:

F = Fx2 + Fy2

На протяжении всего определения тангенса острого угла мы можем связать величины F _x и F _y с углом α, который имеет место с положительным полувитком X следующим образом:

tanα = FyFx

Кроме того, мы можем соотнести эти величины с нижним углом, образующим F → с осью X, указывающей на сектор системы отсчета, в котором он расположен:

Экспериментируйте и учитесь

Данные

Разложение вектора силы

Перетащите красную точку, чтобы изменить вектор силы F → с рисунка.Посмотрите, как значение его величины F уменьшается, делая его меньше, и увеличивается, делая его больше. Чем больше величина, тем выше интенсивность силы.

Проверьте, как его можно разложить на две силы Fx → и Fy →, установленные по осям координат, действие которых вместе эквивалентно F →. Значения величин этих двух сил получаются при использовании определения синуса и косинуса над треугольным прямоугольником, который сформирован таким образом:

F _x = F · cos (α) = доблесть
F _y = F · sin (α) = доблесть

Пример

Сила определяется следующим выражением: F → = 3 · i → + 2 · j →.Рассчитайте угол по горизонтали.

Физика, лежащая в основе парадокса кота Шредингера

Его мысленный эксперимент с кошачьим парадоксом стал основным продуктом поп-культуры, но именно работа Эрвина Шредингера в области квантовой механики закрепила его статус в мире физики.

Физику, лауреату Нобелевской премии, в понедельник исполнилось бы 126 лет, и в ознаменование его рождения компания Google отметила его рождение фигуркой на тему кошки, которая отдает дань уважения парадоксу, предложенному Шредингером в 1935 году в следующем теоретическом эксперименте.

Кошку помещают в стальной ящик вместе со счетчиком Гейгера, пузырьком с ядом, молотком и радиоактивным веществом. Когда радиоактивное вещество распадается, Гейгер обнаруживает его и запускает молоток, чтобы выпустить яд, который впоследствии убивает кошку. Радиоактивный распад — это случайный процесс, и невозможно предсказать, когда он произойдет. Физики говорят, что атом существует в состоянии, известном как суперпозиция, когда он распался и не распался одновременно.

Пока коробку не откроют, наблюдатель не знает, жива кошка или мертва — потому что судьба кошки неразрывно связана с тем, распался ли атом, и кошка, как выразился Шредингер, будет «живой» и мертв…. в равных частях », пока не будет наблюдаться. (Больше физики: Физика водных горок.)

Другими словами, пока ящик не был открыт, состояние кошки полностью неизвестно, и поэтому кошка считается живой и в то же время мертвым, пока его не заметят.

«Если вы поместите кошку в коробку, и если нет возможности сказать, что кошка делает, вы должны относиться к ней так, как если бы она делала все возможные вещи. — быть живым и мертвым одновременно », — объясняет Эрик Мартелл, доцент физики и астрономии в Милликинском университете.»Если вы пытаетесь делать прогнозы и предполагаете, что знаете статус кошки, вы [вероятно] ошибетесь. Если, с другой стороны, вы предположите, что это комбинация всех возможных состояний, может быть, ты будешь прав «.

Сразу же взглянув на кошку, наблюдатель сразу узнает, жива кошка или мертва, и «суперпозиция» кошки — идея, что она была в обоих состояниях — схлопнется либо к знанию, что «кошка есть жив »или« кот мертв », но не то и другое одновременно.

Шредингер разработал парадокс, говорит Мартелл, чтобы проиллюстрировать точку зрения квантовой механики о природе волновых частиц.

«В конце 1800-х и начале 1900-х мы обнаружили, что действительно очень маленькие вещи не подчиняются законам Ньютона», — говорит он. «Таким образом, правила, которые мы использовали для управления движением шара, человека или машины, нельзя было использовать для объяснения того, как работает электрон или атом».

В основе квантовой теории, которая используется для описания поведения субатомных частиц, таких как электроны и протоны, лежит идея волновой функции.Волновая функция описывает все возможные состояния, которые могут иметь такие частицы, включая такие свойства, как энергия, импульс и положение.

«Волновая функция — это комбинация всех возможных волновых функций, которые существуют», — говорит Мартелл. «Волновая функция частицы говорит о некоторой вероятности того, что она может находиться в любом разрешенном положении. Но вы не можете обязательно сказать, что знаете, что она находится в определенном положении, не наблюдая за ней. Если вы поместите электрон вокруг ядра, он может иметь любое из разрешенных состояний или позиций, если мы не посмотрим на это и не узнаем, где оно находится.