Das erste physikalische Experiment in der Geschichte der Physik. Geschichte der Physik: Chronologie, Physiker und ihre Entdeckungen

Physik (griechisch von physis – Natur) ist die Naturwissenschaft, die die einfachsten und zugleich allgemeinsten Eigenschaften der materiellen Welt untersucht.

Die Physik ist eines der Hauptgebiete der Naturwissenschaften – die Wissenschaft von den Eigenschaften und der Struktur der Welt, den Formen ihrer Bewegung und Veränderung sowie den allgemeinen Gesetzen natürlicher Phänomene.

Die Begründer der Physik sind so große Wissenschaftler wie: Galio Galilei – italienischer Physiker, Astronom, Philosoph, Mathematiker, Blaise Pascal – französischer Mathematiker, Physiker, Religionsphilosoph, Isaac Newton – englischer Mathematiker, Astronom, Physiker. Newton gilt als Begründer der Physik.

Von den frühen Zivilisationen, die an den Ufern des Tigris, des Euphrat und des Nils entstanden, gab es keine Beweise auf dem Gebiet des physikalischen Wissens; zu dieser Zeit gab es kein System des physikalischen Wissens, sondern nur bestimmte Beschreibungen und Fakten nicht durch theoretische Verallgemeinerungen und Schlussfolgerungen bestätigt. Die Alten nannten Physik jedes Studium der umgebenden Welt und der Naturphänomene. Dieses Verständnis der Physik blieb bis zum Ende des 17. Jahrhunderts bestehen.

Aristoteles verwendete das Wort „fusis“, was „Natur“ bedeutet, erstmals im 4. Jahrhundert v. Chr. Er verwendete auch die Wörter „Materie“ und „Form“.

Aus welcher geschichtlichen Epoche stammt also die Physik, die noch nicht als Wissenschaft bezeichnet werden konnte?

Unserer Meinung nach begann die Naturbeobachtung in der Antike, als der Mensch das Bedürfnis hatte, sich und seine Lieben zu ernähren, der Mensch jedoch noch nicht zur Landwirtschaft und Viehzucht übergegangen war, sondern die Früchte des Waldes und die Jagd auf wilde Tiere nutzte.

Versuchen wir uns ein abstraktes Bild vorzustellen. Durch einen Zufall, bei dem Bäume chaotisch gefällt wurden, landete einer von ihnen auf dem anderen, so dass das Wurzelsystem des „herausgerissenen“ Baumes auf dem Boden lag und sein Stamm, der an einen anderen Baum gelehnt war, frei hing. Ein alter Mann trat versehentlich ziemlich weit vom Drehpunkt entfernt auf den Stamm und hob mit seinem Gewicht das gesamte Wurzelsystem des Baumes an, das viel mehr wog als der Mann selbst.

Der Mann verstand nichts, bemerkte aber diese Funktion, die er bei Bedarf zu nutzen begann. Es erschien also ein Hebel. Dies geschah lange vor den Forschungen des Archimedes (287 v. Chr.). Wir glauben, dass der Mann die Beziehung zwischen den Hebelarmen und den auf sie wirkenden Kräften bemerkt und einigermaßen berechnet hat.

Archimedes brachte die gesamte gesammelte Erfahrung in das System ein. Der Legende nach sprach Archimedes den bekannten Satz: „Gib mir einen Drehpunkt, und ich werde die Erde heben!“

Natürlich meinte er den Einsatz von Hebelwirkung.

Der Beitrag von Archimedes zur Mathematik und Physik ist zweifellos großartig. Archimedes ist der Begründer der theoretischen Mechanik und Hydrostatik. Er entwickelte Methoden zur Ermittlung von Flächen, Oberflächen und Volumina verschiedener Figuren und Körper.

In seinen grundlegenden Werken zur Statik und Hydrostatik (Gesetz des Archimedes) gab Archimedes Beispiele für die Anwendung der Mathematik in Naturwissenschaft und Technik. Er besitzt viele technische Erfindungen: die Archimedes-Schraube, die Bestimmung der Zusammensetzung von Legierungen durch Einwiegen in Wasser, Systeme zum Heben großer Gewichte, militärische Wurfmaschinen.

In der Physik führte Archimedes das Konzept des „Schwerpunkts“ ein. Er begründete die wissenschaftlichen Grundlagen der Statik und Hydrostatik und gab Beispiele für den Einsatz mathematischer Methoden in der physikalischen Forschung. Die Grundprinzipien der Statik werden im Aufsatz „Über das Gleichgewicht ebener Figuren“ formuliert. Archimedes zieht Schlussfolgerungen über das Gesetz der Hebelwirkung. Das berühmte Gesetz der Hydrostatik, das unter dem Namen Archimedes (Archimedes-Gesetz) in die Wissenschaft einging, wurde in der Abhandlung „Über schwimmende Körper“ formuliert.

Wir glauben, dass das Erscheinen des Segels auch zufällig geschah. Die alten Menschen sammelten wiederum Erfahrungen durch Beobachtung. Wir glauben, dass jemandem aufgefallen ist, dass sich der Baumstamm ziemlich schnell zu bewegen beginnt, wenn man mit einem einfachen Ruder aufsteht und auf einem Baumstamm schwimmt und gleichzeitig Rückenwind weht. Vielleicht ist jemandem aufgefallen, dass sich ein auf dem Wasser schwimmender Baumstamm mit hervorstehenden Ästen schneller bewegt als ohne Äste. Später baute der Mensch bewusst eine Art Segel aus Zweigen mit Blättern oder aus Tierhaut. So entstand das erste primitive Segel.

Viele Jahrhunderte später entstanden aufgrund der gesammelten Erfahrungen der Menschheit Segelschiffe, die bereits in der Lage waren, gegen den Wind zu segeln. Und darunter eine Bark, das modernste Segelschiff. Dieses Phänomen beruht auf der Addition einwirkender Kräfte.

Eine weitere größte Erfindung der Antike ist das Rad. Wir glauben, dass es sich höchstwahrscheinlich um eine kollektive Erfindung handelt, da nicht eine Person ein Rad erfinden, es dann auf eine Achse stecken, eine Plattform daran befestigen und so einen Karren erhalten könnte. Wir glauben, dass die alten Menschen bemerkten, dass es einfacher ist, einen dicken Baumstamm über den Boden zu bewegen, wenn man runde Holzstücke unter den Baumstamm legt. Als Ergebnis der Gedanken einer Person, nicht einmal einer Gruppe von Menschen, sondern ganzer Generationen, entstand ein Rad.

Die Erfindung des Rades gab der Entwicklung der modernen Zivilisation enorme Impulse.

Hier möchte ich die Zivilisation der alten Inkas erwähnen. Die Inkas sind ein Indianerstamm, der auf dem Land moderner Länder wie Peru, Ecuador, Bolivien und anderen lebte. Die alten Inkas kannten oder benutzten das Rad aufgrund der Topographie des Landes, das sie bewohnten, nicht. Peru ist ein Gebirgsland und die Inkas bemerkten nicht, dass der sprichwörtliche Baumstamm durch Stampfen bewegt werden konnte.

Daher glauben wir, dass die Physik auf der Grundlage der Sammlung von Beobachtungen, Erfahrungen und Informationen entstanden ist. Als genügend solcher Informationen angesammelt waren, systematisierten die größten Wissenschaftler der Antike das gesammelte Wissen und schufen eine grundlegende Theorie der Mechanik.

Ich möchte unsere kleine Reflexion über die Geburt der Physik mit einem Gedicht beenden:

Lesen, hören und verstehen,

Denken Sie öfter nach, denken Sie, lernen Sie,

Sie fliegen in verschiedene Genres

Und die Bücher ganz verschlingen,

Aber verpassen Sie nichts!

Denken Sie daran, dass jeder vernünftige Mensch

Liest Bücher aus verschiedenen Jahren.

Er lebt in ihnen, singt und tanzt,

Von dort nimmt er sein Wissen

Und er wird alles wörtlich wissen,

Hört zu, denkt, weiß,

Zurück in der Welt

Er wird es allen erzählen

Was für wundervolle Landschaften geben,

Bilder aus den schönsten Tälern,

Wo hat er gedanklich sein Leben gelebt?

Und die Welt öffnete sich von anderen Seiten.

Dafür bin ich mein ganzes Leben lang dankbar

Literarisch wunderbares Licht,

Seit der Antike über die Welt verbreitet.

Literatur:

1. Großes enzyklopädisches Wörterbuch, Kap. Hrsg. Prokhorov A.M. - M.: Große russische Enzyklopädie, 2002. - 1456 S.

2. Zhitomirsky S.V. Wissenschaftler aus Syrakus: Archimedes. Historische Geschichte. - M.: Junge Garde, 1982. - 191 S.

3. Ozhegov S.I., Shvedova N.Yu. Erklärendes Wörterbuch der russischen Sprache: 72500 Wörter und Ausdrücke / Russische Akademie der Wissenschaften. Institut für Russische Sprache; Russische Kulturstiftung. - M.: Az Ltd., 1992. - 960 S.

4. Tsareva M. V. Gedicht, „Great Reading Books“, 2015.

Linie UMK A.V. Peryshkin. Physik (7-9)

Linie UMK G. Ya. Myakisheva, M.A. Petrova. Physik (10-11) (B)

Linie UMK N. S. Purysheva. Physik (7-9)

Linie UMK Purysheva. Physik (10-11) (BU)

Wie funktioniert der Motor des Fortschritts?

Zur Verbesserung der Methoden des Physikunterrichts in Russland: vom 18. bis zum 21. Jahrhundert.

Physik. Wer hat herausgefunden, warum es explodierte, wie man es berechnet, was es ist, warum das passiert, warum dieser Teil benötigt wird, wohin geht die Energie? Hunderte von Fragen. Auf eine große Zahl gibt es Antworten, auf eine große Zahl gibt es keine Antworten und eine noch größere Zahl wird überhaupt nicht genannt. Wie hat sich die Lehre einer der wichtigsten Disziplinen in den letzten drei Jahrhunderten verändert?
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Ein wichtiges Merkmal der Physik ist ihr enger Zusammenhang mit der Entwicklung der Gesellschaft und ihrer materiellen Kultur, da sie in keiner Weise das „Ding an sich“ sein kann. Die Physik hängt vom Entwicklungsstand der Gesellschaft ab und ist gleichzeitig der Motor ihrer Produktivkräfte. Deshalb kann die Wissenschaft der Natur und ihrer Gesetze als „Schnitt“ betrachtet werden, an dem man das wissenschaftliche Potenzial des Landes und den Vektor seiner Entwicklung erkennen kann.

Kapitel zuerst. Achtzehntes Jahrhundert

Zunächst wurden bestimmte Themen der Physik (gelehrt nach Aristoteles) im Rahmen eines Philosophiekurses an den beiden größten slawisch-griechisch-lateinischen Akademien: Kiew-Mohyla und Moskau studiert. Erst zu Beginn des 18. Jahrhunderts entstand die Physik als eigenständiges Fach, das sich von der Naturphilosophie löste und eigene Ziele und Zielsetzungen bildete, wie es sich für eine echte Disziplin gehört. Dennoch wurde der Unterricht in den klassischen Sprachen, also Latein und Griechisch, fortgesetzt, was die Zahl der studierten Fächer deutlich reduzierte.

Mit Blick auf die Zukunft stellen wir jedoch fest, dass die Arbeit an der Erstellung einheimischer methodischer Literatur zur Physik in Russland viel früher begann als im Westen. Schließlich wurde in unserem Land die Physik als akademisches Fach Ende des 18. Jahrhunderts in die Schulen eingeführt, in Europa dagegen erst Ende des 19. Jahrhunderts.

Vorerst - Peter der Große. In diesem Satz steckt alles: die Erwartung einer Europäisierung der Bildung, ihrer Verbreitung und Popularisierung. Bärte haben damit nichts zu tun, vergessen Sie Bärte. Durch die flächendeckende Eröffnung neuer Bildungseinrichtungen erreichte die Physik in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts ein neues Niveau und wurde zu einem eigenständigen Fach an den Universitäten.

Linie UMK A.V. Peryshkin. Physik (Klassen 7-9) In der überarbeiteten Fassung der Lehrmaterialien wurde am Ende jedes Kapitels ein zusammenfassendes Zusammenfassungsmaterial mit kurzen theoretischen Informationen und Testaufgaben zum Selbsttest hinzugefügt. Die Lehrbücher wurden außerdem durch Aufgaben unterschiedlicher Art ergänzt, die auf die Entwicklung von Metafachkompetenzen abzielten: Vergleichen und Klassifizieren, Formulieren einer begründeten Meinung, Arbeiten mit verschiedenen Informationsquellen, einschließlich elektronischer Ressourcen und dem Internet, Lösen rechnerischer, grafischer und experimenteller Probleme

An der Moskauer Universität wurden seit 1757 Vorlesungen über Physik von Demonstrationen von Experimenten begleitet. Mitte des Jahrhunderts ermöglichte die Ausstattung der Universitäten mit Instrumenten den Übergang vom „Kreidestadium“ zu einem komplexeren Stadium – der „Instrumentalphysik“, aber in den meisten Fällen wurde das Studium physikalischer Phänomene nicht nur begleitet, sondern reduziert zu einer detaillierten Untersuchung der Instrumente. Der Student hatte eindeutig eine Vorstellung vom Funktionsprinzip von Stäben, Platten, Thermometern und einer Voltaiksäule.

Kapitel Zwei. Neunzehntes Jahrhundert

Was bestimmt den Erfolg des Unterrichts eines Fachs? Von der Qualität der Programme, Methoden, materiellen Ressourcen und der Sprache der Lehrbücher über die Verfügbarkeit physischer Instrumente und Reagenzien bis hin zum Niveau des Lehrers selbst.

In der Zeit, von der wir sprechen, gab es weder in der Schule noch an der Universität ein einheitliches Physikprogramm. Was haben die Schulen gemacht? Schulen arbeiteten auf der Grundlage von Materialien, die im Bildungsbezirk entwickelt wurden, Universitäten – auf der Grundlage des Kurses eines maßgeblichen Autors oder nach dem vom Professorenkollegium genehmigten Kurs des Autors.

In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts änderte sich alles. Das bereits erwähnte Physiklabor an der Moskauer Universität wuchs, die Sammlung von Demonstrationsinstrumenten nahm zu und beeinflusste aktiv die Wirksamkeit des Unterrichts. Und im Physikprogramm von 1872 wurde empfohlen, den Studierenden gründliche Kenntnisse zu vermitteln, zu diesem Zweck „die Anzahl der Fakten für jede Abteilung der Phänomene zu begrenzen und sie vollständig zu studieren, anstatt über eine große Menge oberflächlicher Informationen zu verfügen“. Ganz logisch, wenn man bedenkt, dass die Theorie der Physik zu dieser Zeit logisch war und keine äußerst instabilen Dilemmata aufwies.

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Wie wurde Physik gelehrt? Reden wir über Methoden.

Über Lehrtätigkeiten Nikolai Alexejewitsch Ljubimow, ein herausragender russischer Physiker, Professor und einer der Gründer der Moskauer Mathematischen Gesellschaft, schrieb Folgendes: „N. A.s pädagogische Tätigkeit an der Moskauer Universität stellte zweifellos einen bedeutenden Fortschritt dar.“ Beim Aufbau des Physikunterrichts war es notwendig, fast beim ABC anzusetzen und ihn zu der Perfektion zu bringen, die er in den Händen von N. erreichte. A. erforderte große Anstrengungen und bemerkenswerte Fähigkeiten.“ Ist das Alphabet also eine Metapher oder ein realer Sachverhalt? Es scheint, dass dies ein realer und dem aktuellen Stand der Dinge in vielen Bildungseinrichtungen recht ähnlicher Fall ist.

Eine der beliebtesten Methoden des Physikunterrichts im 19. Jahrhundert war das Auswendiglernen von Stoffen, zunächst aus Vorlesungsskripten, später aus kurzen Lehrbüchern. Es überrascht nicht, dass der Wissensstand der Studierenden alarmierend war. Derselbe Nikolai Alekseevich äußerte sich ganz klar zum Wissensstand der Gymnasiasten:

„Der größte Nachteil unseres Unterrichts besteht darin, dass er nur oberflächliche Informationen vermittelt ... Wir mussten uns in Prüfungen mehr als hundert Antworten anhören. Es entsteht nur ein Eindruck: Die Person, die antwortet, versteht nicht, was sie selbst beweist.“

Ein weiterer herausragender und bekannter russischer Chirurg, Naturforscher und Lehrer Nikolai Iwanowitsch Pirogow vertrat die gleiche Meinung und sprach sich für die Bedeutung nicht nur der persönlichen Qualitäten eines Lehrers, sondern auch seiner Tätigkeitsmethoden aus.

„Es ist an der Zeit, dass wir verstehen, dass die Aufgabe eines Gymnasiallehrers nicht nur darin besteht, wissenschaftliche Informationen zu vermitteln, sondern dass die Hauptaufgabe der Pädagogik genau darin besteht, wie diese Informationen den Schülern vermittelt werden.“

Das Verständnis des Trugschlusses dieses Ansatzes ermöglichte den Übergang zu einer grundlegend neuen Methode des experimentellen Unterrichts im Vergleich zum 18. Jahrhundert. Nicht das detaillierte Studium von Instrumenten und das Auswendiglernen von Texten steht im Vordergrund, sondern der selbstständige Erwerb neuer Erkenntnisse aus der Analyse von Experimenten. Die 1854 erstellte Liste der Instrumente der Moskauer Universität umfasste 405 Instrumente, die meisten davon gehörten zur Abteilung für Mechanik, etwa 100 zur Abteilung für Elektrizität und magnetische Eigenschaften und etwa 50 Geräte zur Heizung. Der Standardsatz aller Schränke und Instrumente, deren Beschreibung in jedem Lehrbuch zu finden ist: Archimedes-Schraube, Siphons, Tore, Hebel, Reiherbrunnen, Barometer, Hygrometer.

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Die Satzung von 1864 sah vor, dass Real- (mit Vorrang naturwissenschaftlicher Fächer) und klassische Gymnasien über Physik-Klassenzimmer verfügten, erstere zusätzlich über eine Chemie-Klasse. Die aktive Entwicklung der Physik in den 1860er Jahren, ihre untrennbare Verbindung mit der Industrie und der Entwicklung der Technologie, der allgemeine Anstieg des Niveaus der Studenten sowie die Zahl der Menschen, die bereit waren, sich einer angewandten Disziplin zu widmen, beeinflussten die Zukunft der Physik Vaterland, führte zum „wissenschaftlichen Hunger“. Wie ist es? Dies ist ein akutes Gefühl des Mangels an Fachkräften mit praktischer wissenschaftlicher Arbeit. Wie kann dieses Problem gelöst werden? Das ist richtig, lehren Sie, wie man arbeitet, und lehren Sie, wie man unterrichtet.

Die erste allgemeine Arbeit über Methoden des Physikunterrichts war Buch von Fjodor Schwedow, veröffentlicht 1894, „Methodologie der Physik“. Dabei wurden der Aufbau eines Lehrgangs, die Einordnung von Methoden und deren psychologische Begründung untersucht und erstmals eine Beschreibung der Zielsetzungen des Faches gegeben.

„Die Aufgabe der Methodenwissenschaft besteht nicht nur darin, die Kunst, sozusagen, die Virtuosität der Darstellung zu entwickeln, sondern vor allem die logischen Grundlagen der Wissenschaft zu klären, die als Ausgangspunkt sowohl für die Auswahl des Materials als auch für die Reihenfolge seiner Anordnung in jedem vorgestellten Kurs, dessen Zweck beabsichtigt sein soll.

Diese Idee war für ihre Zeit fortschrittlich und hat auch in der Neuzeit keineswegs ihre Bedeutung verloren.

Die vorrevolutionäre Zeit war durch einen starken Anstieg der Zahl methodischer Veröffentlichungen gekennzeichnet. Wenn Sie alle innovativen Ideen sammeln, die in den Werken von Lermanov, Glinka, Baranov und Kashin enthalten sind, erhalten Sie eine interessante Liste:

• Einführung von „fruchtbarem“ statt „sterilem“ theoretischem Wissen.
• Umfangreicher Einsatz von Demonstrationen.
• Zweistufiges System.
• Entwicklung und Einsatz selbstgebauter Geräte.
• Wahrnehmung der Physik als eine Disziplin, die das Weltbild prägt.
• Experimentelle Methode als eine der Grundlagen des Unterrichts.
• Anwendung von Induktion und Deduktion.
• Eine kreative Kombination aus Theorie und Experiment.

Es war der Ausbau wissenschaftlicher Labore, die Einführung von Laborarbeitspraktiken in der Hochschul- und Universitätsausbildung und die Entwicklung der wissenschaftlichen Forschung, die um die Jahrhundertwende zu einem Anstieg wissenschaftlicher Entdeckungen führten. Viele Trends sind bis heute unverändert geblieben und sorgen für Kontinuität und ständige Verbesserung in der Lehre einer der wichtigsten Disziplinen zum Verständnis der Welt.

Kapitel drei. Zwanzigstes Jahrhundert

Linie UMK N. S. Purysheva. Physik (Klassen 10-11) Grundlage des nach dem Programm des Autors verfassten Kurses ist ein induktiver Ansatz: Der Weg zu theoretischen Konstruktionen führt über alltägliche Lebenserfahrungen, Beobachtungen der umgebenden Realität und einfache Experimente. Besonderes Augenmerk wird auf die praktische Arbeit der Schüler und einen differenzierten Lernansatz gelegt. Mit Lehrbüchern können Sie Einzel- und Gruppenarbeiten für Gymnasiasten organisieren und so die Fähigkeiten sowohl der selbstständigen Tätigkeit als auch der Zusammenarbeit im Team entwickeln.

Schüler und Studenten mussten das alles erklären. Im Laufe eines halben Jahrhunderts hat sich das Weltbild verändert, was bedeutet, dass sich auch die Unterrichtspraxis ändern sollte. Der größte Durchbruch in den Mikrokosmos, die Quantentheorie, die spezielle Relativitätstheorie, die Kernphysik und die Hochenergiephysik.

Wie war der Physikunterricht in Russland nach der Revolution von 1917 aufgebaut? Der Bau einer neuen einheitlichen Arbeitsschule nach sozialistischen Prinzipien veränderte die Inhalte und Methoden der Ausbildung radikal:

• Die Bedeutung der Physik wurde im Lehrplan und in der Lehre gewürdigt.
• Es wurden Forschungsinstitute und Zentren für pädagogische Wissenschaften gegründet und an pädagogischen Universitäten wurden Abteilungen für Methodik eingerichtet.
• Die sowjetische Physik macht die Entwicklungen und fortschrittlichen Trends der vorrevolutionären Zeit nicht zunichte, ABER.
• Sein Merkmal (wie könnte es ohne das sein?) ist der Materialismus; der Inhalt der Forschung ist untrennbar mit den Bedürfnissen und der Ausrichtung des Landes verbunden. Der Kampf gegen den Formalismus – warum eigentlich nicht?

Mitte des 20. Jahrhunderts erlebte die ganze Welt eine wissenschaftliche und technologische Revolution, bei der die Rolle sowjetischer Wissenschaftler von unschätzbarem Wert war. Das Niveau der sowjetischen technischen Ausbildung ist legendär. Von den späten 1950er Jahren bis 1989, als das Land in eine neue Krisenphase eintrat, entwickelte sich die Physik intensiv und ihre Lehrmethoden reagierten auf eine Reihe von Herausforderungen:

• Der neue Studiengang muss den neuesten Errungenschaften von Wissenschaft und Technik entsprechen. Lehrbücher von 1964 enthielten bereits Informationen über Ultraschall, künstliche Erdsatelliten, Schwerelosigkeit, Polymere, Eigenschaften von Halbleitern, Beschleuniger geladener Teilchen (!). Es wurde sogar ein neues Kapitel eingeführt – „Physik und technischer Fortschritt“.
• Neue Handbücher und Lehrbücher für die weiterführende Schule müssen neuen Anforderungen gerecht werden. Welcher? Das Material wird auf zugängliche, interessante Weise präsentiert, mit einer breiten Anwendung von Experimenten und einer klaren Offenlegung der Gesetze der Physik.
• Die kognitive Aktivität der Schüler soll ein neues Niveau erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wurden schließlich die drei Funktionen des Unterrichts festgelegt: Bildung, Bildung und Entwicklung.
• Technische Lehrmittel – was wären wir ohne sie? Das Schulphysik-Experimentiersystem muss verbessert werden.

Es waren sowjetische Methodologen, die einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Struktur und Methoden des Unterrichts technischer Disziplinen leisteten. In der UdSSR wurden neue Formen des Physikunterrichts entwickelt, die bis heute verwendet werden: Problemunterricht, Konferenzunterricht, Seminarunterricht, Exkursionsunterricht, praktischer Unterricht, experimentelle Probleme.

„Die Methodik der Physik muss drei Probleme lösen: Warum lehren, was lehren und wie lehren?“ (Lehrbuch von I. I. Sokolov).

Achten Sie auf die Reihenfolge, sie ist die Grundlage einer guten Ausbildung.

Kapitel Vier. Einundzwanzigstes Jahrhundert

Dieses Kapitel ist noch unvollendet, es ist ein offenes Blatt, das ausgefüllt werden muss. Wie? Durch die Schaffung eines Fachs, das sowohl dem technischen Fortschritt als auch den Herausforderungen gerecht wird, denen sich die heimische Wissenschaft derzeit gegenübersieht, und mit dem Ziel, das wissenschaftliche und erfinderische Potenzial der Studierenden zu fördern.

Geben Sie einem Schüler den Text der Lektion – er wird ihn lernen.

Geben Sie einem Schüler den Unterrichtstext und die Instrumente – und er wird das Funktionsprinzip verstehen.

Geben Sie einem Studenten den Text einer Vorlesung, Instrumente und ein Lehrbuch – und er wird lernen, sein Wissen zu systematisieren und die Wirkungsweise von Gesetzen zu verstehen

Schenken Sie einem Schulkind Lehrbücher, Vorlesungen, Instrumente und einen guten Lehrer – und es wird zu wissenschaftlicher Arbeit inspiriert

Geben Sie einem Studenten all dies und die Freiheit, das Internet, und er hat die Möglichkeit, jeden Artikel sofort zu erhalten, ein 3D-Modell zu erstellen, ein Video eines Experiments anzusehen, seine Schlussfolgerungen schnell zu berechnen und zu überprüfen, ständig neue Dinge zu lernen – und das werden Sie Holen Sie sich eine Person, die lernt, selbst Fragen zu stellen. Ist das nicht das Wichtigste beim Lernen?

Die neuen pädagogischen und methodischen Komplexe des „Russischen Lehrbuchs“* sind eine Kombination aller vier Jahrhunderte: Text, Aufgaben, obligatorische Laborarbeiten, Projektaktivitäten und E-Learning.

Wir möchten, dass Sie Kapitel vier selbst schreiben.

Olga Davydova
*Seit Mai 2017 ist die gemeinsame Verlagsgruppe „DROFA-VENTANA“ Teil des russischen Schulbuchkonzerns. Zum Konzern gehören außerdem der Astrel-Verlag und die digitale Bildungsplattform LECTA. Zum Generaldirektor wurde Alexander Brychkin ernannt, Absolvent der Finanzakademie der Regierung der Russischen Föderation, Kandidat der Wirtschaftswissenschaften und Leiter innovativer Projekte des DROFA-Verlags im Bereich der digitalen Bildung.

Zusammenfassung zum Thema: „Geschichte der Physik“

Entwicklung der Physik

Die Physik gehört zu den Naturwissenschaften, deren Aufgabe es ist, die Natur zu studieren, um sie dem Menschen unterzuordnen.

In der Antike bedeutete das Wort „fiika“ Naturgeschichte. Anschließend wurde die Naturgeschichte in eine Reihe von Wissenschaften unterteilt: Physik, Chemie, Astronomie, Geologie, Biologie, Botanik usw.

Unter diesen Wissenschaften nimmt die Physik gewissermaßen eine Sonderstellung ein, da ihr Untersuchungsgegenstand alle grundlegenden, allgemeinsten und einfachsten Bewegungsformen der Materie sind.

Die Anhäufung von Wissen über Naturphänomene erfolgte bereits in der Antike. Sogar Naturvölker, die Ähnlichkeiten und Unterschiede in den Phänomenen der umgebenden Welt bemerkten, erlangten durch ihre Praxis einige Kenntnisse über die Natur. Anschließend führte die Systematisierung des angesammelten Wissens zur Entstehung der Wissenschaft.

Die Erweiterung und Verfeinerung des Wissens über Naturphänomene wurde von Menschen aufgrund praktischer Bedürfnisse durch Beobachtungen und auf einer höheren Stufe der Entwicklung der Wissenschaft durch Experimente durchgeführt (Beobachtung ist die Untersuchung eines Phänomens in einer natürlichen Umgebung, Experiment ist die Reproduktion eines Phänomens in einer künstlichen Umgebung, um die Eigenschaften dieses Phänomens in Abhängigkeit von den geschaffenen Bedingungen zu entdecken.

Zur Erklärung von Phänomenen wurden Hypothesen aufgestellt. Schlussfolgerungen aus Beobachtungen, Experimenten und Hypothesen wurden in vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Wissenschaft und Praxis überprüft; Die Praxis zeigte Möglichkeiten auf, wissenschaftliche Erfahrungen (Beobachtungen und Experimente) zu klären, Hypothesen zu korrigieren und die Wissenschaft zu bereichern. Die Wissenschaft wiederum bereicherte die Praxis.

Mit der zunehmenden Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse in der Praxis entstand die Notwendigkeit, dieses Wissen zur Vorhersage von Phänomenen und zur Berechnung der Folgen einer bestimmten Handlung zu nutzen. Dies führte zu der Notwendigkeit, verallgemeinernde und fundierte Theorien anstelle isolierter Hypothesen zu entwickeln.

Das Bedürfnis nach Theorie entstand erstmals beim Bau von Gebäuden und Bauwerken und führte zur Entwicklung der Mechanik, vor allem der Gleichgewichtslehre. Im alten Ägypten und Griechenland wurden die Festkörperstatik und die Hydrostatik entwickelt. Die Notwendigkeit, die Zeit für landwirtschaftliche Arbeiten zu bestimmen und die Richtung während der Navigation zu bestimmen, gaben den Anstoß für die Entwicklung der Astronomie. Eine Reihe von Wissenszweigen wurden vom antiken griechischen Denker Aristoteles begründet und systematisiert. Seine „Physik“ (in 8 Büchern) bestimmte lange Zeit das allgemeine physikalische Weltbild.

Das angesammelte Wissen über die Natur wurde von den herrschenden Klassen für ihre eigenen Interessen genutzt; In der Antike lag die Wissenschaft in den Händen von Geistlichen (Priestern) und war eng mit der Religion verbunden. Erst im antiken Griechenland begannen Vertreter anderer privilegierter Gesellschaftsschichten, sich mit der Wissenschaft zu beschäftigen. Die besten Vertreter der antiken Naturphilosophie, also der Naturphilosophie (Leukipp, Demokrit, Lucretius), legten den Grundstein für ein materialistisches Naturverständnis und kamen trotz des extremen Mangels an Faktenmaterial auf die Idee des Atomstruktur der Materie.

Der Zusammenbruch der antiken Gesellschaft stoppte vorübergehend die Entwicklung der Wissenschaft. Im Mittelalter ordnete die christliche Kirche, gestützt auf die herrschenden Klassen des Feudalsystems, die Philosophie durch extreme Grausamkeit, die Inquisition und Hinrichtungen den Zielen der Theologie unter. Die Physik des Aristoteles mit ihrer dogmatischen Interpretation, die die Möglichkeit eines Fortschritts ausschloss, wurde von der Kirche angepasst, um die Autorität der Heiligen Schrift zu stärken. Zu dieser Zeit blieben vor allem bei den Arabern, die riesige Staaten gründeten und regen Handel mit fernen Ländern trieben, Elemente der von den Griechen und Römern übernommenen Wissenschaften erhalten und erfuhren eine gewisse Weiterentwicklung, insbesondere in den Bereichen Mechanik, Astronomie, Mathematik und Geographie.

Im XV-XVI Jahrhundert. Basierend auf der Entwicklung des europäischen Handels und der Industrie begann das schnelle Wachstum und die Entwicklung zunächst der Mechanik und Astronomie und später der Wissenschaften, die die Grundlage der Industrietechnik bilden – Physik und Chemie. Die Werke von Kopernikus, Kepler, Galilei und ihren Anhängern machten die Wissenschaft zu einer mächtigen Waffe im Kampf der Bourgeoisie gegen die Hochburg des veralteten Feudalsystems – die Religion. Im Kampf gegen die Kirche wurde ein wissenschaftlicher Grundsatz aufgestellt: Alles wahre Wissen basiert auf Erfahrung (auf einer Reihe von Beobachtungen und Experimenten) und nicht auf der Autorität dieser oder jener Lehre.

Im 17. Jahrhundert Das Großbürgertum suchte einen Kompromiss mit den Überresten der herrschenden Klassen des Feudalsystems. Dementsprechend waren Vertreter der Wissenschaft gezwungen, einen Kompromiss mit der Religion zu finden. Newton verfasste neben brillanten wissenschaftlichen Werken eine Interpretation des Kirchenbuchs – die Apokalypse. Descartes versuchte in seinen philosophischen Werken die Existenz Gottes zu beweisen. Wissenschaftler unterstützten die falsche Vorstellung vom ersten Anstoß, den das Universum angeblich brauchte, um in Bewegung zu kommen.

Die Entwicklung der Mechanik prägte die damalige wissenschaftliche Theorie. Wissenschaftler versuchten, die Welt als Mechanismus zu betrachten und alle Phänomene durch die Reduzierung auf mechanische Bewegungen zu erklären.

In dieser Entwicklungsphase der Naturwissenschaften fand der Kraftbegriff enorme Anwendung. Mit jedem neu entdeckten Phänomen wurde eine Kraft erfunden, die als Ursache des Phänomens erklärt wurde. Bis heute haben sich in der Physik Spuren davon in der Schreibweise erhalten: Lebenskraft, Stromstärke, elektromotorische Kraft usw.

Die wissenschaftlichen Theorien dieser Zeit, die die Welt als eine sich ständig bewegende Maschine betrachteten, leugneten die Entwicklung der Materie, die Übergänge der Bewegung von einer Form zur anderen. Trotz der Erfolge bei der Erweiterung des experimentellen Materials blieb die Wissenschaft in der Position einer mechanistischen Weltanschauung.

Im 18. Jahrhundert Klematis ov hat das Bild der molekularkinetischen Struktur von Körpern richtig vorhergesagt und erstmals das einheitliche Gesetz der Ewigkeit der Materie und ihrer Bewegung mit den Worten ausgedrückt: „... alle Veränderungen in der Natur geschehen so, dass wenn Etwas wird zu etwas hinzugefügt, dann wird es von etwas anderem weggenommen ... Da dies ein universelles Naturgesetz ist, erstreckt es sich auch auf die Bewegungsregeln: Ein Körper, der mit seinem Stoß einen anderen zur Bewegung anregt, verliert als viel von seiner Bewegung, die er dem anderen mitteilt, der von ihm bewegt wird.“

In denselben Jahren beseitigte die Theorie von Kant und Laplace über die Entwicklung des Sonnensystems aus dem Nebel die Idee der Notwendigkeit eines ersten Vorstoßes.

Im 19. Jahrhundert Basierend auf dem kolossalen Wachstum der Produktivkräfte während der Blütezeit des industriellen Kapitalismus beschleunigte sich der Fortschritt der Wissenschaft enorm. Der Bedarf an einem leistungsstarken und vielseitigen Motor für Industrie und Verkehr führte zur Erfindung der Dampfmaschine, und ihr Erscheinen veranlasste Wissenschaftler, thermische Prozesse zu untersuchen, was zur Entwicklung der Thermodynamik und der molekularkinetischen Theorie führte. Basierend auf der Thermodynamik wiederum erwies es sich als möglich, leistungsstärkere und wirtschaftlichere Motorentypen (Dampfturbinen, Verbrennungsmotoren) zu konstruieren. Wir sehen an diesem Beispiel, wie die Praxis die Entwicklung wissenschaftlicher Theorie fördert und die Theorie anschließend eine führende Rolle gegenüber der Praxis einnimmt.

Ein weiteres Beispiel für das komplexe Zusammenspiel von Theorie und Praxis ist die Entwicklung der Theorie der Elektrizität und Elektrotechnik. Fragmentierte Informationen über elektrische Phänomene sind seit langem verfügbar. Aber erst nachdem die elektrische Natur des Blitzes und dann der galvanische Strom entdeckt worden waren, konzentrierte sich die Physik auf das Studium der Elektrizität. Faraday, Maxwell, Lenz und andere entwickelten die physikalischen Grundlagen der modernen Elektrotechnik. Die Industrie machte sich wissenschaftliche Entdeckungen schnell zunutze und die umfassende Entwicklung der Technologie eröffnete beispiellose Möglichkeiten für wissenschaftliche Experimente. Die Untersuchung der molekularen Struktur von Körpern enthüllte die elektrische Natur molekularer und atomarer Wechselwirkungen, was wiederum in unseren Tagen zur Entdeckung der atomaren Bewegungsform der Materie führte, was enorme Perspektiven für neue Technologien eröffnet.

Eine Reihe von Entdeckungen – das Gesetz der Energieerhaltung und -umwandlung, die Theorie der elektromagnetischen Wellen, die Entdeckung von Elektronen und Radioaktivität – stürzten schließlich die Lehre von der Unveränderlichkeit der Natur. Der Mechanismus ist abgestürzt.

Es stellte sich heraus, dass es nur vom Standpunkt der von Marx und Engels geschaffenen Philosophie möglich war, das Wesen neuer wissenschaftlicher Entdeckungen richtig einzuschätzen und zu verstehen dialektisch Natürlicher Materialismus.

„Dialektischer Materialismus ist die Weltanschauung der marxistisch-leninistischen Partei. Man nennt ihn dialektischen Materialismus, weil seine Herangehensweise an Naturphänomene, seine Methode, Naturphänomene zu studieren, seine Methode, diese Phänomene zu erkennen, dialektisch ist und seine Interpretation von Naturphänomenen, sein Verständnis von Naturphänomenen, seine Theorie materialistisch ist.“

Naturphänomene mit einer dialektischen Herangehensweise an sie müssen in ihrem Zusammenhang, ihrer gegenseitigen Abhängigkeit, ihrer gegenseitigen Abhängigkeit und in ihrer Entwicklung betrachtet werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass quantitative Veränderungen zu grundlegenden qualitativen Transformationen führen, dass die Entwicklung von Phänomenen durch den Kampf der in ihnen verborgenen Widersprüche entsteht .

Die dialektische Herangehensweise an Naturphänomene sorgt für ein unverfälschtes, korrektes Abbild der Realität in unserem Bewusstsein. Dieser entscheidende, absolute Vorteil der dialektischen Methode gegenüber allen anderen Ansätzen zur Untersuchung natürlicher Phänomene erklärt sich aus der Tatsache, dass die Hauptmerkmale, die die dialektische Methode charakterisieren, nicht willkürlich erfunden werden, uns keine künstlichen, toten Schemata aufzwingen, die ihr nicht innewohnen Wissen, sondern im Gegenteil die allgemeinsten Gesetze der Dialektik der Natur, die keine Ausnahmen haben, genau wiedergeben.

Alle Wissenschaften, insbesondere die Physik, bestätigen mit jeder Tatsache eindeutig, dass:

Erstens tritt jedes Phänomen in einer organischen, untrennbaren Verbindung mit den umgebenden Phänomenen auf; Wenn wir ein Phänomen isolieren, seine Verbindung zu den umgebenden Phänomenen unterbrechen wollen, verzerren wir zwangsläufig das Phänomen;

zweitens unterliegt alles, was existiert, einem natürlichen und unerschöpflichen Wandel, einer Entwicklung, die in der Natur der Dinge liegt;

Kapitel zuerst. Physik der Antike

Der Ursprung wissenschaftlichen Wissens

Der Mensch erlangte in einem harten Kampf ums Dasein Wissen über die ihn umgebende Welt. In diesem Kampf trennten sich seine entfernten Vorfahren von der Tierwelt und ihre Hände und ihr Intellekt entwickelten sich. Von der zufälligen und unbewussten Verwendung von Stöcken und Steinen zum Schutz und zur Nahrungsgewinnung ging er weiter zur Herstellung von Werkzeugen, zunächst in Form von grob und primitiv bearbeiteten Steinstücken, dann zu immer raffinierteren Steinwerkzeugen, bis hin zu Pfeil und Bogen. Angelgeräte, Jagdfallen – diese ersten Programmiergeräte. Die größte Errungenschaft des Menschen war der Erwerb und die Nutzung des Feuers. In dieser Entwicklung, die Tausende und Abertausende von Jahren dauerte, wurde das menschliche Bewusstsein geformt, die Sprache entwickelt, Wissen und Vorstellungen über die Welt angesammelt, es entstanden die ersten anthropomorphen Erklärungen der umgebenden Phänomene, deren Überreste in unserer Sprache erhalten sind. Wie der Urmensch „wandelt“ unsere Sonne, der Monat „schaut“ usw.

Der primitive Mensch hatte keine andere Möglichkeit, die Natur zu verstehen, sie mit sich selbst, einem Lebewesen, zu vergleichen und ihr Gefühle und Bewusstsein zu verleihen. Aus dieser Quelle entwickelten sich sowohl wissenschaftliche Erkenntnisse als auch religiöse Überzeugungen.

Im biblischen Mythos der Erschaffung der Welt, der bereits in der Ära einer entwickelten Sklavengesellschaft aufgezeichnet wurde, kommen diese anthropomorphen Vorstellungen von Gott, der wie ein menschlicher Bauer handelt, sehr deutlich zum Ausdruck; führt Rekultivierungsarbeiten durch (trennt Wasser von der Erde), zündet ein Feuer („es werde Licht“), erschafft alle umliegenden Dinge und ruht sich nach der Arbeit aus.

Neben diesen fantastischen Vorstellungen über die Natur wurde der Mensch mit echtem Wissen über die Himmelskörper, Pflanzen und Tiere, über Bewegungen und Kräfte, meteorologische Phänomene usw. bereichert. Das gesammelte Wissen und die praktischen Fähigkeiten, die von Generation zu Generation weitergegeben wurden, bildeten die Grundlage Hintergrund der Zukunftswissenschaft. Mit der Entwicklung der Gesellschaft und der gesellschaftlichen Arbeit häuften sich die Voraussetzungen für die Schaffung einer stabilen Zivilisation. Dabei spielte die Entstehung der Landwirtschaft eine entscheidende Rolle. Wo die Voraussetzungen für eine nachhaltige Ernte am gleichen Ort und Jahr für Jahr gegeben waren, entstanden Siedlungen, Städte und schließlich Staaten.

Solche Bedingungen entstanden in Nordafrika im Niltal, dessen jährliche Überschwemmungen fruchtbaren Schlamm auf den Feldern hinterließen, in den beiden Flüssen zwischen Tigris und Euphrat, wo bereits im 4. Jahrtausend v. Chr. e. Die ältesten Sklavenstaaten nahmen Gestalt an und wurden zur Wiege der modernen Wissenschaft. Das System der Bewässerungslandwirtschaft, die Gewinnung von Metall (Kupfer) und dessen Verarbeitung, die Entwicklung der Technologie und die Herstellung von Werkzeugen schufen die Voraussetzungen für die Entstehung eines komplexen sozialen Organismus mit einer entwickelten Wirtschaft. Soziale Bedürfnisse führten zur Entstehung der Schrift: Hieroglyphen in Ägypten, Keilschrift in Babylonien und zur Entstehung astronomischer und mathematischer Kenntnisse.

Die bis heute erhaltenen großen Pyramiden Ägyptens weisen darauf hin, dass bereits im 3. Jahrtausend v. e. Der Staat könnte große Menschenmassen organisieren und Aufzeichnungen über Materialien, Arbeitskräfte und aufgewendete Arbeitskräfte führen. Zu diesem Zweck brauchte man besondere Menschen, Geistesarbeiter. Wirtschaftsunterlagen wurden in Ägypten von Schriftgelehrten geführt, denen die Aufzeichnung der wissenschaftlichen Erkenntnisse ihrer Zeit zugeschrieben wird. Berühmte Denkmäler des 2. Jahrtausends: der im British Museum aufbewahrte Rhind-Papyrus und der Moskauer Papyrus enthalten Lösungen für verschiedene in der Praxis auftretende Probleme, mathematische Berechnungen, Flächen- und Volumenberechnungen. Der Moskauer Papyrus gibt eine Formel zur Berechnung des Volumens eines Pyramidenstumpfes an. Die Ägypter berechneten die Fläche eines Kreises, indem sie acht Neuntel des Durchmessers quadrierten, was eine ziemlich gute Näherung für k – 3,16 ergibt.

Um den Zeitpunkt des Beginns der Nilflut zu bestimmen, waren sorgfältige astronomische Beobachtungen erforderlich. Die Ägypter entwickelten einen Kalender, der aus zwölf Monaten mit 30 Tagen und fünf zusätzlichen Tagen pro Jahr bestand. Der Monat war in drei Zehn-Tage-Zeiträume unterteilt, ein Tag in vierundzwanzig Stunden, zwölf Tages-Zeiträume und zwölf Nacht-Zeiträume. Da sich die Länge von Tag und Nacht mit den Jahreszeiten änderte, war der Wert der Stunde nicht konstant, sondern schwankte mit den Jahreszeiten.

Die babylonische Mathematik und Astronomie erreichten ein hohes Niveau. Die Babylonier kannten den Satz des Pythagoras, berechneten Quadrate und Quadratwurzeln, Kubikzahlen und Kubikwurzeln und waren in der Lage, Gleichungssysteme und quadratische Gleichungen zu lösen. Sie gehören auch zur Einteilung der Ekliptik in die zwölf Sternbilder.

Hervorzuheben ist, dass die Mathematik der Ägypter und Babylonier praktischer Natur war und aus den Bedürfnissen der Wirtschafts- und Baupraxis entstand. Laut Mathematikhistorikern befand sich die babylonische Mathematik auf einem höheren wissenschaftlichen Niveau als die ägyptische Mathematik. Aber auf dem Gebiet der Geometrie gingen die Ägypter weiter als die Babylonier.

Die Astronomie war die erste Naturwissenschaft, mit der die Entwicklung der Naturwissenschaften begann, z. Engels skizzierte in „Dialektik der Natur“ ein Schema für die Entwicklung der Naturwissenschaften, nach dem die Astronomie zunächst aus der Beobachtung des Wechsels von Tag und Nacht und Jahreszeiten entstand und daher für Hirten- und Agrarvölker unbedingt notwendig war. Für die Entwicklung der Astronomie war Mathematik erforderlich, und die Konstruktionspraxis stimulierte die Entwicklung der Mechanik.

Zweifellos erforderten die grandiosen Bauwerke antiker Staaten (Tempel, Festungen, Pyramiden, Obelisken) zumindest empirische Kenntnisse der Strukturmechanik und Statik. Bei den Bauarbeiten kamen einfache Maschinen zum Einsatz: Hebel, Rollen, schiefe Ebenen. So erweckten praktische Bedürfnisse die Anfänge wissenschaftlicher Erkenntnisse in Arithmetik, Geometrie, Algebra, Astronomie, Mechanik und anderen Naturwissenschaften zum Leben.

Wir beschränken uns auf diese kurzen Bemerkungen. Lassen Sie uns abschließend feststellen, dass die Bedeutung der Anfangsperiode in der Geschichte der Wissenschaft und Kultur äußerst groß ist. Es ist kein Zufall, dass Mathematikhistoriker der ägyptischen und babylonischen Mathematik große Aufmerksamkeit schenken. Hier wurden die Anfänge des mathematischen Wissens geboren und zunächst die Grundidee der Zahl und grundlegende Operationen mit Zahlen geformt. Hier wurden die Grundlagen der Geometrie gelegt. Hier beschrieb der Mensch erstmals den Sternenhimmel, die Bewegungen von Sonne, Mond und Planeten, lernte die Beobachtung der Himmelskörper, schuf die Grundlagen für die Zeitmessung und legte den Grundstein für die alphabetische Schrift.

Besonders groß war die Bedeutung des Schreibens – der Grundlage von Wissenschaft und Kultur. Nicht umsonst lobte Galilei in seinem Dialog den Schöpfer der Schrift begeistert.

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Kapitel 3: Richtige Mathematik, hässliche Physik Einsteins Feldgleichungen sind eine Sammlung komplexer, miteinander verbundener Funktionen, die jedoch von jedem mit der nötigen Geschicklichkeit und Ausdauer gelöst werden können. Im Anschluss an die Eröffnung

Die Entstehung der Physik (bis zum 17. Jahrhundert). Die physikalischen Phänomene der umgebenden Welt erregen seit langem die Aufmerksamkeit der Menschen. Versuche einer kausalen Erklärung dieser Phänomene gingen der Entstehung der Philosophie im modernen Sinne des Wortes voraus. In der griechisch-römischen Welt (6. Jahrhundert v. Chr. – 2. Jahrhundert n. Chr.) entstanden erstmals Vorstellungen über die atomare Struktur der Materie (Demokrit, Epikur, Lucretius), ein geozentrisches Weltsystem wurde entwickelt (Ptolemäus), die einfachsten Gesetze wurden aufgestellt Statik (die Regel der Hebelwirkung), das Gesetz der geradlinigen Ausbreitung und das Gesetz der Lichtreflexion wurden entdeckt, die Prinzipien der Hydrostatik formuliert (Gesetz des Archimedes), die einfachsten Erscheinungsformen von Elektrizität und Magnetismus beobachtet.

Das Ergebnis erworbener Erkenntnisse im 4. Jahrhundert. Chr e. wurde von Aristoteles gescheitert. Die Physik des Aristoteles enthielt einige korrekte Bestimmungen, aber gleichzeitig fehlten ihr viele fortschrittliche Ideen ihrer Vorgänger, insbesondere die Atomhypothese. Aristoteles erkannte die Bedeutung der Erfahrung und betrachtete sie nicht als Hauptkriterium für die Verlässlichkeit von Wissen, sondern bevorzugte spekulative Ideen. Im Mittelalter bremsten die von der Kirche heiliggesprochenen Lehren des Aristoteles die Entwicklung der Wissenschaft für lange Zeit.

Die Wissenschaft wurde erst im 15. und 16. Jahrhundert wiederbelebt. im Kampf gegen die scholastischen Lehren des Aristoteles. Mitte des 16. Jahrhunderts. N. Kopernikus stellte ein heliozentrisches Weltsystem vor und legte den Grundstein für die Befreiung der Naturwissenschaft von der Theologie. Die Bedürfnisse der Produktion, die Entwicklung des Handwerks, der Schifffahrt und der Artillerie stimulierten die auf Erfahrungen basierende wissenschaftliche Forschung. Allerdings im 15.–16. Jahrhundert. Experimentelle Studien waren größtenteils zufällig. Erst im 17. Jahrhundert. Die systematische Anwendung der experimentellen Methode in der Physik begann und führte zur Entstehung der ersten grundlegenden physikalischen Theorie – Newtons klassischer Mechanik.

Entstehung der Physik als Wissenschaft (Anfang 17. – Ende 18. Jahrhundert).

Die Entwicklung der Physiologie als Wissenschaft im modernen Sinne des Wortes geht auf die Werke von G. Galilei (erste Hälfte des 17. Jahrhunderts) zurück, der die Notwendigkeit einer mathematischen Beschreibung der Bewegung erkannte. Er zeigte, dass der Einfluss umgebender Körper auf einen bestimmten Körper nicht die Geschwindigkeit bestimmt, wie in der aristotelischen Mechanik angenommen wurde, sondern die Beschleunigung des Körpers. Diese Aussage stellte die erste Formulierung des Trägheitsgesetzes dar. Galilei entdeckte das Relativitätsprinzip in der Mechanik (siehe Galileis Relativitätsprinzip) , bewies die Unabhängigkeit der Beschleunigung des freien Falls von Körpern von ihrer Dichte und Masse, untermauerte die Theorie von Kopernikus. Auch auf anderen Gebieten der Physik erzielte er bedeutende Ergebnisse: Er baute ein Teleskop mit starker Vergrößerung und machte mit seiner Hilfe eine Reihe astronomischer Entdeckungen (Berge auf dem Mond, Satelliten des Jupiter usw.). Die quantitative Untersuchung thermischer Phänomene begann, nachdem Galilsem das erste Thermometer erfunden hatte.

In der 1. Hälfte des 17. Jahrhunderts. Die erfolgreiche Untersuchung von Gasen begann. Galileis Schüler E. Torricelli stellte die Existenz des Atmosphärendrucks fest und schuf das erste Barometer. R. Boyle und E. Marriott untersuchten die Elastizität von Gasen und formulierten das erste Gasgesetz, das ihren Namen trägt. W. Snellius und R. Descartes entdeckten das Gesetz der Lichtbrechung. Gleichzeitig entstand das Mikroskop. Ein bedeutender Fortschritt in der Erforschung magnetischer Phänomene wurde gleich zu Beginn des 17. Jahrhunderts gemacht. W. Gilbert. Er bewies, dass die Erde ein großer Magnet ist, und unterschied als erster streng zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen.

Die wichtigste Errungenschaft von F. 17. Jahrhundert. war die Entstehung der klassischen Mechanik. I. Newton entwickelte die Ideen von Galileo, H. Huygens und anderen Vorgängern weiter und formulierte in seinem Werk „Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie“ (1687) alle Grundgesetze dieser Wissenschaft (siehe Newtons Gesetze der Mechanik). . Bei der Konstruktion der klassischen Mechanik wurde erstmals das bis heute bestehende Ideal einer wissenschaftlichen Theorie verkörpert. Mit dem Aufkommen der Newtonschen Mechanik wurde schließlich verstanden, dass die Aufgabe der Wissenschaft darin besteht, die allgemeinsten quantitativ formulierten Naturgesetze zu finden.

Den größten Erfolg erzielte die Newtonsche Mechanik bei der Erklärung der Bewegung von Himmelskörpern. Basierend auf den Gesetzen der Planetenbewegung, die von J. Kepler auf der Grundlage von Beobachtungen von T. Brahe aufgestellt wurden, entdeckte Newton das Gesetz der universellen Gravitation (siehe Newtons Gravitationsgesetz). . MIT Mit Hilfe dieses Gesetzes war es möglich, die Bewegung des Mondes, der Planeten und Kometen des Sonnensystems mit bemerkenswerter Genauigkeit zu berechnen und die Ebbe und Flut des Ozeans zu erklären. Newton hielt an dem Konzept der Fernwirkung fest, wonach die Wechselwirkung von Körpern (Teilchen) augenblicklich direkt durch den Hohlraum erfolgt; Wechselwirkungskräfte müssen experimentell ermittelt werden. Er war der erste, der die klassischen Konzepte des absoluten Raums als eines von seinen Eigenschaften und seiner Bewegung unabhängigen Behälters der Materie und der absoluten, gleichmäßig fließenden Zeit klar formulierte. Bis zur Entstehung der Relativitätstheorie erfuhren diese Ideen keine Änderungen.

Die Entdeckung des elektrischen Stroms durch L. Galvani und A. Volta war für die Entwicklung der Physiologie von großer Bedeutung. Die Schaffung leistungsstarker Gleichstromquellen – galvanische Batterien – ermöglichte es, die vielfältigen Auswirkungen von Strom zu erkennen und zu untersuchen. Die chemische Wirkung von Strom wurde untersucht (G. Davy, M. Faraday). V. V. Petrov erhielt einen Lichtbogen. Die Entdeckung der Wirkung von elektrischem Strom auf eine Magnetnadel durch H. K. Oersted (1820) bewies den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus. Basierend auf der Einheit elektrischer und magnetischer Phänomene kam A. Ampere zu dem Schluss, dass alle magnetischen Phänomene durch die Bewegung geladener Teilchen – elektrischen Strom – verursacht werden. Anschließend stellte Ampere experimentell ein Gesetz auf, das die Wechselwirkungskraft elektrischer Ströme bestimmt (Ampere-Gesetz). .

1831 entdeckte Faraday das Phänomen der elektromagnetischen Induktion (siehe Elektromagnetische Induktion) . Beim Versuch, dieses Phänomen mit dem Konzept der Fernwirkung zu erklären, stieß man auf erhebliche Schwierigkeiten. Faraday stellte (noch vor der Entdeckung der elektromagnetischen Induktion) eine Hypothese auf, nach der elektromagnetische Wechselwirkungen über einen Zwischenwirkstoff – ein elektromagnetisches Feld – erfolgen (das Konzept der Nahbereichswirkung). Dies markierte den Beginn der Entstehung einer neuen Wissenschaft über die Eigenschaften und Verhaltensgesetze einer besonderen Form der Materie – des elektromagnetischen Feldes.

Noch vor der Entdeckung dieses Gesetzes gelangte S. Carnot in seinem Werk „Reflexionen über die treibende Kraft des Feuers und über Maschinen, die diese Kraft entwickeln können“ (1824) zu Ergebnissen, die als Grundlage für ein weiteres Grundgesetz der Theorie dienten der Wärme – der zweite Hauptsatz der Thermodynamik. Dieses Gesetz wurde in den Werken von R. Clausius (1850) und W. Thomson (1851) formuliert. Es handelt sich um eine Verallgemeinerung experimenteller Daten, die auf die Irreversibilität thermischer Prozesse in der Natur hinweisen und die Richtung möglicher Energieprozesse bestimmen. Eine bedeutende Rolle bei der Konstruktion der Thermodynamik spielten die Forschungen von J. L. Gay-Lussac, auf deren Grundlage B. Clapeyron die Zustandsgleichung eines idealen Gases fand, die später von D. I. Mendeleev verallgemeinert wurde.

Gleichzeitig mit der Entwicklung der Thermodynamik entwickelte sich die molekularkinetische Theorie thermischer Prozesse. Dies ermöglichte die Einbeziehung thermischer Prozesse in das mechanische Weltbild und führte zur Entdeckung einer neuen Art von Gesetzen – statistischer Gesetze, bei denen alle Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen probabilistisch sind.

In der ersten Phase der Entwicklung der kinetischen Theorie des einfachsten Mediums – Gas – berechneten Joule, Clausius und andere die Durchschnittswerte verschiedener physikalischer Größen: die Geschwindigkeit der Moleküle, die Anzahl ihrer Kollisionen pro Sekunde, den Mittelwert frei Pfad usw. Es wurde die Abhängigkeit des Gasdrucks von der Anzahl der Moleküle pro Volumeneinheit und der durchschnittlichen kinetischen Energie der Translationsbewegung der Moleküle ermittelt. Dadurch konnte die physikalische Bedeutung der Temperatur als Maß für die durchschnittliche kinetische Energie von Molekülen aufgeklärt werden.

Die zweite Stufe in der Entwicklung der molekularkinetischen Theorie begann mit der Arbeit von J. C. Maxwell. Als er 1859 zum ersten Mal das Konzept der Wahrscheinlichkeit in die Physik einführte, fand er das Gesetz der Geschwindigkeitsverteilung von Molekülen (siehe Maxwell-Verteilung). . Danach erweiterten sich die Möglichkeiten der molekularkinetischen Theorie enorm Und führte später zur Entwicklung der statistischen Mechanik. L. Boltzmann baute eine kinetische Gastheorie auf und lieferte eine statistische Begründung für die Gesetze der Thermodynamik. Das Hauptproblem, das Boltzmann weitgehend lösen konnte, bestand darin, die zeitliche Reversibilität der Bewegung einzelner Moleküle mit der offensichtlichen Irreversibilität makroskopischer Prozesse in Einklang zu bringen. Nach Boltzmann entspricht das thermodynamische Gleichgewicht eines Systems der maximalen Wahrscheinlichkeit eines gegebenen Zustands. Die Irreversibilität von Prozessen ist mit der Tendenz von Systemen zum wahrscheinlichsten Zustand verbunden. Von großer Bedeutung war der von ihm bewiesene Satz über die gleichmäßige Verteilung der mittleren kinetischen Energie über die Freiheitsgrade.

Die klassische statistische Mechanik wurde durch die Arbeiten von J. W. Gibbs (1902) vervollständigt, der eine Methode zur Berechnung von Verteilungsfunktionen für jedes System (nicht nur Gase) im thermodynamischen Gleichgewicht entwickelte. Die statistische Mechanik erlangte im 20. Jahrhundert allgemeine Anerkennung. nach der Schaffung durch A. Einstein und M. Smoluchowski (1905–06) basierend auf der molekularkinetischen Theorie der quantitativen Theorie der Brownschen Bewegung, bestätigt in den Experimenten von J. B. Perrin.

In der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts. Der lange Prozess der Untersuchung elektromagnetischer Phänomene wurde von Maxwell abgeschlossen. In seinem Hauptwerk „Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus“ (1873) stellte er (nach ihm benannte) Gleichungen für das elektromagnetische Feld auf, die alle damals bekannten Fakten aus einem Blickwinkel erklärten und Vorhersagen ermöglichten neue Phänomene. Maxwell interpretierte elektromagnetische Induktion als den Prozess der Erzeugung eines elektrischen Wirbelfeldes durch ein magnetisches Wechselfeld. Anschließend sagte er den gegenteiligen Effekt voraus – die Erzeugung eines magnetischen Feldes durch ein elektrisches Wechselfeld (siehe Verschiebungsstrom). . Das wichtigste Ergebnis von Maxwells Theorie war die Schlussfolgerung, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wechselwirkungen endlich ist und der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Die experimentelle Entdeckung elektromagnetischer Wellen durch G. R. Hertz (1886–89) bestätigte die Gültigkeit dieser Schlussfolgerung. Aus Maxwells Theorie folgte, dass Licht elektromagnetischer Natur ist. So wurde die Optik zu einem Zweig der Elektrodynamik. Ganz am Ende des 19. Jahrhunderts. P. N. Lebedev entdeckte und maß experimentell den von Maxwells Theorie vorhergesagten Lichtdruck, und A. S. Popov war der erste, der elektromagnetische Wellen für die drahtlose Kommunikation nutzte.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass das von Galilei formulierte Relativitätsprinzip, wonach mechanische Phänomene in allen Inertialbezugssystemen identisch ablaufen, auch für elektromagnetische Phänomene gilt. Daher sollten die Maxwell-Gleichungen ihre Form nicht ändern (sie sollten invariant sein), wenn sie von einem Trägheitsbezugssystem zu einem anderen wechseln. Es stellte sich jedoch heraus, dass dies nur dann zutrifft, wenn sich die Koordinaten- und Zeittransformationen während eines solchen Übergangs von den in der Newtonschen Mechanik gültigen galiläischen Transformationen unterscheiden. Lorentz fand diese Transformationen (Lorentz-Transformationen) , konnte ihnen aber nicht die richtige Interpretation geben. Dies hat Einstein in seiner Speziellen Relativitätstheorie getan.

Die Entdeckung der partiellen Relativitätstheorie zeigte die Grenzen des mechanischen Weltbildes auf. Versuche, elektromagnetische Prozesse auf mechanische Prozesse in einem hypothetischen Medium – dem Äther – zu reduzieren, erwiesen sich als unhaltbar. Es wurde deutlich, dass das elektromagnetische Feld eine besondere Form der Materie ist, deren Verhalten nicht den Gesetzen der Mechanik gehorcht.

1916 entwickelte Einstein die allgemeine Relativitätstheorie – die physikalische Theorie von Raum, Zeit und Schwerkraft. Diese Theorie markierte eine neue Etappe in der Entwicklung der Schwerkrafttheorie.

An der Wende vom 19. zum 20. Jahrhundert, noch vor der Entstehung der speziellen Relativitätstheorie, wurde der Beginn der größten Revolution auf dem Gebiet der Physik gelegt, die mit der Entstehung und Entwicklung der Quantentheorie verbunden war.

Ende des 19. Jahrhunderts. Es stellte sich heraus, dass die Verteilung der Wärmestrahlungsenergie über das Spektrum, abgeleitet aus dem Gesetz der klassischen statistischen Physik über die gleichmäßige Energieverteilung über Freiheitsgrade, der Erfahrung widerspricht. Daraus folgte die Theorie, dass Materie bei jeder Temperatur elektromagnetische Wellen aussendet, Energie verliert und auf den absoluten Nullpunkt abkühlt, d. h. dass ein thermisches Gleichgewicht zwischen Materie und Strahlung unmöglich ist. Allerdings widersprach die Alltagserfahrung dieser Schlussfolgerung. Die Lösung wurde 1900 von M. Planck gefunden, der zeigte, dass die Ergebnisse der Theorie mit der Erfahrung übereinstimmen, wenn wir im Widerspruch zur klassischen Elektrodynamik davon ausgehen, dass Atome elektromagnetische Energie nicht kontinuierlich, sondern in getrennten Portionen – Quanten – aussenden. Die Energie jedes dieser Quanten ist direkt proportional zur Frequenz, und der Proportionalitätskoeffizient ist das Wirkungsquantum H= 6,6×10 -27 Erg× Sek., was später als Plancksche Konstante bekannt wurde.

Im Jahr 1905 erweiterte Einstein Plancks Hypothese dahingehend, dass sich der emittierte Teil der elektromagnetischen Energie auch ausbreitet und nur als Ganzes, d. h. verhält sich wie ein Teilchen (später Photon genannt) . Basierend auf dieser Hypothese erklärte Einstein die Gesetze des photoelektrischen Effekts, die nicht in den Rahmen der klassischen Elektrodynamik passen.

Damit wurde die Korpuskulartheorie des Lichts auf einem neuen qualitativen Niveau wiederbelebt. Licht verhält sich wie ein Strom aus Teilchen (Körperchen); Gleichzeitig weist es jedoch auch Welleneigenschaften auf, die sich insbesondere in der Beugung und Interferenz von Licht äußern. Folglich sind dem Licht gleichermaßen Wellen- und Korpuskulareigenschaften inhärent, die aus Sicht der klassischen Physik unvereinbar sind (Dualismus des Lichts). Die „Quantisierung“ der Strahlung führte zu dem Schluss, dass sich die Energie intraatomarer Bewegungen ebenfalls nur sprunghaft ändern kann. Diese Schlussfolgerung wurde 1913 von N. Bohr gezogen.

Im Jahr 1926 formulierte Schrödinger die nach ihm benannte Grundgleichung der Quantenmechanik, als er versuchte, diskrete Werte der Atomenergie aus einer Wellengleichung zu erhalten. W. Heisenberg und Born (1925) konstruierten die Quantenmechanik in einer anderen mathematischen Form – der sogenannten. Matrixmechanik.

Nach dem Pauli-Prinzip ist die Energie aller freien Elektronen in einem Metall, selbst beim absoluten Nullpunkt, ungleich Null. Im nicht angeregten Zustand sind alle Energieniveaus, beginnend bei Null und endend mit einem maximalen Niveau (Fermi-Niveau), mit Elektronen besetzt. Dieses Bild ermöglichte es Sommerfeld, den geringen Beitrag von Elektronen zur Wärmekapazität von Metallen zu erklären: Beim Erhitzen werden nur Elektronen in der Nähe des Fermi-Niveaus angeregt.

In den Arbeiten von F. Bloch, H. A. Bethe und L. Neel Ginzburg zur Quantenelektrodynamik. Die ersten Versuche, die Struktur des Atomkerns direkt zu untersuchen, gehen auf das Jahr 1919 zurück, als Rutherford durch den Beschuss stabiler Stickstoffkerne mit Alphateilchen deren künstliche Umwandlung in Sauerstoffkerne erreichte. Die Entdeckung des Neutrons im Jahr 1932 durch J. Chadwick führte zur Entwicklung des modernen Proton-Neutron-Modells des Kerns (D. D. Ivanenko, Heisenberg). 1934 entdeckten die Ehegatten I. und F. Joliot-Curie die künstliche Radioaktivität.

Die Entwicklung von Beschleunigern für geladene Teilchen ermöglichte die Untersuchung verschiedener Kernreaktionen. Das wichtigste Ergebnis dieser Phase der Physik war die Entdeckung der Spaltung des Atomkerns.

In den Jahren 1939–45 wurde erstmals Kernenergie durch die Spaltkettenreaktion von 235 U freigesetzt und die Atombombe geschaffen. Das Verdienst, die kontrollierte Kernspaltungsreaktion von 235 U für friedliche, industrielle Zwecke zu nutzen, gebührt der UdSSR. 1954 wurde in der UdSSR (Obninsk) das erste Kernkraftwerk gebaut. Später wurden in vielen Ländern kostengünstige Kernkraftwerke errichtet.

Neutrinos und viele neue Elementarteilchen wurden entdeckt, darunter auch extrem instabile Teilchen – Resonanzen, deren durchschnittliche Lebensdauer nur 10 -22 -10 -24 Sekunden beträgt . Die entdeckte universelle Interkonvertibilität von Elementarteilchen deutete darauf hin, dass diese Teilchen nicht im absoluten Sinne elementar sind, sondern eine komplexe innere Struktur haben, die noch entdeckt werden muss. Die Theorie der Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen (starke, elektromagnetische und schwache) ist Gegenstand der Quantenfeldtheorie – eine Theorie, die noch lange nicht abgeschlossen ist.

Typ