Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Реферат на тему: Начало научно-технических знаний в трудах Архимеда

Содержание:

Введение

Технические науки развивались в исторически определенное время в конкретно-исторических условиях.

История механики как науки о машинах и механизмах может начаться с очень древних времен. Уже в неолите и бронзовом веке появилось колесо, чуть позже начали использовать колесо и наклонную плоскость. Народы, создавшие великие цивилизации в бассейнах рек Нил, Тигр и Евфрат, были хорошо знакомы с такими механическими инструментами, как рычаг и клин, но до нас не дошло ни одного древнеегипетского или вавилонского текста, описывающего работу таких машин.

Фундаментом, на котором выросли научные знания в целом и, в частности, технические науки, является предметно-практическая деятельность людей. Технология, технические средства - сущность ее элементов, функционирующих в различных формах практической деятельности и, в наибольшей степени, в материальном производстве. Как часть совокупных знаний, обслуживающих производство, технические науки направлены, прежде всего, на развитие технических средств и технологических процессов. Но технические науки появились не одновременно с появлением технических средств труда. Переезд из Практически-методологические к конструктивно-техническим знаниям были вызваны производственными потребностями и были обусловлены всем материальным и духовным потенциалом, которым обладали способ производства и общество в целом. Чем выше уровень исторического развития общества, тем больше у него возможностей для создания необходимых условий для формирования технических знаний, соответствующих этому уровню. Они сформировались в процессе декомпозиции процесса получения продукта на ряд последовательных изменений (частичных преобразований) и одновременного выделения определенных технологических операций, допускающих соответствующие изменения. Разграничение технологических операций позволило сконцентрировать внимание испытуемого, прежде всего, на объективных моментах производства, зафиксировав совокупность технологических операций, обеспечивающих получение продукта. Развитие средств и методов выполнения технологических операций - одна из важнейших причин появления машин.

Постановка вопроса

Исходя из вышеизложенного, легко понять, почему в формировании нового подхода к изучению объектов в сфере практической деятельности важнейшая роль принадлежит механике, ранее, чем все другие отрасли естествознания и имевшей значительную роль. теоретические и практические достижения в механизмах полива, переноса весов, судостроении, а также в создании усовершенствованных устройств военного назначения. В прошлом из всех наук механика была наиболее тесно связана с техникой: раньше, чем другие науки, она разделялась на теоретические и прикладные науки. Однако в древности естественнонаучные знания не получали широкого технического применения в производственных целях. Возможности развития самого естествознания ограничивались требованиями, предъявляемыми к нему рабовладельческим способом производства.

Переходим непосредственно к рассмотрению сути вопроса.

Личности

Честь заложить основы современной науки принадлежит греческим ученым; их работа была продолжена учеными эллинистических стран. Элементы рассуждений из области механики у древнегреческих философов совпадают с зачатками науки в целом. Первый из философов, о котором есть исторические сведения, Фалес Милетский жил в начале VI века. Он был военным инженером и гидротехником, а потому не чурался ремесла. Он познакомил греков с египтянами и вавилонянами; у него есть рассуждения о сути движения. В том же направлении отражались Гераклит Эфесский (начало V в. до н.э.), Зенон Элейский (510 - 440 гг. до н.э.), Демокрит из Абдера (470 - начало IV в. до н.э.). Однако механика как наука берет свое начало от великого ученого и философа Аристотеля (384 - 322 до н.э.). Аристотель исследует понятие движения, к которому он также относится к качественным изменениям. Он считает силу (или мощь) основной причиной движения, не определяя этого понятия. Аристотелю приписывали авторство первой из дошедших до нас работ по теоретическим и прикладным проблемам - Проблемы механики, но это, скорее всего, работа его последователей из философской школы Лицей. Трактат состоит из 36 глав и содержит перечень и описание ряда механизмов: рычаг, колодезный кран с противовесом, равноплечные грузы, неравные весы - безмен, клещи, клин, топор, кривошип, вал, колесо., ролик, цепная таль, гончарный круг, штурвал и т. д. Центральная тема трактата - принцип рычага, который автор рассматривает как универсальный принцип статики. Поэтому основное содержание Проблем - это описание различных видов кредитного плеча, к которым сводятся рассматриваемые механизмы, а большинство глав посвящено применению правила кредитного плеча и решению различных технических проблем.

Евдокс из Книдского в Малой Азии (400 - 347 до н.э.) - философ, математик, астроном и врач. Евдокс основал обсерваторию и сделал одну из первых попыток построить теорию движения планет, первым дал общую теорию пропорций, теорию золотого сечения и метод истощения, суть которой заключалась в следующем: если шар вписан в многогранное тело, а в него вписано другое многогранное тело, то оба тела по мере увеличения их сторон будут бесконечно приближаться к этому шару. С философской точки зрения этот вопрос трактовался как бесконечное становление.

Уровень развития техники в военном деле в эллинистический и последующий римский периоды был значительно выше, чем в сельском хозяйстве.

Уже в V в. в афинской армии использовались гигантские бараны; катапульты использовались для метания больших стрел; прототипом пулемета был полибол для непрерывного метания стрел; Для метания камней использовались баллисты, имелись специальные прицельные приспособления и приборы для измерения траектории. Более подробную информацию о военной технике можно получить из работы архитектора и инженера Марка Витрувия Поллиона (I век до н.э.). Военные машины работали, как правило, за счет энергии, накопленной при скручивании упругого элемента, который использовался как сухожилия или волосы (в основном женские). В качестве основы для расчета баллисты катапульты, толщина пучка жил, называется модулем катапульты, или вес снаряда - ( ква Весы ? -? Сколько фунтов) Была приняты - отсюда понятие калибра оружия. Также были попытки использовать сжатый воздух в качестве упругого элемента.

Военная техника получила особое развитие во время войн между эллинистическими государствами и между Римом и Карфагеном. Во время одной из войн погиб Архимед, величайший математик и механик в истории человечества. Архимед (287 - 212 гг. до н.э.) родился, жил и умер в Сиракузах, самой важной греческой колонии на восточном побережье Сицилии. Он изучал арифметику и геометрию, вплотную подошел к созданию интегрального исчисления, опередившего его более чем на две тысячи лет, много сделал по механике - статике, гидростатике и практической механике. Он создал множество механизмов, в том числе планетарий - устройство, показывающее движение небесных тел, он усовершенствовал зубчатую передачу, изобрел винт и использовал его для подачи воды, а также построил множество военных транспортных средств.

Уже на самых первых этапах его научной деятельности механика, по- видимому, больше всего интересовала Архимеда, и его теоретические обобщения вытекали из рассмотрения прикладных вопросов. Из трудов Архимеда по механике, трактат в двух книгах О равновесии плоских фигур или центров тяжести плоских фигур, трактат О плавающих телах - также в двух книгах и Эфод или послание Эрастофену о механические теоремы дошли до нас. Исходя из простейших фактов опыта, Архимед сумел обобщить эмпирический материал, полученный с помощью технологий, и с помощью математики внести его в научную систему. Итак, понятие центра тяжести появилось у Архимеда в результате практического изучения разделения распределения нагрузки между опорами. О тесной связи методов механики и математики в творчестве Архимеда свидетельствует Эфод или послание Эрастофену о механических теоремах. В этой работе механика рассматривается как средство решения геометрических задач. Правда, Архимед не считал механический метод строгим; он считал это удобным приемом для получения некоторых геометрических результатов, которым затем должно быть дано строгое геометрическое доказательство.

Другой замечательный труд Архимеда по механике - это его более поздний трактат О плавающих телах. Есть предположение, что это вообще была его последняя работа.

Согласно легенде, Архимед пришел к открытию основного закона гидростатики случайно, решив проблему состава короны, которую царь Гиерон приказал сделать из золота, но подрядчик сделал ее из сплава золота и серебра.

Фактически, открытие основного закона гидростатики явилось результатом многовековых эмпирических наблюдений и целой цепи теоретических размышлений. Представление о жидких частицах, вытесняемых более плотными телами, напоминает теории древних атомистов. У Архимеда также находят более правильные и точные формулировки идей Аристотеля о равновесии движения тел в различных физических средах. Также исследуются вопросы равновесия и устойчивости плавающих тел - основным методом исследования является способ нарушения состояния равновесия.

Некоторые направления Архимеда работы были продолжены эллинских геометров. Примерно с III века. BC e. Александрия стала важнейшим культурным центром Средиземноморья - столицей эллинистического Египта, а затем египетской провинции Римской империи. Здесь в стенах музея и библиотеки работали поколения замечательных математиков и механиков, которые продолжили научный труд Архимеда, а также многовековой опыт египетских жрецов. Особой известностью пользовались три александрийских механика - Ктесибий, Филон, Герон.

Ктесибий (300 - 230 г. до н.э. ) был одним из самых замечательных изобретателей, известных человечеству. По профессии парикмахер, благодаря самообразованию он приобрел глубокие познания в области механики. Он изобрел пожарный насос (и классическая форма поршневого насоса принадлежит ему), создал ряд гидравлических и пневматических механизмов, изобрел Aerotone - военную машину, в которой сжатый воздух, водный орган и улучшенные водяные часы играли роль роль упругого тела. Есть свидетельства того, что он написал книгу о своих изобретениях.

Филон Византийский жил, видимо, на поколение позже Ктесибия, поэтому его следует отнести ко II веку. BC e. Он работал над некоторыми изобретениями вслед за Ктесибием. Он умел делать пружины из бронзы и использовал их в своих механизмах - так называемом карданном шарнире. Он написал работу по механике в 9 книгах - так называемый Кодекс Филона, из которого до нас дошли 4-я и 5-я, а также отрывки из 7-й и 8-й - содержание остальных можно восстановить из соответствующих работ. его ученика Героя Александрии.

Первая книга по чистой механике была общим введением; во втором была представлена доктрина рычага; третья книга была посвящена строительству гаваней, а четвертая - конструкции метательного оружия. Обратите внимание на замечание автора о том, что инструменты должны быть красивыми. Пятая и шестая книги были посвящены пневматике и конструированию автоматов. Седьмая и восьмая книги посвящены обороне и осаде городов. Последняя девятая книга (смесь) посвящена вопросам криптографии.

Содержание этих книг позволяет узнать интересы и содержание древних технологий: военное дело, городское строительство, торговля и развлечения - это были главные предметы древнего мира. В первую очередь было военное дело; именно ему были посвящены дошедшие до нас части произведений Филона. Потом были книги по устройству автоматов и пневматических игрушек.

Герона Александрийского также написал несколько работ по механике. Слава Герона была настолько велика, что даже в византийскую эпоху были книги с его именем (некоторые ученые даже предполагали существование Герона Младшего).

Heron s основная работа по механике, как правило, называется Механика Heron, выжила только в арабском переводе сирийским Коста ибн Лука. Кроме того, известны: Книга о подъемных машинах ( Барилкон ), Пневматика, Книга о военной технике, Театр автоматов. Термин простые машины и предположение, что все сложные машины состоят из простых, существовавшие до 18 века, связаны с недоразумением Герона, который имел в виду, по сути, не простые машины, а простые подъемные устройства. Он говорит: Всего пять приспособлений для подъема тяжестей: ворота; рычаг; блок шкива; клин и винт. При исследовании действия рычага Герон использует концепцию момента, заимствованную у Архимеда ; он применяет эту концепцию к другим устройствам. Он дает теорию простых машин, отчеты об их применении к ряду технических проблем, по как они должны сочетаться при подъеме больших грузов, дает численные расчеты.При работе со сложными механизмами Херон рекомендует несколько увеличить силы по сравнению с теми, которые определены расчетом, но он не оценивает это увеличение численно.

Театр автоматов содержит несколько его изобретений: шар Герона - прототип реактивной паровой турбины, фонтан Герона и др. В книге описаны главным образом храмовые и театральные автоматы. Как говорит Херон : Спектакли автоматических театров были очень популярны в старину, во-первых, потому что в их дизайне проявилось много механического искусства, а затем еще и потому, что само представление было потрясающим. Ведь именно при конструировании машин-автоматов для их различных частей должны использоваться все отделы механики. Следовательно, уже во времена Херона автоматы не были чем-то новым, но поскольку для их создания вам необходимо иметь знания в области статики, понимать механизмы и их детали, уметь выполнять расчеты, знать пневматику и гидравлику. и уметь работать с гибкими и упругими телами, тогда мы должны прийти к выводу, что мы склонны недооценивать знания древних, а не переоценивать их.

Глава 33 второй книги его Механики представляет большой интерес для характеристики научного кредо Герона. Он пишет, что для тех, кто занимается механикой, абсолютно необходимо знать причины, действующие в каждом используемом механизме, как это делается с помощью физических доказательств, для каждого типа описываемых машин, чтобы в них не было ничего недоказанного или сомнительного., но чтобы при анализе каждой проблемы могла быть обнаружена правильность каждого рассуждения.

Любой, кто хочет досконально знать все причины, должен применять естественные принципы, один или несколько, и относиться к ним все, что он исследует; решение каждого отдельного вопроса дается в основе только тогда, когда причина найдена, а последней может быть только то, что уже известно.

Герон формирует основной закон работы машин: если при использовании машины требуется увеличение силы, то результатом будет замедление, потому что чем меньше движущая сила по сравнению с движущейся силой тяжести, тем больше потребуется времени; таким образом, сила к силе и время от времени находятся в одной и той же обратной зависимости. Это золотое правило древней механики: то, что набирается в силе, теряется в скорости или по-другому : отношение движущей силы ко времени противоположное.

Последняя, восьмая книга Математического собрания Паппа Александрийского ( III век до н.э. ) также посвящена механике. Папп различает механику как теоретическую науку и механику как практическое искусство. Работа Паппа - это скомпилированный труд, который включает в себя разнообразную информацию из разных источников. Книга содержит большое количество отрывков из произведений Архимеда, некоторые теоремы геометрической статики, относящиеся к задачам определения расположения центров тяжести различных фигур, в основном трапеции и треугольника. Папп исследует применение геометрической статики к конкретным техническим вопросам: например, к проблеме определения силы, которая должна быть приложена к грузу, чтобы переместить его вверх по наклонной плоскости, если он перемещается в горизонтальной плоскости под действием заданной силы. С другой стороны, трактат включает описание устройства подъемных машин из Механики Герона, но без изложения принципа их действия.

Труды Герона и Папы доказывают, что александрийские ученые IV- I вв. BC e. уделяли значительное внимание как теоретическим основам механики (хотя научный уровень их работы был намного ниже, чем у Архимеда ), так и практической механике - конструкции механизмов, оружия и пулеметов.

Гиппарх ( ок. II в. До н. Э. ) - древнегреческий ученый, астроном. Он разработал теорию и составил таблицы движения Солнца и Луны, а также солнечных затмений (все в геоцентрической системе - идея гелиоцентризма была отвергнута Гиппархом как недостаточно обоснованная гипотеза). Описал движение Луны около полнолуния и новолуния, довольно точно оценил расстояние от Луны до Земли. Составлен огромный на тот момент каталог положений 850 звезд. Сравнивая свои положения звезд с более ранними ( III век до н.э. ), он обнаружил явление процессии и довольно точно оценил ее величину, ввел географические координаты.

Птолемей ( 2 век нашей эры ). Идеологические установки Птолемея совпадали с идеологическими установками Аристотеля : все существующее состоит из материи, формы и движения. Он жил и работал в Канопе, городе, расположенном в 25 км к востоку от Александрии. Основное направление его деятельности - география и астрономия, основная работа - Большое здание ( арабское название - Альмагест - Величайшее ). Здесь он излагает сущность геоцентрической системы Вселенной, механику небесных сфер. Согласно Птолемею, Земля неподвижна и находится в центре небесной сферы. Он ввел термин золотое сечение (меньшая часть целого относится к большей, а большая - к целому). Он также известен как величайший географ и картограф.

Механика эллинистических стран соседствует с механикой Карфагена и Рима, которые были там примерно на одном уровне.

Очерк о сельском хозяйстве Катона Старшего (234–149 до н.э. ) содержит информацию о прессах для производства оливкового масла и виноградного сока. Катон описывает рычажные прессы; описание последнего также имеется в сочинении Плиния Старшего (99 - 23 г. до н.э. ).

С тех пор прошло два тысячелетия. Но в своей диссертации я также разрабатываю машину для сельского хозяйства. Тема диссертации:

Повышение эффективности и надежности ударно-центробежного измельчителя фуражного зерна. Более наглядно и детализировано: разработка мельницы с центральной загрузкой, уменьшение ее габаритных размеров и металлоемкости конструкции, выбор оптимальных кинематических параметров работы машины: частота вращения ротора с ударными элементами; мощность электродвигателя. Описаны и разработаны конструктивные параметры ударных элементов и материал, из которого они изготовлены, количество ударных элементов на роторе и количество отбойников (бамперов). Осуществляется процесс классификации измельченного зерна - то есть измельченное до нужного размера зерно с помощью воздушного потока транспортируется к выходу мельницы, а недробленное зерно снова попадает на ударные элементы и подвергается измельчены до размера заданного предела (этот предел устанавливается с помощью ситового анализа). Основные значения устанавливаются зоотехническими требованиями. В результате проведенных экспериментов будет описана и построена траектория движения материальной частицы, по которой установлен закон ее движения. Рассмотрены вопросы, связанные с износом материалов колот и бамперов, с построением математической картины износа.

Естественно возникает вопрос: причем тут древняя механика? Более того, многие технологические операции, направленные на получение того или иного продукта, сформировались при производстве первобытнообщинного и рабовладельческого строя. В любой старейшей отрасли (в том числе в сельском хозяйстве) основной набор технологических операций известен практически с момента возникновения этой отрасли, хотя способы их выполнения со временем радикально меняются. Постепенно в производственных помещениях появились конструктивные и технические элементы, которые выполняли функции, принципиально отличные от функций технологических средств. Конструктивные и технические элементы не влияют напрямую на объект трансформации в рамках определенной технологии.

Накопленные в процессе развития производственной практики конструктивные и технические элементы могут быть сформированы в достаточно сложные конструкции, выполняющие определенные функции в технологическом процессе. Среди этих элементов и их агрегатов выделяются типовые конструкции, составляющие конструктивно-техническую основу соответствующей отрасли.

Накопление и сочетание элементов, каждый раз подчиняющихся задаче повышения эффективности технологических операций за счет их интенсификации, вытеснило ручные операции и в конечном итоге привело к созданию различных машин и возникновению машинного производства. Поэтому К. Маркс описал развитие техники следующим образом: Простые инструменты, совокупность инструментов, сложные инструменты; управление сложным инструментом на одном двигателе - руками человека, приведение этих инструментов в действие силами природы; машина; система машин с автоматическим двигателем - это ход развития машин.

Поскольку использование различных конструктивных и технических элементов закреплено производственным опытом, возникает новая составляющая технических знаний, объектами которой являются названные элементы. В таких знаниях фиксируются конструктивные и функциональные особенности различных конструктивных и технических элементов и способы их применения. Эти знания можно назвать конструктивно-техническими. В их содержание входит информация о структуре и действии того или иного элемента в их взаимоотношениях, а также типовые способы использования структурных и технических элементов.

Конструктивные и технические знания являются основой для использования в трудовом процессе технических элементов, которые способствуют передаче энергетических, транспортных и, в конечном итоге, контрольно- управленческих функций человека устройствам. Эта деятельность, направленная на создание технических средств труда, функционирующих между человеком и рабочим инструментом, все больше отделяет человека от непосредственного участия в технологической операции и освобождает технологический процесс от недостатков, вызванных человеческой природой.

Заключение

Следует отметить, что указанная здесь последовательность развития знаний не столько хронологическая, сколько логическая. Однако в разные исторические периоды та или иная существенная единица технических знаний могла иметь ведущее значение. И в этом смысле можно говорить об исторических границах развития определенных форм знания. Несомненно, но в любом случае, что появлению экспериментальной науки больше всего способствовали знания о работе устройств (в первую очередь механических), а также информация из области техники. Итак, всестороннее развитие этих компонентов технического знания является необходимой предпосылкой для выявления естественного в объективной практике, возникновения экспериментальной науки и, в дальнейшем, научно-технического знания.

Будущая теоретическая механика должна была объединить достаточно разные части античного научного наследия: во-первых, учение о пространстве, времени, движении, материи, которое целиком принадлежало теоретической (философской) традиции; во-вторых, математические методы и, наконец, третье направление, античная статика и гидростатика, объединили теоретические исследования Архимеда, выполненные с предельной строгостью аксиоматического метода античной геометрии, и практические правила, объясняющие действие различных механических устройств ( простые машины ), то есть техническая механика того времени. Разница в научном уровне обоих элементов этого направления - теоретического и технического - огромна. Можно сказать, что между Архимедом строгими и элегантными методами расчета площади круга и Витрувиями в рецепте для вычисления этой области ( „ умножить половину диаметра самостоятельно и тройного результатом “) существует разрыв. Статика и гидростатика Архимеда принадлежат, конечно, теоретической традиции, техническая механика древних - ремесленной традиции, традиции архитекторов и военных инженеров.

Уже в период расцвета Римской империи, а тем более в эпоху ее упадка, ремесленные традиции начинают играть все более значительную роль в механике (в ущерб теоретической). Об этом свидетельствует содержание и направленность трактатов Герона, Паппа, Витрувия, которые по своей сути являются компилятивными. Утраченный интерес к теоретическим построениям и содержанию трактатов по механике сводится к набору простых правил работы простых машин. После распада Римской империи даже в Византии, на территории которой в большей степени, чем в любой другой ее части, сохранялось древнее научное наследие, теоретическая традиция была утеряна и наконец возобладала ремесленная традиция. Под механикой понималось только искусство архитектуры, строительства и инженерии.

На этом, пожалуй, стоит закончить данный обзор, так как начало возрождения теоретического направления относится к VIII-IX вв. и связан с развитием науки в странах Ближнего и Среднего Востока. Именно им мы в значительной степени обязаны сохранением древнего научного наследия, но это выходит за рамки данной работы.

Список литературы

Самыгин С.И. Концепция современного естествознания, Ростов-на-Дону, 2003;
Бывальцева Г. Т. Концепция современного естествознания, Симферополь, 2001;
Бобилье YP. Концепция іі Сучасный природознания - К.: Фен і кс, 2005;
Садохин Концепция современного естествознания .- М.: Омега-Л, 2008;
Концепции современного естествознания - М.: Единство, 2007.