рефераты бесплатно
 
Главная | Карта сайта
рефераты бесплатно
РАЗДЕЛЫ

рефераты бесплатно
ПАРТНЕРЫ

рефераты бесплатно
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

рефераты бесплатно
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Пьер Симон Лаплас. Возникновение небесной механики

Пьер Симон Лаплас. Возникновение небесной механики

Санкт-Петербургский Государственный Университет Математико-Механический

факультет

Реферат по «Истории механики» на тему:

Пьер Симон Лаплас.

Возникновение небесной механики.

Студенки 552 группы

Бызычкиной Инны.

2004

Оглавление

I. О родине 3

II. В коллеже 3

III. Переезд в Париж 4

IV. Ледяная модель кометных ядер 5

V. Астрономия до Лапласа 5

VI. Лаплас в Мелене и «Изложение системы мира» 5

VII. Содержание «Изложения системы мира» 6

VIII. Теория возмущений 6

IX. Возмущение кометных движений 7

X. Возмущения и кольца планет 7

XI. Спутники Юпитера 7

XII. Вековое ускорение Луны 7

XIII. Устойчивость солнечной системы 8

XIV. Форма и вращение Земли 8

XV. Теория приливов 9

XVI. Природа тяготения 10

XVII. Незаконченные открытия 10

XVIII. Еще о математике Лапласа 11

XIX. Методы познания 12

XX. Лаплас в Мелене 14

XXI. Космогония до Лапласа 14

XXII. Лаплас и Гершель 14

XXIII. Рождение планет по Лапласу 15

XXIV. Гипотеза Канта-Лапласа 16

XXV. Идея эволюции 17

XXVI. Лаплас о черных дырах 17

XXVII. Смерть 17

XXVIII. Роль Лапласа в истории астрономии 18

Литература 20

О родине

Лаплас родился 23 марта 1749 года в Бомоне, расположенном на

живописном берегу мелководной речушки Ож в Нижней Нормандии.

О юности Лапласа, обо всем периоде его жизни до появлении в Париже не

сохранилось почти никаких сведений, и не случайно. Лаплас не только не

стремился посвятить в воспоминания отроческих лет своих друзей и знакомых,

но, наоборот, всячески скрывал свое происхождение, стыдясь его. Признанный

гений и вельможа предпочитал не обнажать убогую обстановку своего детства.

В этом отношении Лаплас сильно отличался от многих своих современников-

ученых, вышедших из народной среды и охотно подчеркивавших свое

происхождение.

В коллеже

Прекрасная память и блестящие способности молодого Пьера позволили ему

почти на лету усвоить науки, преподаваемые в провинциальной школе. Древние

языки, особенно латинский, на котором он впоследствии свободно писал,

классическую литературу и математику Пьер освоил без труда. Некоторое время

было посвящено в школе теологии и богословию. Эти предметы преподносились

ученикам в форме казуистических дискуссий на абстрактно-религиозные темы.

Юноша Лаплас мало интересовался религией, и ещё тогда, присмотревшись к

закулисной стороне жизни служителей церковного культа, он сделался

убеждённым атеистом. Однако в последствии Лаплас охотно поддерживал

разговоры на богословские темы и с большим остроумием разбирал тонкие

богословские вопросы: их казуистика забавляла его, он находил в них

остроумные формально-логические комбинации, своего рода математическую игру

понятиями.

Ещё в коллеже Лаплас приступил к самостоятельному изучению более

сложных математических сочинений , лежавших вне кругозора его педагогов.

Тогда же он ознакомился с работами Ньютона по механике и по теории

всемирного тяготения, которая только начинала распространяться во Франции.

В семнадцать лет юный Пьер Лаплас выполнил свою первую самостоятельную

научную работу по математике.

Уже в это время потихоньку от наставников Лаплас ознакомился со

взглядами великих деятелей эпохи Просвещения, основоположников

механистического материализма: Даламбера, Дидро, Гельвеция, Гольбаха и

других. «Большая энциклопедия наук, искусств и ремесел», открывшая

человечеству новые основы мировоззрения в области естествознания и

общественных явлений, произвела на него большое впечатление. Позднее, уже

после переезда в Париж, талантливый юноша ознакомился с «Системой природы»

Гольбаха – библией материализма, как любили тогда называть эту книгу.

Механика Ньютона, завершителем которой был Лаплас, возникла в процессе

борьбы, формирующейся в недрах феодализма буржуазии с феодальным строем и

католической церковью. Развитие производительных сил требовало развития

науки, и буржуазия на первых порах сделала науку своим союзником в этой

борьбе.

Уже в семнадцать лет Лаплас предстает перед нами человеком с довольно

обширными знаниями и определившимися философскими взглядами.

Военное искусство, в особенности артиллерия и фортификация, уже тогда

нуждалось в применении математики и механики, и в военных школах, кроме

уставов, фехтования, тактики и т. п., стали вводить математические науки.

Однако в рядовой военной школе, где преподавал Лаплас, математические курсы

были элементарными и не могли дать удовлетворения его пылкому уму и

растущим знаниям. Правда, он мог вести в свободное время самостоятельные

научные исследования, но кто мог их оценить, кто мог увидеть в них всю силу

его гения? И какова была возможность дальнейшей карьеры в этом захолустье?

Переезд в Париж

Молодой Лаплас искал выхода своим силам, приложения знаниям, общения с

математическими умами своего времени, мечтал о научной работе и удачной

житейской карьере. Юношу тянуло в Париж – туда, где в Академии наук,

основанной в 1666г. министром Людовика XIV Кольбером, собрался цвет не

только французской, но и мировой научной мысли. Парижская академия наук

переживала в этот период свой высший расцвет. Здесь собралась целая плеяда

гениев в области математики и механики, открывавших человечеству все новые

и новые страницы знания.

Наиболее влиятельным лицом в Академии в то время был Жан Даламбер.

Творец «Аналитической механики», один из корифеев «Энциклопедии», он

пользовался огромным почетом.

Едва устроившись в Париже, Лаплас, вооруженный рекомендательными

письмами, направился в Академию наук, желая видеть Даламбера, говорить с

ним, заслужить его внимание. Могут ли рекомендации его бомонских

покровителей не произвести впечатление на Даламбера?

Действительность, однако, не оправдала надежд молодого провинциала.

Даламбер недаром был энциклопедистом и борцом за новое мировоззрение.

Никакие рекомендательные письма не могли вызвать его внимания к человеку,

пока он не удостоверялся в личных достоинствах кандидата.

Переслав Даламберу свои рекомендации, Лаплас долго и безуспешно

пытался привлечь внимание великого геометра или хотя бы добиться длительной

беседы с ним. Все было тщетно. Ни в Академии, ни дома встреча с Даламбером

не удавалась.

Однажды, продолжая охоту за Даламбером, Лаплас ждал в приёмной

возвращения учёного. Вдруг ему пришла в голову блестящая мысль. Он сел за

стол, очинил перо и быстро изложил Даламберу свои взгляды на основные

принципы механики и вероятное развитие этой науки в ближайшем будущем.

Письмо Лапласа произвело на Даламбера огромное впечатление. Такой

эрудиции и глубины мысли он ещё не встречал. На следующий же день Даламбер

ответил Лапласу: «Милостивый Государь! Вы имели случай убедиться, как мало

я обращаю внимания на рекомендации, но Вам они были совершенно не нужны. Вы

зарекомендовали себя сами, и этого мне совершенно достаточно. Моя помощь –

к вашим услугам. Приходите же, я жду Вас». Юноша не заставил себя ждать.

Через несколько дней, благодаря Даламберу, Лаплас стал профессором

математики в Королевской военной школе в Париже.

В течении двух лет Лаплас забрасывал Академию наук работами по

математике и механике, всегда глубокими и оригинальными. Уже в это время он

написал ряд исследований по теории вероятностей, по чистой математике и по

небесной механике, которая скоро стала главным предметом его занятий.

Небесная механика, т. е. изучение движений небесных тел на основе

закона всемирного тяготения, была одной из наиболее трудных и сложных

областей как астрономии, так и науки вообще. Даже для простого ознакомления

с нею требовалось прекрасное знание как результатов наблюдательной

астрономии, так и сложнейших методов математического анализа и механики, в

те времена ещё далеко не совершенных.

В 1773 году Лаплас был избран в Парижскую академию наук, правда, не

как геометр, чего ему хотелось, а как адъюнкт-механик.

Ледяная модель кометных ядер

Хотя Лаплас занимался прежде всего применением математики к задачам

других наук и рассмотрел, в частности, проблему происхождения

короткопериодических комет с позиций небесной механики, здесь он проявил

себя как астрофизик. Лишь через полтора века астрономическому миру стало

известно, что одно из первых применений законов физики к астрономии было

осуществлено гением Лапласа, тогда как вообще началом астрофизики считают

70-е годы XIX, а физическая модель кометных ядер, как твердых тел,

состоящих в основном из замерзших газов, считается выдвинутой американцем

Уипплом. Основное вещество ядра кометы – замерзшая вода, тающая под лучами

солнца, т. е. лёд. Эта так называемая ледяная модель кометных ядер впервые

объяснила их распад и исчезновение, происхождение их громадных газовых

оболочек и гигантских хвостов. Между тем первое суждение о природе

кометного ядра высказал Лаплас на основе опытов, произведенных вместе с

Лавуазье.

В 1783 г. Лаплас вместе с Лавуазье принимал участие в опытах по

горению водорода в кислороде. Их теоретические рассуждения положили начало

к правильному объяснению процессов горения и окисления тел. В частности, в

некоторых высказываниях Лапласа мелькает правильное представление о теплоте

как об одном из видов движения материи.

Астрономия до Лапласа

За два столетия до Лапласа Николай Коперник произвел революцию в

астрономии и во всем мировоззрении. Он «сдвинул» Землю с того центрального

и неподвижного места, которое в течении тысячелетий она занимала в глазах

человечества.

Смелостью своей мысли Коперник низвел Землю в разряд планет,

совершающих свой круговой бег около лучезарного Солнца. В их ряду он

назначил Земле третье место по ее расстоянию от Солнца и, допустив ее

вращение вокруг наклонной оси, объяснил все основные небесные явления,

известные человечеству в ту пору.

Теория Коперника в том виде, в каком она вышла из рук своего творца,

не вполне согласовалась с наблюдениями. Предполагавшая в своей

первоначальной форме круговое движение планет, она не являлась надежным

средством для предвычисления их видимого положения на небе.

В поисках причины этого разногласия между теорией и наблюдениями

Кеплер открыл свои знаменитые законы движения планет. Он убедился в том,

что движение планет происходит вокруг Солнца не по кругам, а по эллипсам, и

что Солнце находится в одном их фокусов этих эллипсов.

Лаплас в Мелене и «Изложение системы мира»

Это большое сочинение (объемом более 400 страниц) было написано в тиши

местечка Мелен, куда Лаплас удалился на время с семьей весной 1793 г. по

совету друзей.

С упоением Лаплас создавал свой знаменитый труд «Изложение системы

мира», где без единой формулы, доступно преподносилась вся сумма

астрономических знаний той эпохи. Лаплас приводил точнейшие тогда числовые

значения, касающиеся планет и их спутников, Луны и Солнца. В это сочинение

он внес много данных, добытых им самим путем кропотливых расчетов, а также

высказал ряд мыслей, которые и сейчас представляют огромный интерес.

История изданий этого популярного по форме изложения, но глубоко

содержательного сочинения была исследована Б.Ю. Левиным в 70-х годах нашего

века.

Странно, что это наиболее популярное и многосторонне сочинение Лапласа

почти никогда не обсуждалось с современных позиций, а изложение его

содержания ограничивалось последним, седьмым примечанием к нему, содержащим

описание его знаменитой космогонической гипотезы без всяких формул и

расчетов.

Содержание «Изложения системы мира»

В «Книге первой» Лаплас рассказывает о разных системах календарей, об

условиях затмений. О физической природе планет тогда сказать было почти

нечего, но движению спутников планет он уделил много места. В главе 13 он

говорит о звездах, об их размерах и расстояниях, о которых он выказал

правильные догадки, а также о собственных движениях звезд. Большое внимание

он уделял их координатам и прецессии. Четыре с половиной страницы посвящены

приливам и их вариациям, десять страниц – земной атмосфере и

астрономической рефракции, ею вызываемой.

В «Книге второй» Лаплас подробно пишет о суточном и годичном движении

Земли, планет, о кометных орбитах, о движении спутников.

«Книга третья» посвящена законам движения и равновесию материальной

точки и системы тел, жидкостей и газов.

В «Книге четвертой» центральная глава излагает теорию всемирного

тяготения; она содержит 124 страницы. Тут и ее основы, и понятия о

возмущениях эллиптического движения планет, комет и спутников всех планет,

рассуждения о фигурах планет и законе тяжести на них, о кольцах Сатурна, о

либрации Луны, прецессии и нутации земной оси, колебаниях морей и атмосфер,

о законе тяготения.

В «Книге пятой» ведется рассказ об истории астрономии. Описав успехи в

области астрономических измерений и телескопических наблюдений, достигнутые

в XVII и XVIII веках, Лаплас большое внимание уделяет градусным измерениям

на Земле, определению размеров Солнечной системы из наблюдения прохождений

Венеры по диску Солнца, открытию Урана и трех малых планет, а также

усовершенствованию инструментов. Книгу завершают главы об открытии

тяготения, о системе мира и перспективах астрономии.

Теория возмущений

Первая крупная работа Лапласа, напечатнная в 1773 г. касается

труднейшего вопроса. Дело идет о примирении теории тяготения Ньютона с

неправильностями в движении двух самых крупных планет солнечной системы –

Юпитера и Сатурна. Эти неправильности обнаруживались уже давно, но никто не

мог дать им точного объяснения, ввести их в рамки известных законов

природы.

Ряд последующиих работ Лапласа затрагивает другие важные вопросы

небесной механики. Главной целью научной работы Лапласа было доказать, что

законом тяготения можно объяснить все движения небесных тел – как те, при

изучении которых он был выведен, так и те, которые на первых порах казались

противоречащами ему.

При исследовании отклонений в движении планет от законов Кеплера

Лапласу приходилось учитывать взаимодействие не двух тел, а трех и даже

больше.

Возмущения в движении планет были представлены в классичесской

небесной механике формулами, содержащими бесконечные ряды очень сложных

членов. Простейшим примером бесконечного ряда членов является известная из

алгебры бесконечно убывающая геометрическая прогрессия.

В работе названной «О принципе всемирного тяготения и о вековых

неравенствах планет, которые от него зависят» (1773), Лаплас рассматривает

замеченное до него явление «беспорядка» в движении гигантских планет. При

сравнении древнейших наблюдений с современными выяснилось, что Сатурн

двигался с явным замедлением, а Юпитер испытывал ускорение своего движения.

В 1773 г. Лаплас применил ряды к исследованию движения Юпитера и Сатурна,

пользуясь в усовершенствованной форме методом, предложенным Лагранжем. При

это м Лаплас доказал, что Эйлер и Лагранж, вычисляя свои ряды, отбросили

такие члены, которые нельзя было отбрасывать, ибо их величина с течением

времени становилась не меньше той, какую давали первые члены рядов. Таким

образом, Лаплас получил более точные формулы, и когда он подставил их в

соответствующие числа для Юпитера и Сатурна, то оказалось, что, благодаря

учету новых членов ряда, вековые ускорения для этих планет пропали. Это

доказывало, что ускорения, наблюдаемые в движении Юпитера и Сатурна,

являются не вековыми, а периодическими, хотя и имеющими, по-видимому, очень

длинный период, измеряемый не одним столетием.

Возмущение кометных движений

Лаплас рассчитал, как велико притяжение Юпитером комет, случайно

проходящих вблизи него. Ведь возмущающая движение сила увеличивается

обратно пропорционально кубу расстояния от возмущающей массы. Исследуя

движение этих небесных тел с учетом заметного притяжения комет планетами,

Лаплас убедился, что возмущения таких больших, массивных планет, как

Юпитер, могут изменить первоначальную орбиту случайно приблизившейся к нему

кометы до неузнаваемости.

Ввиду этого Лаплас считал кометы межзвездными пришельцами, сгустками в

облаках туманностей, подобных той, в которой, по его мысли, образовалась

Солнечная система. Некоторые из них, как он допускал, случайно попадают в

область, где тяготение солнца преобладает над притяжением других, соседних

звезд, и тогда они втягиваются возмущениями от Солнца и больших планет,

становясь новыми членами Солнечной системы.

Возмущения и кольца планет

Лаплас занимался изучением кольца Сатурна и доказал, что оно не может

быть сплошным или твердым, а должно состоять из мельчайших частиц, из

которых каждая движется около планеты самостоятельно; он предсказал, также,

что сама планета в результате вращения должна быть сплюснута у полюсов. Уже

Кант и Лаплас считали, что кольца Сатурна – это система из многих

концентрических колец. Но при помощи «Вояджера» открылась несравненно более

сложная структура – колец у Сатурна по меньшей мере тысячи. Обнаружились и

неожиданные детали – переплетающиеся кольца и так называемые спицы – темные

образования поперек некоторых колец.

Спутники Юпитера

Другой, также блестяще разрешенный Лапласом вопрос касался движения

четырех наиболее ярких спутников Юпитера.

Лаплас в 1789 г. рассмотрел возмущения, которые испытывают эти

спутники со стороны Солнца и друг от друга; он создал теорию, которая не

только блестяще согласовывалась с наблюдениями, но позволила вывести

несколько чрезвычайно простых и важных законов этих движений. Один из этих

законов Лапласа, вытекающих как следствие из его теории возмущений,

говорит, например: время обращения первого из спутников, сложенное с

удвоенным временем обращения третьего, дает в сумме утроенное время

обращения второго (если пренебречь вековыми возмущениями).

Лаплас также доказал, что первоначально законы, открытые им в системе

спутников, могли выполняться приблизительно и только последующее длительное

взаимодействие спутников привело к такому строгому выполнению законов,

какое наблюдается. При помощи своей теории Лаплас определил даже массы

спутников Юпитера, хотя истинные размеры этих тел в то время еще не были

известны.

Вековое ускорение Луны

Одним из наиболее замечательных исследований Лапласа являлось

раскрытие им тайны векового ускорения в движении Луны, не только ставившего

в тупик его предшественников, но и угрожавшего, казалось, продолжительному

существованию Земли и ее спутника.

Луна обращается вокруг Земли по эллипсу, то приближаясь к ней, то

удаляясь от нее. Однако это движение под действием земного тяготения только

в первом приближении происходит по законам Кеплера. Солнце своим

притяжением действует на это движение Луны как возмущающее тело, притом с

очень большой силой. Поэтому движение Луны чрезвычайно сложно. Ее движение

не только постоянно отклоняется от законов Кеплера, но и сама лунная

орбита, как и ее положение в пространстве, непрерывно меняются. Все эти

осложнения движения Луны хорошо нам заметны, потому что Луна – ближайшая к

нам небесное тело.

В 1787 г. Лаплас нашел наконец окончательное и верное решение вопроса,

так долго мучавшего теоретиков и практиков. Лаплас указал причину векового

ускорения в движении Луны и теоретически вычислил его величину.

Лаплас убедился, что средняя скорость движения Луны вокруг Земли

зависит от эксцентриситета земной орбиты. Движение Луны ускоряется, когда

форма орбиты Земли приближается к кругу, и наоборот. Таким образом, вековое

ускорение в движении Луны, как и для Юпитера, является не вечным, а

периодическим, и настанет время, когда Луна станет двигаться с замедлением.

Разрешением лунной загадки Лаплас устранил последнее важное в его

время разногласие между теорией тяготения и наблюдениями. Это был полный и

окончательный триумф ньютонианства и небесной механики.

В третьем томе «Небесной механики» Лаплас дал полное и совершенно

новое изложение теории Луны, пользуясь которым Берг, а затем и Бургардт

составили и издали новые таблицы движения Луны.

Основываясь на формулах Лапласа, его современники и последователи

составили намного более точные и очень важные для практической астрономии

таблицы движения планет.

Устойчивость солнечной системы

Показав, что в движении Юпитера и Сатурна нет вековых неравенств,

Лаплас еще в своей первой работе по этому вопросу поставил и более общий

вопрос: устойчива ли Солнечная система вообще? Если в движении какой-нибудь

планеты, например Земли, наблюдается вековое движение, то это означает, что

среднее расстояние этой планеты от Солнца увеличивается. В результате Земля

может так отдалиться от Солнца, что вследствие уменьшения поступающего

тепла жизнь на ней станет невозможной.

Страницы: 1, 2


рефераты бесплатно
НОВОСТИ рефераты бесплатно
рефераты бесплатно
ВХОД рефераты бесплатно
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

рефераты бесплатно    
рефераты бесплатно
ТЕГИ рефераты бесплатно

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.