Физика в технике - Г. Покровский

Г. И. Покровский, Л. И. Слабкий

ФИЗИКА В ТЕХНИКЕ

НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКИ

«Дальнейшие перспективы прогресса науки и техники определяются в настоящий период прежде всего достижениями ведущих отраслей естествознания. Высокий уровень развития математики, физики, химии, биологии — необходимое условие подъема и эффективности технических, медицинских, сельскохозяйственных и других наук».

Значение техники в жизни человечества исключительно велико. Нельзя назвать ни одной области деятельности людей, где не применялись бы те или иные технические средства.

Чтобы понять, какую роль современная техника играет в жизни человека, рассмотрим некоторые ее характерные примеры.

На одно из первых мест следует поставить производство энергии, которое растет быстрее, чем машиностроение, производство продовольствия и предметов широкого потребления. Общее количество энергии, потребляемой человечеством, стремительно увеличивается.

Если взять отношение общей мощности всех источников энергии к количеству населяющих землю людей, то окажется, что, несмотря на увеличение численности населения земного шара, это отношение все же увеличивается и возрастает за среднее время жизни человека в несколько раз.

Огромное значение для технического прогресса имеет развитие научного познания объективных законов, опираясь на которые человек управляет многими явлениями природы, добиваясь определенных практических результатов.

Наука — это единая система знаний о природе, обществе и мышлении, об объективных законах их развития, исторически сложившаяся и непрерывно развивающаяся на основе общественной жизни человеческого общества. Эта система создается путем выявления простых и сложных, основных и общих законов природы, зная которые можно достаточно точно решать любую частную задачу.

Цель науки — открывать законы природы и развития общества. Прогресс науки — это все более глубокое и точное познание действительности.

Наука — это наиболее эффективный путь объединения коллективного творческого труда людей для достижения прогрессивных целей. Именно благодаря передовой, материалистической науке могут непрерывно и безгранично расти творческие коллективы и сохранять в себе все достижения предыдущих поколений.

Научные исследования, открытия, изобретения стали жизненно необходимы в современном обществе. Широкое их развитие — основа всех видов производства, а следовательно, и прогресса человечества.

Настоящий творческий труд может возникнуть и развиваться только в коллективе. Самые гениальные люди могут плодотворно работать и творить только тогда, когда они работают в коллективе и для коллектива.

Наука, техника, искусство, вообще любая область деятельности людей развиваются наиболее быстро и плодотворно тогда, когда переплетаются самые разнообразные пути исследования и творчества.

Космические ракеты, например, могли быть созданы только при комплексном использовании достижений энергетики, радиоэлектроники, автоматики, строительной механики, технологии материалов и многих других областей науки и техники.

Каждый день в газетах, журналах и книгах, по радио и телевидению сообщается о новых научных, культурных и технических достижениях, и мы, советские люди, живо откликаемся на все новое и прогрессивное, творчески его перерабатываем и применяем на практике.

Мы знаем, что широкая осведомленность в вопросах науки и техники помогает лучше выполнять свою собственную работу.

Иногда кажется, что в тех или иных условиях ничего нового создать нельзя. Это неверно. Дело не в характере работы, а в том, насколько человек любит труд, в его кругозоре, в стремлении принести обществу как можно больше пользы.

Полноценное использование для нужд человечества какого-либо нового физического явления, открытия или изобретения станет возможным лишь в том случае, когда будет ясна его физическая сущность и будут установлены основные закономерности, необходимые для проведения соответствующих научных или технических расчетов. Только при этом условии можно будет надежно решать те или иные практические задачи.

Но не всегда то или иное техническое достижение, то или иное научное открытие можно сразу применить на практике. Чаще бывает, что они, эти достижения и открытия, требуют еще большой доработки, тщательной проверки и точных расчетов. И даже тогда, когда уже все доработано, рассчитано и проверено, возникает вопрос, как все это сделать достоянием широких масс, быстрее пустить в производство и использовать для нужд общества.

Так, например, огнестрельное оружие почти не имело существенного военного значения, пока Галилеем и Ньютоном в конце XVII века не были открыты основные законы движения, после чего стали быстро развиваться артиллерия и другие виды вооружения.

Люди пытались летать очень давно. Уже в «Молении Даниила Заточника» (XIII век) рассказывается, что во время праздников молодые люди влезали на крыши храмов и слетали оттуда на искусно сделанных крыльях. Однако настоящей авиации из этого не получилось и не могло получиться. Даже в конце XIX века попытки построить самолет не завершились успехом. Многие выдающиеся ученые поплатились жизнью за попытки решить техническую проблему полета человека без глубокого теоретического анализа.

Только теоретические основы аэродинамики, разработанные Н. Е. Жуковским, стали тем фундаментом, на котором прочно обосновалась современная авиация.

То же самое можно сказать об электронике и радиотехнике. Опыты Герца с электромагнитными волнами предшествовали открытию радиосвязи А. С. Поповым, а широкое применение фотоэффекта в автоматике началось после исследования А. Г. Столетовым этого нового и интересного физического явления.

Подобных примеров можно привести очень много, и все они свидетельствуют о том, что без знания законов физики невозможно добиться значительных научных и технических достижений.

Но значение физики не исчерпывается этим. Физика дает нечто существенно более важное, чем понимание и практическое использование отдельных открытий и изобретений.

Дело в том, что основные закономерности физики представляют собой единую систему взаимосвязей, объединяющих материю в объективно существующую основу всего многообразия окружающего нас мира.

В. И. Ленин в работе «Материализм и эмпириокритицизм» указывал, что единство материи проявляется в сходстве тех математических формул, которые можно применить для выражения закономерностей, наблюдаемых в различных явлениях, с первого взгляда очень мало похожих одно на другое.

Вот это единство материи, познаваемое и выражаемое совокупностью основных законов физики, должен учитывать каждый человек, изучающий науку и технику. И только в этом случае можно сравнительно легко и быстро сопоставлять старое и новое и смело заглядывать вперед, предвидя громадные перспективы едва еще намеченных проблем.

Цель настоящей брошюры — показать на некоторых примерах, как развивались физика и техника, основные проблемы и задачи которых всегда имели и имеют глубокую взаимосвязь. Наличие такой взаимосвязи является непременным условием научного и технического прогресса.

РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ И ТЕХНИКИ В XVII–XIX веках

Еще в глубокой древности ученые занимались наблюдением различных физических процессов и явлений. Так, Лукреций, Эпикур, Демокрит (VI в. до н. э. — II в. н. э.) высказывали идеи об атомистичности вещества; были открыты некоторые законы гидростатики (закон Архимеда), объяснен принцип работы рычага и некоторых других простейших механизмов.

Галилей положил начало экспериментальной физике, научно обосновал и сформулировал закон инерции, имеющий чрезвычайно важное значение в физике.

В 1687 г. Ньютон, который по праву считается одним из создателей механики, в своей работе «Математические начала натуральной философии» сформулировал один из основных законов механики о зависимости ускорения тела от его массы и действующей силы.

На основе законов Кеплера и закона всемирного тяготения, открытого Ньютоном, стало возможным заранее вычислять орбиты Луны и планет, т. е. появилась реальная научная база, на которой можно было строить небесную механику и прикладную астрономию.

Развитие мануфактурного и машинного производства потребовало решения множества задач, связанных с динамикой твердого тела, гидродинамикой и гидростатикой. В результате развитие техники привело к созданию основ гидродинамики — учения о движении жидкостей (закон Бернулли).