ЗАКОНИ НЬЮТОНА І ФОРМУВАННЯ НАУКОВОГО СВІТОГЛЯДУ МАЙБУТНЬОГО

ЗАКОНИ НЬЮТОНА І ФОРМУВАННЯ НАУКОВОГО СВІТОГЛЯДУ МАЙБУТНЬОГО

Розглядається роль законів збереження в формуванні наукового світогляду. Аналізуються можливі підходи розгляду закону збереження енергії.

Ключові слова: закони збереження імпульсу, моменту імпульсу, енергії, рівняння.

Виклад основного матеріалу

Третій закон Ньютона говорить, що у кожної дії є рівна і протилежна протидія. Формулювання: Сили, що виникають при взаємодії двох тіл, є рівними за модулем і протилежними за напрямом. — навпаки, сила, що діє з боку першого тіла на друге тіло. Поглибити та закріпити основні поняття з теми; можна перевірити рівень засвоєння знань, понять, за допомогою прикладів життя, на основі задач, формувати вміння застосувати одержані теоретичні знання в повсякденному житті для розв’язання побутових питань. Розвивати логічне мислення, формувати компетенції. Комунікативні – вміння відстоювати різні точки зору, використовуючи отримані знання.Інформаційні – вміння заходити додаткову інформацію. Соціальні – бути готовим до самостійного пошуку рішень у житті, виявити ініціативу. Розвивати вміння систематизувати відомі фізичні факти, розвивати спостережливість. Виховувати пізнавальний інтерес до вивчення практичного застосування законів Ньютона. Закон був уперше сформульований І. Ньютоном у книзі «Математичні начала натуральної філософії» (1687):Дії завжди є рівна і протилежна протидія, інакше, взаємодії двох тіл одне на одне між собою рівні й спрямовані у протилежні боки.

Точніше, під тілами слід розуміти матеріальні точки; сучасне формулювання закону таке:Сили взаємодії двох матеріальних точок рівні за величиною, протилежно спрямовані, і діють уздовж прямої, що з'єднує ці матеріальні точки. Третій закон Ньютона, як і взагалі вся ньютонівська механіка, пов'язаний з ідеєю дії на відстані, згідно з якою сила, що діє з боку одного тіла на інше в певний момент часу, визначається їх положенням у той самий момент часу. Іншими словами, це означає нескінченну швидкість передавання взаємодій. Відповідно до сучасних уявлень, взаємодії передаються за допомогою полів, і, як випливає з досвіду, мають скінченну швидкість, що не перевищує швидкості світла. Тому під час руху зі швидкостями, близькими до швидкості світла, або ж коли відстані між тілами занадто великі, третій закон Ньютона непридатний. Однак закон збереження імпульсу як і раніше виконується, якщо крім імпульсу тіл, врахувати також імпульс поля (наприклад електромагнітного, гравітаційного), за допомогою якого вони взаємодіють.

Іссак Ньютон народився 25 грудня 1642 Помер 20 березня 1727 Ісаак Ньютон - фізик і математик, творець теоретичних основ. Він відкрив закон всесвітнього тяжіння, розробив (наряду з Г. Лейбніцем) диференціальне й інтегральне числення. Ньютона по праву вважають творцем фізики. Навчання Ньютона в Трініті - коледжі Найяскравіші моменти в житті Ісаака Ньютона відбуваються під час його навчання в Трініті-коледжі. В червні 1661 18-річний Ньютон приїхав в Кембридж. Згідно зі статутом, йому влаштували іспит на знання латинської мови, після чого повідомили, що він прийнятий у Трініті-коледж (Коледж святої Трійці) Кембриджського університету. З цим навчальним закладом пов'язані більше 30 років життя Ньютона. Ньютон стає знаменитий і обирається членом Королівського товариства (британської Академії наук). Паралельно з дослідженнями, закладала фундамент нинішньої наукової (фізичної і математичної) традиції, Ньютон багато часу віддавав богослов'я. Ньютон, багато років трудився в Коледжі святої Трійці. Дослідники його богословських робіт, такі як Л. Мор, вважають, що релігійні погляди Ньютона були. Є стаття Ньютона «Історичне простежування двох помітних спотворень Священного Писання». Ньютон запропонував свій варіант біблійної хронології, залишивши після себе значну кількість рукописів з даних питань. Теологічні рукописи Ньютона нині зберігаються в Єрусалимі, в Національній Бібліотеці. Останні роки Ньютона Ньютон був одним з тих небагатьох людей, хто раз і назавжди розмежував поняття особистого щастя і цілі в житті. Останнє для нього значило служити вищому розуму, ідеї фундаментальної науки і в якійсь мірі суспільству, забуваючи, таким чином, про себе. Ньютонові закони руху (закони Ньютона) — це фундаментальні закони класичної механіки. Вони були вперше опубліковані Ісааком Ньютоном в праці «Математичні начала натуральної філософії» (1687) та застосовані ним для пояснення багатьох фізичних явищ, пов'язаних з рухом фізичних тіл. Закони Ньютона разом з його ж законом всесвітнього тяжіння та апаратом математичного аналізу вперше в свій час надали загальне та кількісне пояснення широкому спектру фізичних явищ, починаючи з особливостей руху маятника та закінчуючи орбітами Місяця та планет. Закон збереження імпульсу, який Ньютон вивів як наслідок своїх другого та третього законів, також став першим з відомих законом збереження. Перший закон Ньютона (закон інерції)Цей закон також має назву закону інерції або принципу Галілея. Строге його формулювання в сучасному викладі таке:Існують такі системи відліку, в яких центр мас будь-якого тіла, на яке не діють ніякі сили або рівнодійна діючих на нього сил дорівнює нулю, зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, допоки цей стан не змінять сили, застосовані до нього. Цей закон є спеціальним випадком другого закону Ньютона, але його значення полягає в тому, що він визначає системи відліку, в яких справедливі наступні два закони. Ці системи відліку мають назву інерційних або Галілеєвих, тобто таких, які рухаються зі сталою швидкістю одна відносно іншої. Другий закон Ньютона. Другий закон Ньютона - базовий закон динаміки. Він формулюється так : Прискорення матеріальної точки прямо пропорційне силі, що на неї діє, та направлене в сторону дії цієї сили. Ісаак Ньютон увів поняття кількості руху. У сучасній фізиці його називають імпульсом тіла: Третій закон Ньютона. Третій закон Ньютона - закон дії та протидії. Він формулюється так: Сили, що виникають при взаємодії двох тіл, є рівними за модулем і протилежними за напрямом. Закон всесвітнього тяжіння. Зако́н всесві́тнього тяжі́ння — фізичний закон, що описує гравітаційну взаємодію в рамках Ньютонівської механіки. Закон стверджує, що сила притягання між двома тілами (матеріальними точками) прямо пропорційна добутку їхніх мас, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Закон всесвітнього тяжіння сформулював Ісаак Ньютон у 1687 році. У математичній формі закон всесвітнього тяжіння записується для матеріальних точок Людина, яка на багато століть затвердив у фізиці царство точного експерименту і безкомпромісність формул, кінець життя віддав науці - теології. На його могилі висічено:"Тут спочиває Сер Ісаак Ньютон Який майже божественною силою свого розуму вперше пояснив за допомогою свого математичного методу Руху і форми планет, Шляхи комет, припливи і відливи океану. Він перший досліджував різноманітність світлових променів і пов'язані з нею особливості кольорів, Яких до того часу ніхто навіть не підозрював. Старанний, проникливий і вірний тлумач Природи, стародавностей і священного писання,Він прославив у своєму вченні Всемогутнього Творця. Необхідну Євангелієм простоту він довів своїм життям. Нехай смертні радіють, що в їх середовищі жило така прикраса людського Народився роду. 25 грудня 1642 Помер 20 березня 1727р.

Формування наукового світогляду відбувається на протязі всього періоду навчання. Серед тем, які найбільшою мірою впливають на формування цілісних уявлень про сучасну фізичну картину світу, на світоглядні, соціальні та навіть етичні погляди людей, в процесі навчання потрібно виділити теми, пов’язані з розглядом законів збереження. Викладання цих тем на основі сучасних уявлень науки є особливо актуальною проблемою фізики, оскільки засвоєні ними наукові концепції та ідеї будуть надалі багато разів тиражуватися і, зрештою, у найближчій перспективі визначать інтелектуальний рівень і, як наслідок, - світоглядний настрій у суспільстві. Тому зазначені питання в системі підготовки повинні мати достатньо повне і сучасне науково-методичне обгрунтування, основане на загальних теоріях, які є фундаментом усієї теоретичної підготовки. Аналіз актуальних досліджень [1-3], навчальних програм і навчальних посібників [4-6] показує, що при підготовці та розвитку світогляду відводиться достатньо велика увага, але, тим не менш, потенціал у формуванні наукового стилю мислення молоді, який міститься у вивченні законів збереження, не вичерпано. Значною мірою поза увагою залишається не лише їх зв'язок з властивостями простору та часу, але й взаємозв’язок законів збереження і законів руху. Це значно звужує можливості загальноосвітнього і світоглядного впливу законів збереження і тому методичні розробки, що стосуються як власне цих законів, так і їх використання у різних розділах фізики та посилення методологічної спрямованості їх навчання є дуже важливими, а в останній час - особливо актуальним. Людина почала вірити в те, що не все можна пояснити з позицій природничих наук, що єдина наукова картина світу не є абсолютною і може бути перебудована. Набули поширення прогностичні дослідження, ідеї проектування майбутнього, на основі наукової методології. Отже, у процесі навчання фізики слід розкривати зв’язок між фізикою і розвитком суспільної свідомості, між фізикою та сприйняттям оточуючого середовища [1-7]. Зрозуміло, що в одній статті неможливо навіть перерахувати невирішені методичні проблеми, що стосуються методологічної ролі законів збереження в формуванні наукового світогляду. Тому основною метою даної статті є висвітлення важливих і не повністю вирішених методичних питань, пов’язаних із законом збереження енергії та його зв’язку з властивостями простору та часу і рівнянням руху. Завдання науки полягає в пошуку загальних законів природи і поясненні з їх допомогою різних явищ і процесів природи. Такими законами є, наприклад, закони Ньютона, що описують рух макроскопічних тіл, які при розвязанні конкретної задачі можна розглядати як безструктурні частинки (матеріальні точки), рівняння Максвелла, що описують електромагнітні та оптичні явища, або закони квантової механіки - це закони руху частинок мікросвіту. Рух, як макроскопічних тел. так і частинок мікросвіту, і всі явища природи здійснюються в часі та просторі. Тому закони, що описують явища та рухи, зумовлені властивостями простору і часу, найважливішими з яких є однорідність часу, ізотропність та однорідність простору. Весь накопичений у фізиці експериментальний і теоретичний матеріал показує, що не виявлено факту, який ставив під сумнів зазначені властивості простору та часу. Рівняння руху в будь-якому випадку - це диференціальні рівняння, інтегрування яких, як правило, пов'язане зі значними математичними труднощами. А у випадку багатьох частинок (гази і конденсовані системи), або - коли закони взаємодії тіл або частинок взагалі невідомі, підхід до опису явищ і процесів на основі законів руху стає нездійсненним в принципі. Тому в таких випадках актуальним є використання альтернативних підходів до розвязання задач, тобто використання не законів руху, а інших загальних законів, які випливають із властивостей простору та часу, але не зводяться до диференціальних рівнянь руху. Такими альтернативними шляхами до дослідження фізичних явищ є підходи, засновані на законах збереження, які стверджують наявність деяких фізичних величин, що зберігаються в процесі руху. Пошуки величин, які залишаються постійними є надзвичайно важливим напрямком наукових досліджень. Закони збереження, на відміну від законів руху, не дають детальних вказівок на те, як повинен протікати той чи інший процес. Вони володіють лише функцією заборони: якщо якийсь процес суперечить цим законам, то всі спроби його здійснити є безперспективними, тому що такий процес неможливий. Наукове і методологічне значення законів збереження визначається їх винятковою загальністю і універсальністю. Вони діють у фізиці мікросвіту і застосовні до космічних тіл. На їх основі виконується багато найважливіших технічних розрахунків. З ними пов'язано введення в сучасну фізику цілого ряду фундаментальних ідей, що мають принципове значення. Закони збереження певною мірою служать критерієм істинності будь-якої фізичної теорії. У законах збереження відбивається найважливіший діалектико-матеріалістичний принцип незнищенності матерії та її руху, взаємозв'язок і взаємоперетворюваність відомих форм руху матерії. Рівняння руху є рівняннями, які описують зміни фізичних величин у часі і просторі. Перед уявним поглядом дослідника проходить нескінченна послідовність фізичних ситуацій. В сутності, фізика не цікавить якась одна ситуація в конкретний момент часу, яка не містить в собі руху, а цікавить саме послідовність ситуацій, за посередництвом якої здійснюється рух. Кожен закон збереження можна розглядати як конкретний прояв загального абсолютного закону збереження матерії і руху. Але не можна бути впевненим у тому, що той чи інший закон або його формулювання залишаться непорушними завжди. З розвитком науки і розширенням меж людського досвіду відбувається уточнення законів збереження. Так, у зв'язку з появою теорії відносності виявилося, що інертні властивості тіл залежать від енергії, а енергію слід визначати так, щоб вона не оберталася в нуль, коли тіло покоїться відносно обраної системи відліку. З розвитком фізики елементарних частинок виник цілий ряд нових законів збереження (баріонів заряду, лептонного заряду, дивності, ізотопічного спіну, парності) [2-8]. Із законами збереження молода людина вперше стикається ще при вивченні фізики. На даному етапі вивчення фізики існує мало можливостей обґрунтування цих законів, тому сприймають закони збереження догматично - як свого роду заклинання. Та, на жаль, ситуація змінюється мало і після вивчення класичної механіки, тобто після того, як повинен бути здійснений детальний аналіз законів збереження та застосування їх для вивчення інших питань, наприклад, задач Кеплера, Ньютона, процесів розпаду та злиття часинок тощо. Зазначимо, що основним завданням сьогоднішніх у своїй майбутній діяльності є позитивний вплив на формування світогляду, їх ставлення до освітньої та трудової діяльності, на формування і розвиток комфортних та адекватних способів взаємодії між людьми та способів діяльності в особистому і суспільному житті, на правильне самовизначення, формування в нього наукових, соціальних та психологічних передумов майбутнього розвитку. Це означає, що сучасна наука вимагає оновлення й фундаменталізації, розробки таких підходів до її організації й змісту, за яких буде відбуватись формування сучасного наукового світогляду та належних орієнтацій, які відповідають потребам суспільства та перспективам його розвитку.

Список використаної літератури

1. Шарко В.Д. Методологічні знання як важливий компонент методичної підготовки вчителя фізики. /В.Д. Шарко. // Збірник наукових праць: Спеціальний випуск. – К. : Наук. світ, 2003. – С. 312-319. 2. Кух А.М. Методологічні та теоретичні засади формування інноваційних навчальних систем фахової підготовки вчителя фізики. /Кух А.М. // Вісник Чернігівського державного педагогічного університету. Серія: Педагогічні науки. – Чернігів, 2006. – Вип. 36(2). – С.3-9. 3. Сергієнко В.П. Теоретичні і методичні засади навчання загальної фізики в системі фахової підготовки вчителя: дис... д-ра пед. наук: 13.00.02 / Сергієнко Володимир Петрович; Національний педагогічний ун-т ім. М.П.Драгоманова. – К., 2004. – 516 с. 4. Федорченко А.М. Теоретична фізика. Т.1. Класична механіка і електродинаміка, навчальний посібник. / А.М. Федорченко. – Київ: «Вища школа», 1992. – 525 с. 5. Благодаренко Л. Ю. Перспективи оновлення фізичної освіти в основній школі / Л. Ю. Благодаренко, М. І. Шут // Збірник наукових праць Кам’янець-Подільського національного університету. – Кам’янець-Подільський, К-ПНУ, 2008. – Вип. 14. – С.14. 6. Мороз І.О. Особливості розгляду закону збереження імпульсу в курсі фізики педагогічних університетів / І.О. Мороз, В.С. Іваній, Р.І. Холодов // Вісник 47 Чернігівського національного педагогічного університету. Серія: Педагогічні науки. – Чернігів, 2011. – Випуск 89. – С. 338 – 347. 7. Мороз І.О. Спеціальна теорія відносності: навчальний посібник (гриф МОН України лист №1/11-3525 від 11.05.11) / І.О. Мороз, В.С. Іваній, Р.І. Холодов. – Суми: Видавництво «МакДен», 2011. – 336 с. 8. Мороз І.О. Теоретико-методичні засади вивчення термодинаміки і статистичної фізики в педагогічних університетах: монографія / І.О. Мороз; Міністерство освіти і науки України; Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова. – Суми: ТОВ «Друкарський дім «Папірус», 2013. – 380 с.

Для студентів старших років навчання. Основною метою є ознайомлення студентів з основами проведення наукових досліджень. Огірко І.В.