11. Технические знания, научные инструменты и измерительные приборы и их роль в становлении и развитии экспериментального естествознания в Новое время. 17-19 вв.

Виды научных инструментов и измерительных приборов. Примеры в древности (см. файл)

Развитие измерительной техники началось в глубокой древности, когда появились первые весы, помогающие измерять количество продаваемого товара. Это произошло несколько тысячелетий назад. В древнем мире, в частности, в Древнем Египте, активно использовались измерительные приборы, помогающие осуществлять раздел земельных участков, строить храмы и дворцы, осуществлять возведение пирамид и прочих объектов. Невозможно было определить время суток без измерительных приборов, поэтому появился такой механизм, как часы. Древние люди умели измерять углы преломления света.

Самые древние весы, обнаруженные археологами, использовались около семи тысяч лет назад в Месопотамии. Конечно, по точности они не могут соперничать с современными, однако уже тогда люди четко осознали необходимость измерения веса у разных предметов.

Самые древние линейки были найдены при раскопках Помпеи: ими пользовались древние архитекторы. На самом деле линейка нужна для проведения прямых линий, измерение расстояния по ней считалось грубым.

В одном часе - 60 минут, в одной минуте - 60 секунд. Этим мы обязаны древним шумерам, которые за две тысячи лет до Н. Э. стали пользоваться шестидесятеричной системой счисления.

Затем в Древнем Египте сутки поделили на два равных двенадцатичасовых отрезка, уже тогда египтяне стали использовать большие обелиски для слежения за временем. Это была своеобразная версия солнечных часов: тень от обелиска, двигаясь по земле, указывала на нарисованном циферблате время. Однако такие часы были крайне неудобны: они, естественно, не учитывают деление земли на часовые пояса, а в пасмурную погоду становятся попросту бесполезными.

На сооружениях практически всех древних цивилизаций были обнаружены следы использования циркуля.

Время изобретения циркуля неизвестно. А самый простой “циркуль” - это расставленные пальцы человеческой руки, которые применялись и в рисовании дуг, и в измерениях. Главный принцип - постоянное расстояние между двумя точками инструмента - мог быть реализован по-разному. И нарисовать окружность можно различными по внешнему виду инструментами.

Известно, что в Древней Греции математики уже в VI-V веках до н.э. пользовались циркулями. Возможно, одно из древнейших изображений такого циркуля, известное историкам, найдено в Китае.

Развитие оптики. Неудачные попытки создания оптических приборов в Античности. Почему не получалось?

Греки придавали термину “оптика” более узкое значение, чем мы: для них это была наука о природе света и зрения, то есть то, что мы сейчас называем физической и физиологической оптикой. Примерно с V в. до н. э. греческие философы начали в своих теориях касаться истинного способа распространения света. Пифагор считал, что объекты становятся видимыми благодаря “выстреливаемым” ими крохотным частицам, попадающим в глаз человека.

Открытые в античности основные оптические эффекты определили развитие как фундаментальной, так и прикладной оптики и легли в основу количественных оптических исследований средних веков.

В 444 г. до н.э. греческий философ Эмпедокл выдвинул теорию, альтернативную идее Пифагора, по которой предметы становятся видимыми благодаря использованию неуловимого щупальца, простирающегося от глаза и захватывающего видимый предмет. Эта идея о существовании какого-то излучения, выходящего из глаза, стала известной под названием “теории окулярных пучков”. Она получила широкое распространение в древности, обсуждалась на протяжении столетий, но встретила сильнейшее сопротивление в 350 г. до н.э. со стороны Аристотеля. Последний считал свет проявлением некоей разряженной среды, называемой пеллуцид и заполняющей все пространство. По его мнению, через эту среду передается определенного рода воздействие от объекта к глазу. Мысль эта, безусловно, созвучна высказанной в XIX в. идее распространения света как колебаний разряженного эфира.

Автором первых дошедших до нас греческих работ по оптике был Евклид. До нас дошла его “Оптика” - трактат по теории перспективы. Законы перспективы выводятся им из четырнадцати исходных положений, установленных на основе оптических наблюдений.

Ко II в. до н.э. теория построения изображений кривыми зеркалами достаточно продвинулась вперед, оправдывая предание, по которому Архимед поджег римский флот около Сиракуз, сконцентрировав солнечный свет “зажигательными” вогнутыми зеркалами. Кроме того, древним грекам было известно и зажигательное действие собирающих линз, описанное впервые в V в. до н.э. в комедии Аристофана “Облака”. О зажигательном действии стеклянных и хрустальных шаров пишут римляне Плиний и Сенека. В эпоху поздней античности оптическими исследованиями занимались Герон Александрийский и Птолемей.

Со времен Герона все ученые стали разделять оптику на катоптрику, т.е. науку об отражении, и диоптрику, т.е. науку об изменении направления световых лучей при попадании в прозрачные среды, например воду или стекло, или, как мы теперь говорим, о преломлении. Явление преломления еще не рассматривалось Героном, хотя было известно грекам с давних времен. Законы преломления изучались Евклидом и Аристотелем, но наиболее подробно исследовались со времен Клеомеда (50 г. до н.э.).

В 130 г. н.э. Птолемей описал первые действительно точные диоптрические измерения в воде, но не смог обнаружить закономерность, связывающую способность к преломлению с величиной угла, на который отклоняет Птолемей обнаружил также явление полного внутреннего отражения. В вопросах отражения света и природы зрения Птолемей не пошел дальше своих предшественников.

Таким образом, открытые в античности основные оптические эффекты определили развитие как фундаментальной, так и прикладной оптики и легли в основу количественных оптических исследований средних веков.

Незнание строения глаза и механизма зрения не позволили ученым античного мира открыть возможность построения действительных изображений и, как следствие, ими не был создан ни один оптический прибор.ся свет.

17 век - начало эффективного использования приборов (телескоп Галилей - астрономия, микроскоп - Антони Левенгук, маятниковые часы - Гюйгенс, ртутный барометр - Торричелли, термометр - Цельсий).

В 1609 г. итальянский астроном, математик, физик и мыслитель Галилео Галилей сконструировал зрительную трубу с трёхкратным увеличением и направил её в небо, разглядывать звёзды, - так зрительная труба превратилась в телескоп. Для астрономических наблюдений Галилей создал телескоп, увеличивающий изображение в 8 раз. Лучший телескоп Галилея увеличивал в 32 раза. С его помощью Галилей разглядел сложный рельеф поверхности Луны, открыл 4 спутника (луны) планеты Юпитер, обнаружил пятна на Солнце, а увеличенный Млечный Путь в телескопе предстал скоплением отдельных звёзд.

В середине XVII в. впервые высказываются мысли и о возможности предсказания погоды, что было связано с изобретением нового прибора, показывающего давление атмосферного воздуха. Конструкция первого барометра была предложена Э. Торричелли - учеником и преемником Галилея на посту придворного математика герцога Тосканы. В последующих исследованиях давления Б. Паскалем было показано, что плотность воздуха изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря и зависит от состояния воздуха - его влажности и температуры. Сохранились описания многочисленных демонстрационных опытов, проводимых Б. Паскалем на улицах городов Франции. Создание барометра послужило началом систематического наблюдения за погодой и становления метеорологии.

Одновременно идет работа и по созданию удобного прибора для измерения температуры. Первая конструкция термометра была предложена Галилеем, но этот прибор даже не был проградуирован и предназначался лишь для сравнения степени нагретости двух тел. После Галилея многие ученые занимались изготовлением таких приборов. X. Гюйгенс и Р. Гук совместно предложили считать опорными точками термометра точку таяния льда и кипения воды, а позже, в XVIII в., появились удобные проградуированные шкалы термометров в этом диапазоне и различные наполнители для них - ртуть, спирт, газ. Наибольшее распространение получила температурная шкала А. Цельсия (1742).

Связь научных достижений и успехов развития техники.

В основе техники лежит использование законов природы. Вся история техники раскрывает диалектическое взаимодействие техники и естествознания. Решая тот или иной технический вопрос на основе уже открытых законов природы, человек вместе с тем открывает новые свойства вещей и тем двигает вперед естествознание. Хотя технические науки появились и начали развиваться в начале XIX века, а сама техника появилась значительно раньше.

На современном этапе развитие техники на основе широкого использования научных знаний - главное условие научно-технического прогресса. Если в прошлом техника в основном представляла собой аккумулированные в средствах труда, преимущественно эмпирические знания и опыт, то ныне в ней всё в большей мере материализуются научные знания.

В современный период важнейшие достижения техники - следствие фундаментальных научных открытий. Чисто эмпирическим путём уже невозможно создавать технические средства, подобные ядерным реакторам, лазерам, компьютерам и так далее; предварительным условием их создания является глубокое изучение и познание физических, химических и иных явлений и процессов, лежащих в основе принципа их действия. Потребности современного производства требуют предварительного изучения этих явлений, их теоретического анализа и обобщения, умения прогнозировать их особенности в иных, ещё не изученных ситуациях. Таким образом, непременное условие развития техники и, следовательно, материального производства - обеспечение опережающего развития науки по отношению к технике, практике

Значение технических приспособлений и измерительных приборов для проведения научных исследований в 17-19 вв.

Создание барометра послужило началом систематического наблюдения за погодой и становления метеорологии.