Элементы механики Аристотеля

Механика Аристотеля основывалась на утверждении о том, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной; представления Аристотеля об устройстве мира прочно легли в основу философских и религиозных догм и оставались незыблемыми до XVII в. Важную роль в механике Аристотеля играли понятия естественного местоположения и естественного движения. Следуя взглядам жившего веком раньше Эмпедокла (ок. 490-430 гг. до н. э.), Аристотель развивал идею о том, что все тела состоят из четырех основных элементов: воздуха, земли, огня и воды. Земля считалась абсолютно тяжелой, огонь-абсолютно легким, а вода и воздух занимали промежуточное положение. Естественным местоположением самого тяжелого элемента считался центр Земли-геометрический центр мира, и, следовательно, естественным движением всех тел, состоящих из этого элемента, должно было быть движение по направлению к центру Земли (падение вниз),что соответствовало реальности. Естественным движением огня считалось стремление вверх-к подобающему ему месту на небесах. Вода располагалась на поверхности Земли, а воздух - над водой, но ниже огня. Тяготение не выделялось как специальное понятие, но оно незримо присутствовало в системе Аристотеля, поскольку все тяжелые предметы неизменно двигались так, чтобы занять свое естественное положение в центре Вселенной, совпадающем с геометрическим центром Земли.

Движение стрелы или брошеного камня казалось неестественным- это было вынужденное, “насильственное” движение. Предполагалось, что такое движение начинается только под действием силы и продолжается, покуда это действие сохраняется. Как только действие силы прекращается, тело начинает двигаться к своему естественному местоположению. Так, считалось, что брошенный вверх камень поднимается до тех пор, пока на него действует сила, а как только ее действие кончается, камень начинает падать по прямой линии к “положенному” ему месту - к центру Земли. Согласно учению Аристотеля, все тела вблизи Земли должны двигаться по прямым линиям. Однако уже простой пример полета стрелы наглядно показывает, к какому абсурдному выводу может привести подобное утверждение. Если из лука пустить стрелу под некоторым углом к горизонту, то она якобы должна двигаться по прямой до тех пор, пока не истощится сила, переданная ей тетивой. После этого стрела должна падать вертикально вниз. Однако стоит только бросить камень, и вы без труда убедитесь, что он полетит по искривленной траектории (параболе), а отнюдь не по ломаной кривой, состоящей из двух прямых линий. Такой простой эксперимент, казалось бы, убедительно демонстрировал несостоятельность теории движения, предложенной Аристотелем, но стройная система его натурфилософии казалась столь убедительной, что на протяжении более тысячи лет у нее не было достойных конкурентов.

Предполагалось, что небо отделено от Земли и не имеет с ней ничего общего. На Земле четыре основных элемента претерпевают непрерывные взаимопревращения: различные предметы возникают, какое-то время существуют, а затем распадаются, умирают. На небе же ничто не изменяется. Напрашивался вывод, что небесные тела состоят из особого, пятого элемента-чистого и неизменного эфира. Единственным изменяющимся светилом казалась Луна с ее пятнистым ликом и периодической сменой, фаз. Согласно учению Аристотеля, лунная сфера (т. е. неподвижная сфера, которая вместе с закрепленной на ней Луной вращается вокруг Земли) представляет собой границу между не подверженными разрушению небесами и изменчивым миром Земли. За пределами лунной сферы природа представлялась совершенной.

Движение по окружности считалось естественным движением идеальных небесных тел, тогда как вблизи Земли соседствовали и естественные, и вынужденные движения-те и другие происходили по прямым линиям. Сама Земля, конечно, не должна была двигаться ни вокруг своей оси, ни вокруг Солнца, ибо это нарушало бы закон естественного движения самого тяжелого элемента. Аристотель отказался от мысли о вращении Земли вокруг собственной оси, аргумен- тируя это тем, что брошенный точно вверх тяжелый предмет опускается в ту же точку, откуда начал движение, а камень, свободно отпущенный вниз с высокой башни, падает к ее подножию. Если бы Земля вращалась, камень приземлился бы далеко в стороне от основания башни (исходя из этих рассуждений Аристотеля и основываясь на современных данных об ускорении свободного падения, скорости вращения и размерах Земли, мы получили бы, что камень, падающий с 80-метровой башни, приземлится почти в 2 км к востоку от ее подножия!). Кроме того, думалось, что такое явно неестественное движение, как вращение Земли вокруг оси, должно было бы вызывать штормовые ветры, все сметающие с ее поверхности.

Возражая против идеи о движении Земли вокруг Солнца, Аристотель заявлял, что если бы Земля действительно осуществляла такое движение, то она меняла бы свое положение относительно сферы неподвижных звезд. В таком случае наблюдалось бы перемещение звезд на небе; казалось бы, что две звезды по мере приближения к ним Земли расходятся, а при удалении от них Земли - сближаются. Но поскольку такой эффект параллакса не наблюдается, Земля не может двигаться относительно Солнца! Видимое смещение звезд, связанное с изменением положения Земли, происходит на самом деле, но заметить его можно только путем продолжительных и тщательных наблюдений с помощью телескопов. Этот эффект очень незначителен, так как звезды находятся гораздо дальше от Земли, чем это считалось во времена Аристотеля.

По Аристотелю, для осуществления любого движения необходимо непрерывное действие активной силы. Предполагалось, что естественные движения в окрестности Земли обусловлены “внутренними” свойствами тел, такими, как тяжесть (“гравитация”) или легкость (“левитация”), которые и вызывают перемещения тел вниз или вверх. А небесные сферы приводит в их естественное круговое движение божественный “первичный двигатель”. Когда дело касалось грузов, которые поднимают, тянут, толкают, связь между их движением и действующей извне силой заметить было сравнительно легко, но, как только речь заходила о предметах, летящих в воздухе, сразу возникали проблемы. Телега двигалась только тогда, когда ее тянула лошадь; стоило лошади встать, как тотчас же останавливалась и телега. Но если выпущенная из лука стрела уже находилась в полете, то каким же образом ей передавалась сила? Аристотель пришел к выводу, что сила передается от лука к летящей стреле через последовательные воздушные слои. Это противоречило суждению Платона, который считал, что стрелу толкает воздух, расступающийся впереди нее, а затем вновь смыкающийся. Среда, в которой происходил полет стрелы, не только передавала действие силы, она же и препятствовала движению. И чтобы движение все-таки осуществлялось, сила должна была превосходить сопротивление среды, а при равномерном движении, по-видимому, должен был соблюдаться определенный баланс между двумя этими противоборствующими воздействиями. Скорость движущегося тела, как считалось, прямо пропорциональна величине приложенной силы (чем больше сила, тем быстрее движение) и обратно пропорциональна сопротивлению среды (чем больше сопротивление, тем движение медленнее). Понятие сопротивления играло в механике Аристотеля важную роль.

Продолжая эту цепь умозаключений, Аристотель вознамерился доказать невозможность существования пустоты. Если тело достигает в плотной среде заданного значения скорости, то в менее плотной среде оно должно двигаться еще быстрее.

В пустоте сопротивление отсутствует, следовательно, скорость- которая связана с сопротивлением отношением обратной пропорциональности - становится бесконечной. А так как этот вывод выглядит очевидно абсурдным, следовательно, пространство не может в какой-то области оставаться истинно пустым-оно должно быть всюду заполнено некой средой. Представление о такой всепроникающей призрачной среде - эфире - занимало умы ученых вплоть до XX в.

Согласно взглядам Аристотеля, тела одинаковых размеров, формы и веса должны падать с одинаковой скоростью, поскольку на них действуют те же самые силы (“гравитация”) и сопротивление. Предполагалось, что если два тела, имеющие одинаковые форму и размеры, но разный вес, начинают падать одновременно, то тяжелое тело падает быстрее и раньше достигает земли, поскольку при равном сопротивлении сила (тяготение), действующая на предмет большего веса, оказывается больше. Ускорение падающих тел объяснялось увеличением тяжести тела по мере приближения к своему естественному местоположению.

Таким образом, рассматривая тела равных размеров, механика Аристотеля делала четкий вывод: чем тяжелее тело, тем быстрее оно должно падать. Справедливость этого суждения считалась бесспорной на протяжении почти двух тысячелетий; но еще и сегодня порой можно услышать высказывание, что тяжелые тела падают быстрее легких - ведь это, казалось бы, так естественно!

Источник: http://mrcnn.narod.ru/theory.htm

Рубрика: