Física
Mecànica
La batalla pel copernicanisme es va dur a terme tant en la mecànica com en l'astronomia. El sistema ptolemaic-aristotèlic va quedar o caure com un monòlit, i es basa en la idea de la fixitat de la Terra al centre del cosmos. Eliminació de la Terra del centre va destruir la doctrina del moviment i el lloc natural, i el moviment circular de la Terra era incompatible amb la física aristotèlica.
Les contribucions de Galileu a la ciència de la mecànica estaven relacionades directament amb la seva defensa del copernicanisme. Tot i que durant la seva joventut va adherir-se a la física tradicional d’impuls, el seu desig de matemàtica a la manera d’Arquimedes el va portar a abandonar l’enfocament tradicional i a desenvolupar els fonaments d’una nova física alhora molt matemàtica i directament relacionada amb els problemes que enfronta el nou. cosmologia. Interessat a trobar l'acceleració natural dels cossos caient, va poder derivar la llei de la caiguda lliure (la distància, s, varia segons el quadrat del temps, t 2). Combinant aquest resultat amb la seva forma rudimentària del principi d’inèrcia, va poder derivar el camí parabòlic del moviment del projectil. A més, el seu principi d’inèrcia li va permetre complir les objeccions físiques tradicionals al moviment de la Terra: ja que un cos en moviment tendeix a romandre en moviment, els projectils i altres objectes de la superfície terrestre tendiran a compartir els moviments de la Terra, que serà així. imperceptible per a algú que estigui a la Terra.
Les contribucions del segle XVII a la mecànica del filòsof francès René Descartes, com les seves contribucions a la recerca científica en general, es van preocupar més dels problemes en els fonaments de la ciència que de la solució de problemes tècnics específics. Es va preocupar principalment per les concepcions de la matèria i el moviment com a part del seu programa general per a la ciència, és a dir, per explicar tots els fenòmens de la natura en termes de matèria i moviment. Aquest programa, conegut com a filosofia mecànica, va arribar a ser el tema dominant de la ciència del segle XVII.
Descartes va rebutjar la idea que un tros de matèria podia actuar sobre un altre a través d’un espai buit; en canvi, les forces s’han de propagar per una substància material, l’èter, que omple tot l’espai. Tot i que la matèria tendeix a moure’s en línia recta d’acord amb el principi d’inèrcia, no pot ocupar l’espai ja omplert per una altra matèria, de manera que l’únic tipus de moviment que pot produir-se realment és un vòrtex en el qual cada partícula d’un anell es mou simultàniament.
Segons Descartes, tots els fenòmens naturals depenen de les col·lisions de petites partícules, per la qual cosa és de gran importància descobrir les lleis quantitatives de l'impacte. Això ho va fer el deixeble de Descartes, el físic holandès Christiaan Huygens, que va formular les lleis de conservació de l’impuls i de l’energia cinètica (aquest últim vàlid només per a col·lisions elàstiques).
L’obra de Sir Isaac Newton representa la culminació de la revolució científica a finals del segle XVII. El seu monumental Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687; Principis matemàtics de la filosofia natural) va resoldre els principals problemes que plantejava la revolució científica en mecànica i en cosmologia. Va proporcionar una base física per a les lleis de Kepler, va unificar la física celeste i terrestre sota un conjunt de lleis, i va establir els problemes i els mètodes que van dominar bona part de l'astronomia i la física durant més d'un segle. Mitjançant el concepte de força, Newton va poder sintetitzar dos components importants de la revolució científica, la filosofia mecànica i la matemàtica de la natura.
Newton va poder obtenir tots aquests resultats sorprenents de les seves tres lleis de moviment:
1. Tot cos continua en el seu estat de repòs o de moviment en línia recta, tret que estigui obligat a canviar aquest estat per la força que hi ha impressionat;
2. El canvi de moviment és proporcional a la força del motiu impressionada i es realitza en la direcció de la línia recta en què aquesta força queda impressionada;
3. A totes les accions sempre s’oposa una reacció igual: o, les accions mútues de dos cossos l’un sobre l’altre són sempre iguals.
La segona llei es va posar en forma moderna F = ma (on a is acceleration) pel matemàtic suís Leonhard Euler el 1750. D’aquesta forma, és clar que la taxa de canvi de velocitat és directament proporcional a la força que actua sobre un corporal i inversament proporcional a la seva massa.
Per aplicar les seves lleis a l’astronomia, Newton va haver d’estendre la filosofia mecànica més enllà dels límits establerts per Descartes. Va postular una força gravitatòria que actuava entre els dos objectes de l'univers, tot i que no va poder explicar com es podia propagar aquesta força.
Mitjançant les seves lleis de moviment i una força gravitatòria proporcional al quadrat invers de la distància entre els centres de dos cossos, Newton podria deduir les lleis de Kepler sobre el moviment planetari. La llei de caiguda lliure de Galileu també concorda amb les lleis de Newton. La mateixa força que fa que els objectes caiguin a prop de la superfície de la Terra també sosté la Lluna i els planetes a les seves òrbites.
La física de Newton va arribar a la conclusió que la forma de la Terra no és precisament esfèrica, sinó que hauria de volar-se a l'equador. La confirmació d’aquesta predicció per part d’expedicions franceses a mitjans del segle XVIII va ajudar a convèncer la majoria dels científics europeus de canviar de física cartesiana a la de Newtonian. Newton també va utilitzar la forma no pasfèrica de la Terra per explicar la precessió dels equinoccis, utilitzant l’acció diferencial de la Lluna i el Sol sobre la bombeta equatorial per mostrar com l’eix de rotació canviaria de direcció.
Ptica
La ciència de l’òptica al segle XVII va expressar la perspectiva fonamental de la revolució científica combinant un enfocament experimental amb una anàlisi quantitativa de fenòmens. L’òptica va tenir els seus orígens a Grècia, sobretot en les obres d’Euclides (c. 300 aC), que va declarar molts dels resultats d’òptica geomètrica que els grecs havien descobert, incloent la llei de la reflexió: l’angle d’incidència és igual a l’angle. de reflexió. Al segle XIII, homes com Roger Bacon, Robert Grosseteste i John Pecham, confiant en el treball de l’àrab Ibn al-Haytham (mort cap al 1040), van considerar nombrosos problemes òptics, inclosa l’òptica de l’arc de Sant Martí. Va ser Kepler, que va dirigir els escrits d'aquests òptics del segle XIII, que van establir el to per a la ciència al segle XVII. Kepler va introduir l'anàlisi punt per punt de problemes òptics, traçant els rajos des de cada punt de l'objecte fins a un punt de la imatge. De la mateixa manera que la filosofia mecànica estava trencant el món en parts atòmiques, Kepler es va acostar a l'òptica trencant la realitat orgànica en allò que ell considerava finalment unitats reals. Va desenvolupar una teoria geomètrica de les lents, proporcionant el primer relat matemàtic del telescopi de Galileu.
Descartes pretenia incorporar els fenòmens de la llum a la filosofia mecànica demostrant que es poden explicar completament en matèria i moviment. Utilitzant analogies mecàniques, va poder derivar matemàticament moltes de les propietats de la llum conegudes, inclosa la llei de la reflexió i la recent descoberta llei de la refracció.
Moltes de les contribucions més importants a l’òptica al segle XVII van ser obra de Newton, especialment la teoria dels colors. La teoria tradicional considerava que els colors eren el resultat de la modificació de la llum blanca. Descartes, per exemple, va pensar que els colors eren el resultat del gir de les partícules que constitueixen la llum. Newton va alterar la teoria tradicional dels colors demostrant en un impressionant conjunt d'experiments que la llum blanca és una barreja de la qual es poden separar feixos de llum de colors. Va associar diferents graus de refrangibilitat amb raigs de diferents colors, i d’aquesta manera va ser capaç d’explicar la manera com els prismes produeixen espectres de colors a partir de la llum blanca.
El seu mètode experimental es va caracteritzar per un enfocament quantitatiu, ja que sempre va buscar variables mesurables i una clara distinció entre troballes experimentals i explicacions mecàniques d’aquestes troballes. La seva segona contribució important a l’òptica va tractar sobre els fenòmens d’interferència que es van anomenar “anells de Newton”. Tot i que s’havien observat prèviament els colors de les pel·lícules primes (per exemple, l’oli sobre l’aigua), ningú no ha intentat quantificar els fenòmens de cap manera. Newton va observar relacions quantitatives entre el gruix de la pel·lícula i els diàmetres dels anells de color, una regularitat que va intentar explicar mitjançant la seva teoria d’ajustos de fàcil transmissió i ajustaments de fàcil reflexió. Malgrat el fet que generalment concebia la llum com a partícula, la teoria de Newton sobre els ajustaments implica la periodicitat i les vibracions de l’èter, la hipotètica substància fluïda que impregna tot l’espai (vegeu més amunt).
Huygens va ser el segon gran pensador òptic del segle XVII. Tot i ser crític amb molts dels detalls del sistema de Descartes, va escriure en la tradició cartesiana, buscant explicacions merament mecàniques dels fenòmens. Huygens considerava la llum com un fenomen de pols, però va negar explícitament la periodicitat dels polsos de llum. Va desenvolupar el concepte de front d’ona, mitjançant el qual va ser capaç de derivar les lleis de la reflexió i la refracció de la seva teoria del pols i d’explicar el fenomen recentment descobert de doble refracció.
