2.分析力学的发展
在牛顿以后,矢量力学发展起来,但生产中涌现出的多质点、多约束的复杂情况,使其遇到一定困难。
1747年,法国的莫培督发表了“最小作用量原理”。1788年,拉格朗日进一步论证力学可以整个建立在最小作用量原理的基础上,分析力学与矢量力学平行发展起来,并成为推动理论物理和相对论发展的基本工具。
1.流体力学的发展
由于牛顿等建立了微积分的方法,数学工具得到加强,使力学的研究领域加强了。为了研究弹道和减少轮船的航行阻力,在伯努利、欧勒等人的努力下,流体力学得到了发展。
2.地球运动的实验研究
1.对万有引力常数的测定
英国的物理学家卡文迪许等测定了万有引力常数。因他们在实验中采用了扭秤,全部仪器被放在用火漆密闭的密室中,因而被誉为“弦丝挂,火漆封”派。
西方:恩格斯说:“这是一次人类从来没有经历的最伟大的进步的变革,是一个需要巨人而且产生了巨人--的时代。”
中国:由于封建统治,闭关锁国,教育僵化,科技发展迟滞。
光绪时康有为的公车上书痛心疾首地指出:“姚燮谓:‘我之所为,彼皆知之,彼之所为,我独不闻,安得不为所制乎!’学塾经费少于兵饷数十倍,士人能通古今达中外者,郡县乃或无人焉。”也说明了这一问题。
第四节 力学的逐步发展
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1)绝对时空观
牛顿说:“绝对的数学的时间与外界无关地流逝着……。”认为时间与空间无关,时空与运动无关,是绝对的物理量。
2)当一些问题牛顿解释不了时,它就只好用上帝的万能来解释,为此牛顿花
费了后半生的心血,这正是牛顿的悲剧。
3.热爱科学,追求真理
人们问:“你是怎么发现万有引力的?”
牛顿说:“By thinking on it continually.”
牛顿终身没娶。1727年,牛顿遗言:“我不知道世人对我是怎样的看法,但是在我看来,我不过象一个在海边玩耍的孩子,为时而发现一块美丽的石子而高兴,但那浩瀚的真理的海洋,却还在我的面前未曾发现呢。”
2.讲求科学研究方法
1)分析综合法
牛顿在“光学”一书中曾说:从结果到原因,从特殊原因到普遍原因,一直论证到最普遍的原因为止,这就是分析的方法;而综合的方法则假定原因已经找到,并已把他们立为原理,再用这些原理去解释由他们发生的现象。
2)归纳与演绎相结合
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3)追求简单、明白的公理体系
牛顿根据月球受地球吸引的现象,归纳出一切天体相互吸引的关系,进而得出了引力定律,再演绎出宇宙万物间相互吸引的因果关系。
演示牛顿月亮
牛顿在原理中写道:“自然界喜欢简单化,而不爱用什么多余的原因以夸耀自己。”所以他努力寻找支配自然界的尽可能简单的原理,总结其规律。
4)数学物理方法:原理是数学与物理的完美结晶
大自然追求的是一本用数学语言所写的巨著,他追求的是一个精确的,完完本本用数学表示的定律。 --牛顿
5)实验----抽象方法
万有引力定律既有观测实验的基础,同时也是科学抽象的产物。
1.站在巨人的肩上,勤奋学习,积累知识
数 学---〉 欧几里德--笛卡尔--莱布尼兹
力 学---〉 达.芬奇--伽里略--惠更斯
天文学---〉 哥白尼--第谷--开普勒
引力思想---〉吉尔伯特--布里阿德--玻列利
4.它发挥了科学理论的预言作用,引导人们从已知的现象去预测未来。
1)哈雷彗星
1682年彗星出现时,有人说,它是人类的罪恶造成的,因此人们纷纷跪地祈祷,惊恐万分。
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牛顿根据天文资料,应用万有引力定律,说明和计算了彗星的运动轨道。
牛顿的好朋友,英国天文学家哈雷(1656-1742),根据牛顿理论进一步计算了大量彗星的运动轨道,得出1531年、1607年、1682年出现的彗星轨道相同,因此应是同一彗星。由此预言,1758年还将出现这一彗星。
1758年,这成了当时一件众人十分瞩目的大事。彗星到期未出现,科学家着急得很。1759年3月12日,这颗星出现了,迟到的原因,是因为它受木星和土星的吸引而姗姗来迟了,这正说明了万有引力定律的成功。
2)“笔尖下的行星”的发现
1781年,赫舍尔(1738-1822)发现天王星,踞太阳约28亿公里,绕一周要84年。但根据牛顿理论,其运动有偏差,于是预言,还应该存在另一颗星。
列威尔(法)、亚当斯(英)根据牛顿的理论计算出了该星的轨道。
柏林天文家伽列于1846年9月23日,在列威尔推算处相距不到1°的地方发现了这颗星--海王星,大大拓宽了天文科学家的视野。
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总之《自然哲学数学原理》第一次显示了科学理论所具有的知识飞跃和能动作用,它为后来的物理研究开拓了一条传统思路,奠定了经典力学的基础,促进了物理学向前发展。
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