Движение — самое очевидное свойство материи. С помощью мышц человек может перемещаться с места на место и передвигать предметы; различные виды транспор¬та движутся, используя скрытую в природных топливах энергию. Человек издавна заметил: если прекращается усилие, то прекратится и движение. Этот житейский опыт был обобщен древнегреческим философом и ученым Аристо¬телем (384—322 гг. до н. э.) в виде предположения, что движение есть нечто такое, что требует усилия, и сохра¬няется, только пока прикладывается усилие. По Аристо-телю, для поддержания постоянной скорости движуще¬гося тела нужна постоянная сила, причем большая сила поддерживает большую скорость. Это объяснение разум¬но, когда телу приходится преодолевать силу сопротив¬ления. Однако оно приводит к заблуждению в случае сво¬бодного падения тел. Это объяснение не учитывает силы сопротивления и не дает возможности увидеть, что про¬исходит, когда нет сопротивления. Многие столетия авторитет Аристотеля не позволял подвергнуть сомнению его представления о движении, хотя их ошибочность была очевидной. Теория Аристоте¬ля не давала ответа на вопросы: почему искривляется тра¬ектория брошенного под углом к горизонту камня, поче¬му отскакивает от стены брошенное в нее тело? Нужен был действительно великий ум, чтобы уви¬деть проблему движения по-новому. Должно было на¬ступить время, чуткое к новым мыслям и идеям. Это про-изошло в замечательном XVI веке. Итальянский физик Галилео Галилей (1564—1642) высказал предположение о том, что движение само по себе не важно, важно толь¬ко изменение в движении — ускорение. Он утверждал, что тело, движущееся без трения по горизонтальной плоскости, будет продолжать двигаться с постоянной скоростью. Это означало решительный отход от теории Аристотеля. Перед Галилеем стояла задача установить, что сле¬дует понимать под ускорением — изменение скорости со временем или с пройденным расстоянием. Он пришел к первому определению ускорения, отказавшись от второ¬го, в результате чисто логических рассуждений. При изучении свободного падения тел Галилей столк-нулся с трудной на то время задачей измерения времени. Он нашел способ замедлить процесс падения, заставив тело двигаться по наклонной плоскости с небольшим уклоном. В куске твердой древесины был прорезан прямолинейный желоб с хорошо полированными стенками (рис. 1).
Рис.1 Установив его прд углом к горизонту, Галилей ска¬тывал вниз бронзовый шар. Время прохождения шаром отрезков пути 0,5,1 м и т. д. от начала движения из состо¬яния покоя он измерял путем взвешивания воды, выте¬кавшей из большого резервуара через тонкую трубку. Было установлено, что это время пропорционально корню квадратному из пройденного расстояния. Изучая ускорение свободно падающего тела, Гали¬лей опроверг утверждение Аристотеля, согласно которо¬му скорость падающего тела пропорциональна его весу, путем следующих рассуждений: предположим, что два тела разного веса падают с разной скоростью. Как будут вести себя эти тела, если их скрепить вместе? Более лег¬кое тело должно замедлять движение более тяжелого. Но вместе они образуют еще более тяжелое тело и, следова¬тельно, должны падать еще быстрее. Выход из этого про¬тиворечия можно найти, предположив, что тела будут падать с Одинаковой скоростью. Галилей блестяще подтвердил свою догадку, проде¬лав опыт: пушечное ядро массой 80 кг и мушкетную пулю массой 200 г он сбросил с высоты 60 м. Оба тела достигли поверхности земли одновременно. Галилей впервые провозгласил опыт главным источ¬ником познания, утвердил эксперимент в качестве основ¬ного критерия истинности любой научной теории. Одно из главных открытий Галилея: тела, свобод¬но падающие под действием земного тяготения, и тела, скользящие или скатывающиеся вниз по наклонной плос¬кости под действием силы тяжести, движутся с постоян¬ным ускорением. Последователем Галилея был выдающийся англий¬ский физик и математик Исаак Ньютон (1643—1727). Ньютон сформулировал свой первый закон движе¬ния: ускорение пропорционально вызывающей его силе, а коэффициент пропорциональности представляет собой массу тела. Галилей ощупью подошел к представлению о коли-честве вещества, которое мы называем массой, но четко это было сформулировано лишь Ньютоном. Представление о массе понять не просто, мы будем много раз к нему возвращаться, т. к. оно играет в физике очень важную роль. Сейчас обратим внимание на замеча¬тельный факт: независимо от материала, из которого со-стоит тело, притяжение силы тяжести пропорционально количеству притягиваемого вещества, т. е., на тело, в ко¬тором заключено больше вещества, действует большая 3-т.а притяжения, и при свободном падении его движение •'• ^ет таким же, как и движение меньшего тела. Вспомним теперь об одном из величайших экспери¬ментов в физике, который, строго говоря, назвать экспе¬риментом нельзя, т. к. произошел он случайно. Речь идет : яолоке, упавшем в саду у дома Ньютона в 1666 году. Ньютон говорил, что, заметив падающее яблоко, он зыумался: почему оно упало вниз, а не в сторону, или эвея? Наука того времени давала ответ: сила тяготения Земли заставила яблоко падать в направлении центра Заели. Но только Ньютон задал себе вопрос: как далеко овсггространяется действие этой силы, может ли оно дос-тжнуть Луны? Не подобна ли Луна гигантскому яблоку, ЕГ-отое постоянно притягивается к Земле с силой, дос- •зтт-чной, чтобы не позволять Луне улететь по касатель-яс* в космическое пространство? Гипотеза о том, что тяготение может действовать че-жз пространство, является величайшим вкладом Ньюто-в з физику. Он немедленно проверил эту гипотезу, ис-тсльзуя известные данные — продолжительность лунно-:*т иесяца, расстояние от Луны до Земли, радиус Земли и жгчение ускорения свободного падения §. Ньютону нуж-ш было установить, является ли сила, действующая на .Туту, достаточной, чтобы удержать ее на круговой орби-те При меньшей силе Луна покинула бы Землю, при боль- •рр* — приближалась бы к ней по спирали. Предположив, •гг сила тяготения убывает обратно пропорционально иалрату расстояния, он установил, что ускорение Луны ж»ггг соответствует необходимому, оно оказалось на одну авомую заниженным. Свое открытие Ньютон обнародовал лишь спустя 16 лег когда полученные уточненные данные позволили чииышпъ ошибку расчета до 2%. В 24 года Ньютон сделал одно из величайших от-ктнй всех времен, установив, что все тела во Вселен-заставляет притягиваться друг к другу одна еди-ЗНЗЕ но природе сила. Закон всемирного тяготения мож-ш ~ыло применять ко всей Солнечной системе, он под-жа теоретическую базу под законы, которые Кеплер с трудом вывел из астрономических наблюде-Тихо Браге. Вернемся к еще одному эксперименту Галилея, по-вшему ему открыть свойство изохронности маятни-к. Множество раз наблюдая, как под действием сквозня-«в. эаскачивается в соборе светильник, Галилей заметил, «т период колебаний всегда оставался постоянным, хотя жвглнтуда колебаний могла быть разной.
Изучая колебания маятника, Галилей нашел соотно-вае между периодами колебаний маятников различ-[ хднны и показал, используя грузики из свинца и проб¬ито этот период не зависит от массы, хотя колебания с грузиком из пробки затухают быстрее. Используя биение своего сердца для измерения от-времени (Галилей отличался оригинальностью в хронометра), он установил: период был посто-
Галилей ввел понятие резонанса, показав, что амп¬литуду колебаний маятника можно постепенно увеличи-вать, если дуть на маятник в такт его движениям. Расположив гвоздь на пути нити маятника (рис.2), Галилей изучал движение маятника с уменьшенной дли¬ной нити и показал, что груз всегда достигает высоты, с которой он начал двигаться.
Рис. 2 В тех случаях, когда нить А С наталкивается на гвоздь, помещенный в точке Е или Р, груз маятника поднимется до той же высоты (С или Г), что и в отсутствие помех дви¬жению нити (О). Этим Галилей заложил основы представ¬лений о кинетической и потенциальной энергии. Формы движения К основным формам движения относятся: механи¬ческое, тепловое, электромагнитное, ядерное, химическое, биологическое.
