Войти
1582 ксилография артиллерии, по [de ]теория импульса была вспомогательной или второстепенной теорией из аристотелевской динамики, первоначально предложенной для объяснения движения снаряда против гравитации. Он был введен Иоанном Филопоном в VI веке и разработан Нур ад-Дин аль-Битруджи в конце XII века. Теория была изменена Авиценной в XI веке и Хибат Аллах Абу'л-Баракат аль-Багдаади в XII веке, прежде чем она была позже утверждена в западной научной мысли Жан Буридан в 14 веке. Это интеллектуальный предшественник концепций инерции, импульса и ускорения в классической механике.
In VI век Иоанн Филопон частично принял теорию Аристотеля о том, что «продолжение движения зависит от продолжающегося действия силы», но изменил ее, включив в нее свою идею о том, что брошенное тело приобретает движущую силу или склонность к принудительному движению. от агента, производящего начальное движение, и что эта сила обеспечивает продолжение такого движения. Однако он утверждал, что эта впечатляющая добродетель была временной; что это была саморасходящаяся склонность, и, таким образом, возникшее насильственное движение заканчивается, превращаясь обратно в естественное движение.
В 11 веке Авиценна (Ибн Сина) обсуждал теорию Филопона в Книге исцеления, в Физике IV. 14 он говорит:
Когда мы независимо проверяем проблему (движения снаряда), мы находим наиболее верный Доктрина - это доктрина тех, кто думает, что перемещаемый объект приобретает наклон от движителя
Ибн Сина согласился с тем, что метатель придает снаряду импульс, но в отличие от Филопона, который считал, что это временная добродетель, которая может падение даже в вакууме, он считал его постоянным, требующим внешних сил, таких как сопротивление воздуха, чтобы рассеять его. Ибн Сина проводил различие между «силой» и «наклоном» (называемым «майл») и утверждал, что полученный объект может быть достигнут, когда объект находится в оппозиции своему естественному движению. Поэтому он пришел к выводу, что продолжение движения связано с наклоном, передаваемым объекту, и этот объект будет находиться в движении до тех пор, пока не будет израсходована майла. Он также утверждал, что снаряд в вакууме не остановится, если на него не воздействовать, что согласуется с концепцией инерции Ньютона. Эта идея (которая расходилась с аристотелевской точкой зрения) была позже описана как «импульс» Жаном Буриданом, на которого, возможно, оказал влияние Ибн Сина.
В XII веке Хибат Аллах Абу'л-Баракат аль-Багдади принял теорию импульса Филопона. В своем «Китаб аль-Мутабар» Абу'л-Баракат заявил, что движущийся придает сильный наклон (майл касри) движущемуся, и что это уменьшается по мере того, как движущийся объект удаляется от движущегося. Подобно Филопону и в отличие от Ибн Сины, аль-Багдади считал, что майл самозатухает.
Он также предложил объяснение ускорения падающих тел, где последовательно применяется «один майл за другим», потому что он это само падающее тело, которое обеспечивает майл, в отличие от стрельбы из лука, где применяется только один сильный майл. Согласно Шломо Пайнсу, теория аль-Багдаади была
самым старым отрицанием основного динамического закона Аристотеля [а именно, что постоянная сила производит равномерное движение], [и является, таким образом,] смутным предвосхищением фундаментального закона классической механики [а именно, что приложенная сила постоянно вызывает ускорение].
Жан Буридан и Альберт Саксонский позже ссылаются на Абу'л-Баракат, объясняя, что ускорение падающего тела является результатом его возрастающего импульса.
В 14 веке Жан Буридан постулировал понятие движущей силы, которую он назвал импульсом.
Когда движущийся приводит тело в движение, он вживляет в него определенный импульс, то есть определенную силу, позволяющую телу двигаться в направлении движения. который двигает его, будь то вверх, вниз, в сторону или по кругу. Имплантированный импульс увеличивается в той же пропорции, что и скорость. Именно из-за этого импульса камень движется дальше после того, как бросающий перестает его двигать. Но из-за сопротивления воздуха (а также из-за силы тяжести камня), который стремится переместить его в направлении, противоположном движению, вызванному импульсом, последний будет все время ослабевать. Следовательно, движение камня будет постепенно замедляться, и, в конце концов, импульс будет настолько ослаблен или разрушен, что сила тяжести камня преобладает и перемещает камень к его естественному месту. На мой взгляд, это объяснение можно принять, потому что другие объяснения оказываются ложными, тогда как все явления согласуются с этим.
Буридан придает своей теории математическое значение: импульс = вес x скорость
Ученик Буридана Доминикус де Клавазио в его 1357 De Caelo, пишет следующее:
Позиция Буридана заключалась в том, что движущийся объект мог быть остановлен только сопротивлением воздуха и весом тела, которое могло бы противодействовать его импульс. Буридан также утверждал, что импульс пропорционален скорости; таким образом, его первоначальная идея импульса во многом была похожа на современную концепцию импульса. Буридан рассматривал свою теорию только как модификацию основной философии Аристотеля, поддерживая многие другие перипатетические взгляды, включая веру в то, что все еще существует фундаментальная разница между объектом в движении и объектом в состоянии покоя. Буридан также утверждал, что импульс может быть не только линейным, но и круговым по своей природе, заставляя объекты (например, небесные тела) двигаться по кругу.
Буридан указал, что ни Аристотелевские неподвижные двигатели, ни души Платона не упоминаются в Библии, поэтому он применил теорию импульса к вечному вращению небесных сфер, расширив земной пример ее применения. к вращательному движению в виде вращающегося мельничного колеса, которое продолжает вращаться в течение долгого времени после того, как первоначально толкающая рука отводится от руки, движимой импульсом, вложенным в нее. Он писал о небесном толчке сфер следующим образом:
Однако, исключив возможность любого сопротивления либо из-за противоположной склонности двигаться в любом противоположном направлении, либо из-за какого-либо внешнего сопротивления, он пришел к выводу, что их импульс, следовательно, не был искажен никаким сопротивлением. Буридан также не учитывал любое внутреннее сопротивление движению в виде склонности к покою внутри самих сфер, например инерцию, установленную Аверроэсом и Фомой Аквинским. Ибо в противном случае это сопротивление разрушило бы их импульс, как утверждала антидюгемский историк науки Аннализа Майер, парижские динамисты импульсивного движения были вынуждены прийти к выводу из-за своей веры в инерцию, присущую всем телам.
Это вызвало вопрос, почему движущая сила импульса не перемещает сферы с бесконечной скоростью. Один из ответов динамики импульса, казалось, заключался в том, что это был вторичный вид движущей силы, которая производила равномерное движение, а не бесконечную скорость, вместо того, чтобы производить равномерно ускоренное движение, как это делала первичная сила, создавая постоянно увеличивающееся количество импульса. Однако в своем «Трактате о небесах и мире», в котором небеса движутся внутренними неодушевленными механическими силами, ученик Буридана Орем предложил альтернативный томист инерционный ответ на эту проблему. Его ответ заключался в том, чтобы постулировать сопротивление движению, присущее небесам (то есть сферам), но которое является только сопротивлением ускорению сверх их естественной скорости, а не самому движению, и, таким образом, было тенденцией к сохранению их естественной скорости.
мысли Буридана продолжили его ученик Альберт Саксонский (1316–1390), писатели в Польше, такие как Иоанн Кантий, и оксфордские Калькуляторы. Их работа, в свою очередь, была разработана Николь Орем, которая впервые применила практику демонстрации законов движения в виде графиков.
Теория импульса Буридана разработала один из самых важных мысленных экспериментов в истории науки, а именно так называемый «туннельный» эксперимент ». Этот эксперимент был важен, потому что он впервые включил колебательное и маятниковое движение в динамический анализ и науку о движении. Тем самым он также установил один из важных принципов классической механики. Маятник сыграл решающую роль в развитии механики 17 века. Туннельный эксперимент также дал начало более общему важному аксиоматическому принципу динамики Галилея, Гюйгена и Лейбница, а именно, что тело поднимается на ту же высоту, с которой оно упало, - принцип гравитационной потенциальной энергии. Как Галилео Галилей выразил этот фундаментальный принцип своей динамики в своем 1632 Диалоге :
, тяжелое падающее тело приобретает достаточный импульс [при падении с заданной высоты], чтобы нести его обратно на равную высоту.
Этот воображаемый эксперимент предсказал, что пушечное ядро, упавшее в туннель, проходящее прямо через центр Земли, выйдет с другой стороны, пройдет центр и поднимется на противоположной поверхности на ту же высоту, с которой оно впервые упало на землю. другая сторона, движимая вверх мимо центра гравитационным импульсом, который она постоянно накапливала при падении вниз к центру. Этот импульс потребовал бы резкого движения, соответственно поднимающегося на ту же высоту мимо центра, чтобы теперь противодействующая сила тяжести разрушила все это на том же расстоянии, которое ранее требовалось для его создания, и после этого в этой поворотной точке шар затем снова опускаться и колебаться взад и вперед между двумя противоположными поверхностями вокруг центра в принципе до бесконечности. Таким образом, туннельный эксперимент предоставил первую динамическую модель колебательного движения, хотя в первую очередь чисто воображаемую, и конкретно в терминах динамики импульса AB.
Этот мысленный эксперимент затем был применен к динамическому объяснению колебательное движение в реальном мире, а именно колебательное движение маятника, выглядит следующим образом. Колебательное движение пушечного ядра было динамически сопоставлено с движением маятникового боба, представив его прикрепленным к концу чрезвычайно космологически длинного шнура, подвешенного к своду неподвижных звезд с центром на Земле, благодаря чему относительно короткая дуга его Путь через чрезвычайно далекую Землю был практически прямой по туннелю. Тогда маятник из реального мира был задуман как микроверсия этого `` туннельного маятника '', макрокосмологической парадигматической динамической модели маятника, но только с гораздо более короткими шнурами и с их качелями, колеблющимися над поверхностью Земли по дугам, соответствующим туннелю. поскольку их колеблющаяся средняя точка была динамически ассимилирована с центром туннеля как центром Земли.
Следовательно, с помощью такого впечатляющего буквально «латерального мышления», вместо того, чтобы представить динамику движения маятника как качель, необъяснимо каким-то образом падающий вниз по сравнению с вертикалью до самой низкой гравитационной точки, а затем необъяснимо оттягивающийся назад снова вверх на той же верхней стороне этой точки, скорее, это было его поперечное горизонтальное движение, которое было задумано как случай свободного падения с гравитацией, за которым следует резкое движение в повторяющемся цикле, при этом поплавок неоднократно перемещается через вертикальное движение и выходит за его пределы. самая низкая, но горизонтально средняя точка, которая служила представителем центра Земли в туннельном маятнике. Таким образом, в этом воображаемом горизонтальном гравитационном мышлении за пределами коробки боковые движения боба сначала к нормали, а затем от нее в махе вниз и вверх становятся поперечными движениями вниз и вверх по отношению к горизонтали, а не к вертикали.
Таким образом, в то время как ортодоксальные аристотелисты могли рассматривать движение маятника только как динамическую аномалию, столь же необъяснимо каким-то образом «с трудом останавливаясь», как историк и философ науки Томас Кун выразился в своей работе 1962 года. Структура научных революций, согласно новому анализу теории импульсов, она в принципе не падала с какой-либо динамической трудностью, а скорее падала в повторяющиеся и потенциально бесконечные циклы чередования нисходящего гравитационно-естественного движения и восходящего гравитационно-насильственного движения. Следовательно, например, Галилей в конечном итоге обратился к движению маятника, чтобы продемонстрировать, что скорость свободного падения гравитации одинакова для всех неравных весов, именно благодаря динамическому моделированию движения маятника таким образом, как в случае циклически повторяющегося свободного падения гравитации вдоль горизонталь в принципе.
На самом деле туннельный эксперимент и, следовательно, движение маятника, были воображаемым решающим экспериментом в пользу динамики импульса против как ортодоксальной аристотелевской динамики без какой-либо вспомогательной теории импульса, так и против аристотелевской динамики с ее Вариант HP. Поскольку согласно двум последним теориям, боб не может выйти за пределы нормы. В ортодоксальной аристотелевской динамике нет силы, которая несли бы качель вверх за пределы центра в резком движении против его собственной силы тяжести, которая переносит его к центру, где он останавливается. И в сочетании с вспомогательной теорией Филопона, в случае, когда пушечное ядро выходит из состояния покоя, снова нет такой силы, потому что либо вся начальная восходящая сила импульса, первоначально запечатленная внутри него для удержания его в статическом динамическом равновесии, была исчерпана, в противном случае, если бы он оставался, он действовал бы в противоположном направлении и в сочетании с гравитацией предотвращал бы движение через центр и за его пределы. Пушечное ядро не должно было быть брошено вниз, и, таким образом, при начальном нисходящем толчке оно не могло привести к колебательному движению. Ибо хотя тогда он мог бы выйти за пределы центра, он никогда не смог бы вернуться, пройти через него и снова подняться. Ибо динамически в этом случае, хотя для него было бы логически возможно пройти за пределы центра, если бы, когда он достиг его, часть постоянно затухающего нисходящего импульса оставалась и все еще была достаточно сильной, чтобы быть сильнее гравитации, чтобы толкнуть ее за пределы центра и снова вверх, тем не менее, когда он, в конце концов, стал слабее силы тяжести, после чего мяч будет оттянут обратно к центру под действием своей силы тяжести, он не сможет пройти за пределы центра, чтобы снова подняться, потому что у него не будет силы, направленной против силы тяжести, чтобы преодолеть его.. Ибо любой, возможно, оставшийся импульс будет направлен «вниз» к центру, то есть в том же направлении, в котором он был первоначально создан.
Таким образом, движение маятника было динамически невозможно как для ортодоксальной аристотелевской динамики, так и для динамики импульса H-P, исходя из аналогичных рассуждений «туннельной модели». Но это было предсказано предсказанием туннеля теории импульса именно потому, что эта теория постулировала, что непрерывно накапливающаяся вниз сила импульса, направленная к центру, приобретается в естественном движении, достаточном для того, чтобы затем переносить его вверх за центр против силы тяжести, а не просто иметь первоначально направленная вверх сила толчка от центра, как в теории естественного движения. Таким образом, туннельный эксперимент представлял собой решающий эксперимент между тремя альтернативными теориями естественного движения.
В этом анализе предпочтение следует отдавать динамике побуждения, если аристотелевская наука о движении должна включать динамическое объяснение движения маятника. И действительно, в более общем плане его также следовало отдать предпочтение, если оно должно было объяснять другие колебательные движения, такие как возвратно-поступательные колебания вокруг нормали натянутых музыкальных струн, таких как цитра, лютня или гитара. Ибо здесь аналогия, проведенная с экспериментом с гравитационным туннелем, заключалась в том, что натяжение струны, тянущее ее к нормали, играло роль силы тяжести, и, таким образом, когда ее выдергивали, то есть оттягивали от нормали, а затем отпускали, это было эквивалентом натягивания пушечного ядра. к поверхности Земли, а затем выпустить ее. Таким образом, музыкальная струна вибрировала в непрерывном цикле попеременного создания импульса к нормальному и его разрушения после прохождения через нормальное, пока этот процесс снова не начнется с создания нового «нисходящего» импульса после того, как весь «восходящий» импульс был уничтожен..
Постулирование динамического семейного сходства движений маятника и вибрирующих струн с парадигматическим туннельным экспериментом, изначальной матерью всех колебаний в истории динамики, было одним из величайших творческих достижений средневекового аристотелевского искусства. динамика в своем увеличивающемся репертуаре динамических моделей различных видов движения.
Незадолго до теории импульса Галилея Джамбаттиста Бенедетти изменил растущую теорию импульса, включив в него только линейное движение:
«… [Любая] часть материальной материи, которая движется сама по себе, когда импульс был придан ему любой внешней движущей силой, имеет естественную тенденцию двигаться по прямолинейной, а не изогнутой траектории ».
Бенедетти приводит движение камня на праще как пример присущего линейному движению объектов, вынужденных совершать круговое движение.
