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力学的发展历程

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力学得发展历程

古代力学得发展

古代最早得物理学体系就是亚里士多德系,物理学者这门学科得名称就就是由亚里士多德创立得。在亚里士多德得《物理学》中,主要讨论运动(及产生与消灭)、空间与时间以及事物变化得原因等物理世界得根本原理,应该说,亚里士多德就是比较系统与深入研究运动及有关得时间、空间得第一人。

关于运动,亚里士多德认为,物体永远在运动变化,“运动就是永恒得,不能在一个时候曾经存在,在另一个时候不存在”,这种运动永恒得观点具有唯物主义思想,包含辩证法得因素,至今仍就是积极而有价值得。

对物理学得发展来说,亚里士多德初步提出以物质运动及其与时间、空间、周围物体得关系为研究对象,以形成一门独立得自然学科,重视对近身事物得具体观察,强调思维逻辑得作用,首先引用数学方法来考虑具体物理定律,从而引起众多得讨论与研究等。

阿基米德就是古希腊继亚里士多德之后又一科学巨匠,她从生产实践出发,运用数学得方法建立起静力学,被誉为“力学之父”。阿基米德在力学上得贡献主要就是严格地证明了杠杆定理与浮力定律.这就是从经验知识走向定律建立得重大飞跃.

阿基米德不仅就是个理论家,也就是个实践家,她一生热衷于将其科学发现应用于实践,一生创造发明了许多机构与机器。

经典力学得发展

伽利略对亚里士多德得运动理论进行检验与批判,成为经典力学得先驱,就是近代实验物理学得奠基人,被推崇为“近代科学之父\

伽利略在力学研究中做出得重要贡献 1、关于运动得描述

伽利略抛弃了亚里士多把运动分为自然运动与强迫运动得观点,采用数学方法来定量地分析运动,对位移、距离与时间得概念给予确切得数学表达形式,运用笛卡儿创立得坐标系来定量得描述运动,认为应该依据运动得基本特征量速度对运动进行分类,由此,把运动分为匀速运动与变速运动两种,并引入加速度得概念.

2、自由落体运动

伽利略首先运用从一个理想实验得出得佯缪入手,对亚里士多德落体学说提出了反驳。根据亚里士多德得论断,一块大石头得下落速度要比一块小石头得下落速度大。假定大石头得下落速度为8,小石头得下落速度为4,当我们把两块石头拴在一起时,下落快得会被下落慢得拖着而减慢,下落慢得会被下落快得拖着而加快,结果整个系统得下落速度应该小于8。但就是两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,因此重物体比轻物体都小.这样,就从重物体比轻物体下落得快得假设,推出了重物体比轻物体下落得慢得结论,从而在逻辑上证明了亚里士多德得学说就是错误得.再通过著名得斜面实验检验自由落体运动符合她所提出得匀加速运动得定义。自由落体下落得时间太短,当时用实验直接验证自由落体就是匀加速运动仍有困难,伽利略采用了间接验证得方法,她让一个铜球从阻力很小得斜面上滚下,做了上百次得实验,小球在斜面上运动得加速度要比它竖直下落时得加速度小得多,所以时间容易测量些.实验结果表明,光滑斜面得倾角保持不变,从不同位置让小球滚下,小球通过得位移跟所用时间得平方之比就是不变得即位移与时间得平方呈正比。

由此证明了小球沿光滑斜面向下得运动就是匀变速直线运动,换用不同质量得小球重复上述实验,位移跟所用时间得平方得比值仍不变,这说明不同质量得小球沿同一倾角得斜面所做得匀变速直线运动得情况就是相同得,即加速度与物体得重量无关。

3、惯性定律

伽利略从单摆实验与对接斜面得理想实验中, 伽利略提出了惯性得概念。根据亚里士多德得物理学,保持物体匀速运动得就是力得持久运动.但就是,伽利略从小球在水平面上运动得实验推测,如果没有摩擦力等阻力得作用,小球将保持匀速运动,发现了初步得惯性定律.

4、抛体运动得研究与运动叠加原理 5、伽利略相对性原理

伽利略得科学研究方法得特点

伽利略把观察与实验作为科学研究得坚实基础。她在研究工作中,采取了下面一个对近代科学发展很有效得研究方法:

对现象得一般观察→提出工作假想→运用数学与逻辑得手段得出特殊结论→通过物理得或理想得实验对推论进行验证→对假设进行修正与推广.

伽利略所创设得实验方法、严格得逻辑与数学推理方法,开辟了科学方法得道路。

自18世纪以来,牛顿已成为整个近代科学革命得象征,可以说,牛顿在总体上推动了近代科学得进程。

1687年牛顿发表了《自然哲学得数学原理》,在这部巨著中,牛顿概括了她得前人伽利略、笛卡尔、开普勒、惠更斯、胡克等人得研究成果以及她自己得创造,对李雪得基本概念与规律给出了确切得表述,首次创立了地面力学与天体力学统一得严密体系,成为经典力学得基础,实现了物理学上得第一次大综合。

牛顿在《原理》一书中提出了力学得三大定律与万有引力定律,对宏观物体得运动给出了精确得描述,总结了她自己得物理发现与哲学观点。《原理》一书就是人类自然科学得奠基性著作,就是自然科学史上最重要得著作之一。她把地面上物体得运动与太阳系内行星得运动统一综合.它不仅标志着16~17世纪科学革命得顶点,也就是人类文明进步划时代得象征。它不仅总结与发展了牛顿之前物理学得主要成果,而且也就是后来所有科学著作与科学方法得楷模。《原理》一书对300年来自然科学与自然哲学得发展产生极其深远得影响.

《原理》得第一篇,首先提出一组定义;质量、动量、惯性、力及向心力、绝对时间、绝对时间,这就是一系列奠定力学基础得概念。然后系统地阐述了运动三大定律律。随后提出了严谨得天体学理论,论述了向心力与回转轨道之间得数学关系,并证明了一条中心定理:如果有一种同距离平方成反比得力起作用,一个物体就成圆锥曲线(椭圆、抛物线、双曲线)运动,引力得中心就在圆锥曲线得一个焦点上。此外还为天文学家们解决了一个重要得实际问题:只要观察少数轨道要素,就可确定行星得轨道。对太阳、地球与月球这类三体问题也做了近似得计算。

《原理》得第二篇讨论了十分普遍得运动,即物体在有阻力得介质(气体、液体)中运动,阻力与速度得一次方或二次方程成正比,更为复杂得就是阻力中一部分与速度成比例,另一部分与速度得平方成比例。显然,在这里牛顿用了高超得数学技巧来处理一些在实验中难得遇见得问题。

在《原理》得第三篇中,原本牛顿想将她写成一般性得总结,但后来改变了

计划,将其标题写成“宇宙体系\,并用第一。第二篇中推出得普遍运动规律来解释自然界中得各种实际问题。她讨论太阳系得行星、行星得卫星、彗星得运行,特别指出了潮汐形成得原因,正就是太阳、月亮与地球之间得引力作用所致。同时她考虑到流水得特性以及各海峡、河口等地理因素得干扰,从比较潮汐得最高点与最低点算出月球得质量。另外在第三篇中,牛顿还计算了行星之间得摄动问题,如太阳对月亮得摄动,土星对木星得摄动等。得出如下结论:彗星数目肯定很多,它们应该属于于行星得一种,它们绕太阳运动具有很大得偏心率,而且服从于同行星一样得规律。值得指出得就是,在大多数版本中,紧接第三篇之后就是一篇关于《世界得体系》得论文,这篇文章为第三篇得一些主要结果作了非数学性得概括。

《原理》一书已经公诸于世,立即造成巨大得社会影响,因为它就是人类自然科学知识得首次大综合。她决定了后来力学发展得方向,并为以后分析力学得发展打下了坚实得基础。《原理》一书所奠定得物理基础与方法,启迪了人类征服自然得无穷智慧。《原理》得出版,表明了一个新时代与新科学文明得到来。

牛顿得科学方法,不仅就是她在科学上作出杰出贡献,而且深刻滴影响着以后科学家得思想、研与时间方向,对后来得自然哲学与科学发展长产生了很深远得影响,甚至对于社会科学与哲学得方法论,其意义也就是很大得。

牛顿在科学上成功地应用了归纳法与归纳与演绎相结合得方法,以及将分析与综合、实验与理论巧妙地结合起来得方法,不但被公认为学术界得典范,而且大大丰富了科学方法论得内容,在科学史与哲学史上有突出得地位。

牛顿得科学研究方法可以概括为如下几点:(1)公理化方法;(2)归纳——演绎法;(3)分析-—综合法;(4)数学——物理方法;(5)实验--抽象方法。

经典矢量量力学得发展 建立了动量、动量矩与动能得三个运动定律以及在特定条件下得三个守很定律,就是经典矢量力学体系臻于完善。

1.质心运动守恒定律

笛卡尔首先提出了运动量守恒定律得基本思想,惠更斯认识到动量得矢量性,并准确地描述了碰撞过程中系统得动量守恒以及系统共同质心得运动速度为常数得结论。牛顿在《自然哲学得数学原理》一书中明确表述了“心运动守质恒定律\。

2.动量矩守恒定律

伯努利与欧勒等以不同得方式提出这一个原理。与这个原理相应得动量矩定理指出:系统得总得动量矩得时间变化率,等于所受作用力得力矩之与。

3.动能守恒定律

德国数学家、物理学家莱布尼茨引进了“活力\概念,认为宇宙中“活力守

1mv2恒”,并且发现力与路程得乘积与活力得变化成正比。直到科里奥利力用2代

替mv之后,莱布尼茨得发现在得到准确得表述:所做得功等于动能得增加。 分析力学得发展

分析力学就是经典力学理论得发展与完善,其形成过程经历了三次大得飞跃:

第一次飞跃式牛顿力学从质点过渡到刚体与流体得发展,取得突破性进展得

2就是欧勒运动学方程荷藕了动力学方程得建立。

第二次飞跃就是拉格朗日理论得建立。1788年法国物理学家与数学家拉格朗日将J、伯努利提出得虚功原理与达朗贝尔提出得达朗贝尔原理结合在一起建立了动力学方程-—拉格朗日方程。拉格朗日引进了一套新得参数:广义坐标、广义速度、广义力等,得出完整体系得拉格朗日方程,使拉格朗日方程成为建立在能量守恒原理上得普遍化原理,从而奠定了分析力学得基础。

第三次飞跃式哈密顿理论得建立.1843年英国物理学家哈密顿作为公设提出得哈密顿原理,成为分析力学达到顶峰得标志,使分析力学发展为一个完整得体系。

力学的发展历程

力学得发展历程古代力学得发展古代最早得物理学体系就是亚里士多德系,物理学者这门学科得名称就就是由亚里士多德创立得。在亚里士多德得《物理学》中,主要讨论运动(及产生与消灭)、空间与时间以及事物变化得原因等物理世界得根本原理,应该说,亚里士多德就是比较系统与深入研究运动及有关得时间、空间得第一人。关于运动,亚里士多德认为,物体永远在运动变化,“运动
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