М.В. Ломоносов – гений земли русской

Введение.
В 2011 году исполнится 300 лет со дня рождения великого русского учёного М.В. Ломоносова.
М.В. Ломоносов – первый русский академик Петербургской АН, член Академии художеств, почётный член Стокгольмской и Болонской академий наук.
Основатель Московского государственного университета, который носит имя М.В. Ломоносова.

Обзор.
В презентации представлены основные труды М.В. Ломоносова по физике и астрономии.

Вклад М.В. Ломоносова в развитие физики и астрономии.
Разработка атомистической теории строения вещества.
Разработка учения о теплоте.
Исследование природы электрических явлений.
Учение о свете и цвете.
Исследование комет.
Астрономическое открытие атмосферы Венеры.

Молекулярная физика (физика тепловых явлений).
Сегодня в школьном курсе физике изучение молекулярной (статистической) физики начинается с того, что дается определение: молекулярная физика – это раздел физики, в котором изучают тепловые явления на основе представления о том, что все тела состоят из микроскопических частиц атом и молекул, т.е. с учетом их внутреннего строения.
Однако, чтобы прийти к такому пониманию физики тепловых явлений и строения тел, человечество прошло долгий путь.
Большой вклад в формирование физики тепловых явлений и развитию молекулярно-кинетической теории внес М.В. Ломоносов.

Разработка атомистической теории строения вещества.
Новым в этой теории по сравнению с работами предшественников Ломоносова было признание им объективного существования двух различных форм частиц материи – атом (по его терминологии элемента) и молекулы (по его терминологии – корпускулы) как собрания атомов. Уже в одной из первых своих работ – «276 заметок по физике и корпускулярной философии» Ломоносов, выступая против положений Готфрида Лейбница и его последователей, которые утверждали, что в основе всех явлений природы лежат нематериальные духовные сущности, заявлял: «…я твердо уверен, что это мистическое учение должно быть до основания уничтожено моими доказательствами». Идеи Ломоносова о строении всех тел из атомов как материальных частичек опередили науку более чем на сто лет.

Диссертация М.В. Ломоносова.
Свою научную деятельность М.В. Ломоносов начал, учась в Германии в городе Марбурге, под руководством профессора Христиана Вольфа.
В марте 1939 года публикуется его диссертация «Физическая диссертация о различии смешанных тел, состоящих в сцеплении корпускул, которую для упражнения написал Михайло Ломоносов, студент математики и философии», в которой заложены основы новой корпускулярной теории строения материи, новой корпускулярной физики и химии.

Определения корпускул.
Корпускулы – сущности сложные, недоступные сами по себе наблюдению, т.е. настолько малы, что совершенно ускользают от взора.
Корпускулы, имеющие основанием своего сложения элементы, называются первичными.
Корпускулы, имеющие основание своего сложения в других, меньших, чем они корпускулах, суть производные.
Корпускулы разнородны, если различаются массою или фигурою, или тем и другим одновременно.
Говорят, что корпускулы сцеплены, когда они так соединены друг с другом, что одна не может двигаться без другой, пока они не будут разделены какой-либо силою.
Тело смешанное есть такое, которое образовано производными корпускулами.
ЛеммаII. В телах существую промежутки, не содержащие той материи, из которой тела состоят, и они наполняются какой-то другой нечувствительной жидкой материей.
ЛеммаIII. Если две корпускулы или тела, непосредственно взаимно соприкасающиеся, давят друг на друга в противоположных направлениях, то эти тела сцепляются.

Основные положения МКТ (современная теория).
1. Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул.
2. Атомы и молекулы непрерывно и хаотично движутся. Скорость этого движения зависит от температуры. При абсолютном нуле температуры движение атом и молекул прекращается.
3. Молекулы и атомы взаимодействуют между собой.

Разработка учения о теплоте.
Причиной теплоты Ломоносов считал «коловратное» , т.е. вращательное движение частиц, составляющих тело, а температура и степень нагрева тела являются мерой интенсивности движения частиц. В работе «Размышления о причине теплоты и холода» он обосновал молекулярно-кинетическую теорию теплоты и ряда физических принципов, в частности, существование абсолютного нуля температуры, т.е. температуры, при которой прекращается тепловое движение частиц материи. В этой же работе учёный подверг критике теорию теплорода, которая господствовала тогда в науке. Интересно, что представление о теплоте как о виде движения стало общепринятым лишь в 70-х годах 19 века. На основе МКТ теплоты возникла кинетическая теория газов, основные положения которой Ломоносов изложил в работе «О рождении и природе селитры» (1748 г.) . Теория газов, разработанная Ломоносовым, была новым словом в науке и стала основой для дальнейших исследований в 19 веке.

Современное определение теплоты.
Количество теплоты (теплота) Q – эта часть внутренней энергии тела, которое оно получает или отдает в результате теплопередачи.
Внутренней энергией тела Uвн –называют кинетическую и потенциальную энергию частиц (атомов и молекул), из которых это тело состоит.
Кинетическую энергию часто называют энергией движения, т.к. её формула имеет вид:
Потенциальную энергию называю энергией взаимодействия частиц.

Исследование природы электрических явлений.
Справедливости ради надо сказать, что в пору работы Ломоносова в Петербургской академии наук, в ней работали величайшие ученые: гениальный математик Эйлер и изобретатель прибора для измерения электричества (хорошо всем известного как школьный электроскоп) Рихман, который занимался исследованием электрических явлений, в частности молний.
На очередном торжественном собрании Петербургской академии наук академики Г.В. Рихман и М.В. Ломоносов должны были сделать доклад об электричестве. Но заседание прервали из-за грозы, т.к. Рихман и Ломоносов поспешили в свои лаборатории. Но Рихман на заседание больше не вернулся. 26 июля 1953 г. во время проведения очередного опыта во время грозы Рихман погиб, предположительно от удара шаровой молнии.
Ломоносов был потрясен смертью друга, оба занимались изучение грозовых явлений. Он не только продолжает дело Рихмана, но с ещё большим усердием исследует атмосферное электричество. Но и хлопочет о выделении пенсии семье Рихмана.

Работы М.В. Ломоносова по электричеству.
Ломоносов берётся расследовать причину гибели Рихмана, изучить его установку по поимке молнии и фактически повторить его опыт.
1753 г. Ломоносов публикует «Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих».
Он отвергает мифическое происхождение электричества, говоря, что электричество –это вид материи.
Он пишет: «Двояким искусством электрическая сила в телах возбуждается: трением и теплотою…
Летающие по воздуху пары солнцем нагреваются и течением воздуха между собой трутся…».

«Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих».

Работы М.В. Ломоносова по электричеству.
В следующей своей работе «Изъяснения, надлежащие к слову о электрических воздушных явлениях» Ломоносов подробно описывает результат расследования гибели Рихмана, в этой же работе впервые делает предположение об электрической природе северных сияний.
Но основным трудом М.В. Ломоносова по электричеству следует считать вышедшую в 1756 г. работу «Теория электричества, изложенная математически». Рукопись не закончена, но то, что мы имеем, говорит о сильной эволюции взглядов Ломоносова на электричество и вполне соотносится с современными нашими знаниями.

«Теория электричества, изложенная математически».

«Теория электричества, изложенная математически».
Электрическая сила есть действие, вызываемое легким трением в чувствительных телах и состоящее в силах отталкивательных и притягательных, а также в произведении света и огня.
Отталкивательной силой называется электрическая сила, при наличии которой части наэлектризованного тела стремятся отойти друг от друга.
Притягательной называется электрическая сила, которую легкие неэлектризованные тела притягиваются к электризованным и наоборот.
Ломоносов говорит о двух способах электризации: трением и соприкосновением.
Чувствительные тела подразделяются на два вида: первично электрические и производно электрические….. К первичным относятся: янтарь, сера, сургуч, стекло, шелк и др. главным образом смолистые; принимают и распространяют эту силу вода, все металлы и животные, особенно живые.

Значение работ М.В. Ломоносова по электричеству.
Ломоносов утвердил положение о тождественности атмосферного и искусственного электричества.
О предопределяющем электрические явления движении частиц эфира.
О частицах эфира он пишет: «Так как внутренне строение тел выведывает главным образом химия, то без неё труден, даже невозможен доступ к …раскрытию истиной причины электричества». Электрон будет открыт Томсоном только в 1897 г., а модель атома Резерфордом – в 1911 г.

Значение работ М.В. Ломоносова по электричеству.
В «Теории электричества» Ломоносов определил план исследования электрических явлений:
1. Содержит предварительные данные.
2. Об эфире и огне.
3. О строении чувственных тел.
4. О получении первичного электричества.
5. О получении производного электричества.
6. Объяснение искусственных явлений.
7. Объяснение природных явлений.
8. О будущих успехах учения об электричестве.
Очень важно в рассмотрении Ломоносовым света и электричества в контексте его корпускуляно-кинетической теории, единого толкования их волновой природы.

Оптика. Учение о свете и цвете.
В своей работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» Ломоносов он даёт теоретические выводы по результатам своих исследований световых явлений, которое он произнес публично в собрании Академии наук.
По Ломоносову свет- это движение эфира. Эфир бывает голубым, красным, вишневым и т.д. Т.е. надо понимать, что мельчайшие частицы эфира отличаются цветом. В современной теории мы говорим о фотонах разного цвета.
Одновременно с этим, ранее, Ломоносов говорит о волновой природе света в «Теории электричества».
Только в начале 20 века утвердилось мнение, что свет носит двойственную природу.

Исследования по астрономии.
Исследование комет.
В своей работе «Изъяснения, надлежащих к слову о электрических воздушных явления» Ломоносов рассматривает движение комет. «Хвосты комет склоняются и нагибаются в приближении к Солнцу, когда боком движутся».
Позже Ломоносов разрабатывает целую теорию о кометах в работе «Дальнейшее подтверждение о хвостах комет».

Исследования по астрономии.
Открытие атмосферы Венеры.
26 мая 1761 года, наблюдая прохождение Венеры по солнечному диску, М. В. Ломоносов обнаружил наличие у неё атмосферы.
Иллюстрации М. В. Ломоносова к рукописи
«Явление Венеры на Солнце…». 1761.

Открытие атмосферы Венеры.
Ведя самостоятельные наблюдения в своей домашней обсерватории, Ломоносов обнаружил световой ободок вокруг Венеры.
Эффект увидели многие наблюдатели, но только М. В. Ломоносов правильно понял его и объяснил рефракцией солнечных лучей, происходящей в наличествующей у Венеры атмосфере. В астрономии этот феномен рассеяния света, отражение световых лучей при скользящем падении (у М. В. Ломоносова — «пупырь»), получил его имя — «явление Ломоносова».
Интересен и другой эффект, наблюдавшийся астрономами с приближением диска Венеры к внешнему краю диска Солнца или при удалении от него. Данное явление, открытое М. В. Ломоносовым, следует расценивать как зеркальное отражение Солнца атмосферой планеты — особенно велико оно при незначительных углах скольжения, при нахождении Венеры вблизи Солнца.

Открытие атмосферы Венеры.
Труд М. В. Ломоносова «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Императорской Академии Наук Майя 26 дня 1761 года» был напечатан на русском и немецком языках и, следовательно, были известны в Западной Европе, поскольку публикации Академии рассылались в её крупнейшие научные центры, однако открытие атмосферы на Венере приписывалось И. И. Шретеру и Ф. В. Гершелю.
Прохождение Венеры по диску Солнца, 8 июня 2004 года.

Выводы:
Опираясь на свои энциклопедические знания, Ломоносов впервые сделал попытку установить связь между тепловыми, химическими, световыми и электрическими процессами, происходящими в природе.
Такое логическое единство является следствием понимания им единства природы и существования немногих фундаментальных законов, лежащих в основе целостного многообразия явлений.
Значение работ Ломоносова по естественным наукам, в том числе физике и астрономии в том, что он опираясь на практические наблюдения и опыты, в своих теоретических работах перевел их на ясный язык математических выкладок, формулировок, чертежей. Что дало возможность его последователям дальше двигаться в научном направлении.
«Математика ум в порядок приводит», — говорил Михаил Васильевич Ломоносов.