О движении (Из истории механики)

Для разрушения крепостных стен устраивали таран: горизонтально подвешенное тяжелое бревно с бронзовым наконечником. Стоя под прикрытием, воины раскачивали таран, нанося им удары в стену. Так постепенно разрушалась часть стены, и через пролом в крепость проникали осаждавшие ее войска.

Это было мощное разрушительное орудие древнегреческой техники. Перед ним не могли устоять никакие стены.

Ударами тарана осаждающие разрушали крепостные стены.

Рассказывая об осаде одной римской крепости карфагенским полководцем Ганнибалом, историк Ливий (I век до н. э. — I век н. э.) писал: «И вот уже громились тараном стены, и многие части их были поколеблены, в одном месте сплошные разрушения обнажили город: три башни подряд со всей находящейся между ними стеной рухнули, издавая оглушительный грохот…»

Как ни разнообразны практические цели применения рычагов, блоков и других машин, но с механической точки зрения у них одна задача — приводить в движение физические тела.

Поэтому в результате изучения действия механизмов и возникла наука о движении тел — механика.

Что такое движение

Наблюдая поднятие больших тяжестей рычагами и блоками, строители не видели в движении этих грузов ничего загадочного. Едва ли и военные техники, бросая при помощи онагров каменные ядра, задумывались над вопросом: что такое движение?

Полет камня, копий и стрел, метавшихся военными машинами, был для них понятным явлением.

Быть может, если бы древние техники взялись за изучение условий равновесия машин и траектории брошенного каменного ядра, они бы заложили основы механики. Но, довольствуясь практическими знаниями механизмов, они не занимались теоретическими исследованиями.

Когда же изучением природы заинтересовались греческие философы, то они расширили проблемы механики, придав ей философский характер.

Греческие философы были естествоиспытателями-энциклопедистами. Они хотели сразу охватить в одном учении всю природу как единое целое.

Философ-материалист Гераклит из Эфеса (около 530–470 до н. э.) указывал, что в природе «все течет, все постоянно изменяется, все находится в постоянном процессе возникновения и исчезновения».

Этот процесс изменения тел природы греческие философы и назвали «движением».

Наиболее последовательно учение о движении изложил философ Аристотель (384–322 до н. э.).

Сын врача при дворе македонского царя, Аристотель получил хорошее образование. Он очень увлекался естествознанием и поступил в «Академию» философа Платона в Афинах, где пробыл до смерти Платона (в 347 году). В течение этого времени он не только изучал сочинения своего учителя, но и самостоятельно разрабатывал философские вопросы.

В 343 году Аристотель принял приглашение македонского царя Филиппа II быть воспитателем его тринадцатилетнего сына Александра.

Когда воспитанник Аристотеля — Александр Македонский — стал главой большого государства, он предпринял далекие походы — в Среднюю Азию, в Индию, в Египет. Советы философа-воспитателя были уже ему не нужны.

Тогда Аристотель возвратился в Афины. Там он основал свою философскую школу, приспособив для учебных целей одно из общественных зданий — Ликей. Туда съезжались к нему юноши из всех государств Греции, из Италии, Македонии и других культурных стран.

Прогуливаясь с учениками по аллеям парка, примыкавшего к Ликею, Аристотель беседовал с ними, излагая свои философские взгляды.

Аристотель оставил много сочинений. Вопросы механики были рассмотрены им в книгах «Физика» и «О небе».

Как и другие философы, Аристотель понимал под движением любое изменение тела: превращение воды в лед или в пар, созревание и высыхание плода на дереве, заболевание и выздоравливание… Он стремился объединить все эти разнородные явления в едином понятии. Размышляя о перемещении одного тела относительно другого, как понимается в современной механике движение, Аристотель задумывался вот над чем: что происходит с телом, когда оно перемещается из одного места в другое? И он решил, что тело в первом месте исчезает, перестает существовать, а во втором — вновь возникает.

Аристотель размышлял над тем, «что», в «чем» и «когда» движется, то-есть что такое материя (вещество), пространство и время. Он утверждал, что пространство заполнено материей, так как «природа боится пустоты».

Движение в заполненном пространстве возможно потому, что «тела могут уступать друг другу место», — доказательством чего служит водоворот в реке: частицы воды заполняют все русло, что не мешает их вихреобразному движению.

Но не все философы соглашались в этом вопросе с Аристотелем.

Противниками учения о сплошном строении материи были последователи жившего несколько ранее философа Демокрита (460–370 до н. э.).

Демокрит, сын богатого купца, обладал большими средствами. Он много путешествовал по культурным странам древнего Востока: Индии, Вавилонии, Египту. Там Демокрит познакомился с астрономией и математикой вавилонских и египетских жрецов.

Этот философ учил, что материя состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов.

Доказательство правильности такого представления атомисты видели, например, в распространении запахов: очевидно, что от пахучего вещества отделяются мельчайшие частицы, производящие на орган обоняния впечатление запаха.

Маленький кусочек краски, растворяясь в большом количестве воды, также дает пример разделения вещества на мельчайшие частицы. Пар над кипящей водой, по мнению атомистов, образуется атомами, выделяющимися из ее массы.

Но атомы неделимы. Между ними — пустое пространство. По учению Демокрита, атомы находятся в постоянном движении с различной скоростью и во всевозможных направлениях. Этим и объясняются все явления природы.

Обладая значительными математическими познаниями, греческие философы не применяли их к механике. Они считали единственно правильным методом познания природы логические выводы из умозрительных положений (аксиом).

Размышляя над движением тел, философы не интересовались тем, каковы его причины. Они не стремились найти зависимость между пройденным пространством и промежутком времени, в течение которого длится движение.

Современная же механика изучает количественные законы движения. Для этого необходимы наблюдения и опыты.

Греческие философы, как члены правящего класса рабовладельческого общества, пренебрегали опытами: ведь опыт так близок к ремеслу и презиравшемуся ими физическому труду.

Правда, Аристотель говорил, что природу должно изучать путем наблюдения и опыта, но сам мало пользовался этим методом.

Рассуждения философов о «сущности» движения не имели практического значения. Они не могли помочь рассчитать механизм или предсказать траекторию полета каменного ядра, выброшенного онагром. Поэтому техники были вынуждены руководствоваться чисто опытными — эмпирическими — знаниями, усвоенными ими из практики.

Догонит ли Ахиллес черепаху?

Древние философы пренебрегали опытом. Только разум человека и его логика казались им надежным средством познания природы.

Поэтому нередко они сталкивались с «неразрешимыми» загадками. Особенную известность приобрели в древности так называемые «апории» философа Зенона (V век до н. э.). Остановимся лишь на двух из них.

Зенон доказывал, будто прославленный поэтом Гомером греческий герой, «быстроногий» Ахиллес, не может догнать черепаху.

Этот философ, конечно, знал, что во время осады Трои Ахиллес часто догонял убегавших от него троянцев. Да и сам он видел, как на улицах города, где он жил, одни пешеходы перегоняют других.

Но Зенон не придавал решающего значения наблюдению и опыту. Поэтому он и утверждал, будто Ахиллес не может догнать черепаху.

Зенон рассуждал строго логически: пока Ахиллес пробежит расстояние до того места, где находится черепаха, она проползет некоторое, хотя и небольшое, пространство; в то время как Ахиллес преодолеет и это расстояние, черепаха опять отползет немного, и так будто бы будет продолжаться вечно. Следовательно, делал вывод Зенон, Ахиллес никогда не догонит черепаху.