第3篇 力學(xué)發(fā)展史

章經(jīng)典物理學(xué)產(chǎn)生的背景

節(jié)近代科學(xué)產(chǎn)生的搖籃—文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)2021/6/271一、近代科學(xué)產(chǎn)生的社會(huì)條件好象資本主義生產(chǎn)的發(fā)展僅僅對(duì)科學(xué)技術(shù)提出了需要和科學(xué)研究的課題。實(shí)際上，資本主義生產(chǎn)的發(fā)展不僅提供了大量的科學(xué)發(fā)展所需要的材料，而且也創(chuàng)造了制作實(shí)驗(yàn)儀器的物質(zhì)和技術(shù)條件。實(shí)驗(yàn)儀器隨著生產(chǎn)的發(fā)展而提高和完善，這就給科學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來系統(tǒng)性和廣泛性，并形成了實(shí)驗(yàn)科學(xué)。2021/6/272二、文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的興起文藝復(fù)興，實(shí)質(zhì)就是資產(chǎn)階級(jí)新文化運(yùn)動(dòng)。新興的資產(chǎn)階級(jí)發(fā)現(xiàn)在古代希臘、羅馬文化中，可以找到用來反對(duì)封建統(tǒng)治和封建文化的武器，這就是自然哲學(xué)及以人為中心的文學(xué)藝術(shù)。隨著資產(chǎn)階級(jí)政治活動(dòng)開展，竟然掀起了一個(gè)反對(duì)封建思想統(tǒng)治和束縛的強(qiáng)大運(yùn)動(dòng)，這就是以恢復(fù)古代文化面目出現(xiàn)的“文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)”。2021/6/273列奧那多·達(dá)·芬奇物理學(xué)的研究方面

用虛速度原理，證明了杠桿原理；他第一次企圖測(cè)定摩擦系數(shù)；他在分析鳥類飛行時(shí)，描述過合力的平行四邊形，也曾將重物沿斜面的運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)分量。他對(duì)流體力學(xué)的研究很多，例如，他發(fā)現(xiàn)下部連通的諸容器中的靜止液體有同一表面高度。他所設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置和發(fā)明據(jù)說有上千項(xiàng)。隨身攜帶的筆記手稿現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的約有7000頁(yè)。2021/6/274三、文藝復(fù)興精神的代表——列奧那多

意大利人列奧那多·達(dá)·芬奇（公元1452－1519年）他蔑視教會(huì)的權(quán)利，敢于觸犯教會(huì)的禁令。教會(huì)規(guī)定人死了不允許解剖，可是達(dá)·芬奇不管這些，弄到了許多尸體，一一進(jìn)行解剖。他認(rèn)為，只有進(jìn)行解剖，才能探查人體的機(jī)器運(yùn)行的奧秘。力求成為“認(rèn)識(shí)自然和模仿（改造）自然的巨匠”。2021/6/275達(dá)·芬奇的座右銘列奧那多·達(dá)·芬奇非常重視觀察和實(shí)驗(yàn)的方法，他把觀察和實(shí)驗(yàn)當(dāng)作科學(xué)研究獨(dú)一無二的真正方法?！皩?shí)驗(yàn)是我的老師”；“理智是實(shí)驗(yàn)的女兒”。同樣重視數(shù)學(xué)和理論的作用。2021/6/276第二節(jié)近代科學(xué)的宣言----日心說

哥白尼日心體系的新學(xué)說，是自然科學(xué)向神學(xué)的第一次嚴(yán)正挑戰(zhàn)，標(biāo)志著自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來的一次革命。恩格斯稱它為“自然科學(xué)的獨(dú)立宣言”。2021/6/277一、哥白尼的生平與他創(chuàng)立的日心說

著名的天文學(xué)家尼古拉·哥白尼（公元1473－1543年）于1473年2月9日生于波蘭托倫城的一個(gè)商人家庭。哥白尼的偉大著作《天體運(yùn)行論》哥白尼是這個(gè)時(shí)代的真正英雄。天文學(xué)是觀察和記載天象、描述天體運(yùn)動(dòng)、探索規(guī)律并預(yù)測(cè)其位置以便于制定歷法、辨明方位的一門最早的科學(xué)。2021/6/278哥白尼的基本思想

①太陽(yáng)是宇宙的中心，行星都圍繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。②地球是運(yùn)動(dòng)的，它是繞著太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的普通行星，它本身還在自轉(zhuǎn)。③月亮是地球的衛(wèi)星，一個(gè)月繞地球一周，就象衛(wèi)士一樣，地球帶著月亮一起繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。2021/6/279哥白尼的基本思想④行星在太陽(yáng)系中排列的順序是：離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的是土星，三十年繞太陽(yáng)一周；其次是木星，十二年繞太陽(yáng)一周；然后是火星，兩年繞太陽(yáng)一周；第四是地球和月亮，一年繞太陽(yáng)一周；第五是金星，九個(gè)月繞太陽(yáng)一周，離太陽(yáng)最近的是水星，八十天繞太陽(yáng)一周。恒星在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的一個(gè)天球面上靜止不動(dòng)。2021/6/2710哥白尼是怎樣創(chuàng)立“日心體系”說的呢？

在《天體運(yùn)行論》的第一卷中，哥白尼明確地把地球從宇宙中心位置推除開去，把它降為普通行星的一員。他斷言，地球自身有三種運(yùn)動(dòng)：第一種是“地球自西向東繞軸晝夜自轉(zhuǎn)”；第二種是“地心同地球上的一切的周年旋轉(zhuǎn)，在金星與火星軌道間的黃道上從西向東運(yùn)行”；第三種是“傾斜面的運(yùn)動(dòng)”，即赤道面或自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于日——地聯(lián)線的運(yùn)動(dòng)。2021/6/2711哥白尼學(xué)說影響之深遠(yuǎn)

恩格斯稱它為“自然科學(xué)的獨(dú)立宣言”就可想而知了。哥德說：“哥白尼學(xué)說撼動(dòng)人類意識(shí)之深，自古以來無一種創(chuàng)見、無一種發(fā)明可與倫比，當(dāng)大地是球形被哥倫布證明以后不久，地球?yàn)橛钪嬷髟鬃鹛?hào)也被剝奪了，自古以來沒有這樣天翻地覆地把人類意識(shí)倒轉(zhuǎn)來過，如果地球不是宇宙中心，無數(shù)古人相信的事將成為一場(chǎng)空事，誰還相信伊甸的樂園、贊美詩(shī)的頌歌和宗教的故事呢？”2021/6/2712二、天文學(xué)的新成就——開普勒三定律

第谷把天文觀測(cè)精確度提高到一個(gè)新的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前人的幾十倍到幾百倍，并積累了大量的觀察數(shù)據(jù)資料。開普勒從這些浩若煙海的據(jù)數(shù)中總結(jié)出規(guī)律，提出了開普勒三定律。2021/6/2713第谷·布拉赫第谷·布拉赫（公元1546－1601年）是丹麥天文學(xué)家，天文觀測(cè)的大師。第谷出身于一個(gè)貴族家庭，少年時(shí)代就對(duì)天文的精確觀測(cè)產(chǎn)生了濃厚的興趣和愛好。第谷成了當(dāng)時(shí)罕見的天文觀測(cè)家。有“星學(xué)之王”的美稱。第谷善于觀測(cè)而不善于思索，開普勒則善思索而不善于觀測(cè)，他們各有所長(zhǎng)各有所短，結(jié)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，就導(dǎo)致科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重大突破。2021/6/2714約翰·開普勒約翰·開普勒（公元1571——1630年）是德國(guó)偉大的天文學(xué)家。天文學(xué)上兩大傳統(tǒng)觀念：一是地球位于宇宙中心。二是天體必然是球形的，它的運(yùn)動(dòng)軌道必然也是圓的。哥白尼推翻了前一個(gè)傳統(tǒng)觀念，但是他始終堅(jiān)持后一個(gè)傳統(tǒng)觀念，開普勒卻大膽地沖破了這后一個(gè)傳統(tǒng)觀念。2021/6/2715開普勒行星運(yùn)動(dòng)的三定律

1609年開普勒在《新天文學(xué)》一書中，正式提出了行星運(yùn)動(dòng)的兩條定律：第一定律是“軌道定律”；行星沿橢圓軌道繞日運(yùn)行，太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上；2021/6/2716開普勒行星運(yùn)動(dòng)的三定律第二定律是“面積定律”：行星與太陽(yáng)之間所聯(lián)直線在相等時(shí)間內(nèi)掃過橢圓的面積相等。這就是說行星在近日點(diǎn)附近的速度要快一些。過了九年，開普勒又發(fā)現(xiàn)了第三定律，即“周期定律”：行星繞日一周所需時(shí)間（公轉(zhuǎn)周期）的平方，與其和太陽(yáng)平均距離的立方成正比。2021/6/2717開普勒的發(fā)現(xiàn)的偉大價(jià)值開普勒的發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)天文學(xué)的發(fā)展有著重大意義，而且對(duì)自然科學(xué)的發(fā)展也有它偉大價(jià)值。開普勒從第谷的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)出發(fā)，否定了主觀的幾何模式和托氏地心體系。他的第一定律否定了圓形軌道論；第二定律否定了勻速運(yùn)動(dòng)；第三定律建立了各行星之間的聯(lián)系。2021/6/2718愛因斯坦的評(píng)價(jià)“開普勒的驚人成就，是證實(shí)下面這條真理的一個(gè)特別美妙的例子，這條真理是：知識(shí)不能單從經(jīng)驗(yàn)得出，而只能從理智的發(fā)明同觀察到的事實(shí)兩者的比較中得出。”這就是說，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的兩大武器，即觀察實(shí)驗(yàn)和抽象思維的理論創(chuàng)造是缺一不可的，必須把兩者結(jié)合起來才行。

2021/6/2719開普勒的功績(jī)開普勒是用數(shù)學(xué)公式表達(dá)物理定律最早獲得成功的人之一。從他的時(shí)代開始，數(shù)學(xué)方程就成為表達(dá)物理學(xué)定律的基本方式，為經(jīng)典力學(xué)的建立，立下了不可磨滅的功勛。

2021/6/2720三、伽利略在天文學(xué)上的功績(jī)伽利略是在1610年用自制的垂軸放大率達(dá)32倍的天文望遠(yuǎn)鏡指向天空進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了月球表面有象火山口那樣的環(huán)形山，同地面結(jié)構(gòu)相似。他發(fā)現(xiàn)了金星的周相變化，木星有四個(gè)衛(wèi)星，銀河是無數(shù)發(fā)光體的總匯，土星有多變的橢圓外形等等。他并發(fā)現(xiàn)月球與其他星球所發(fā)的光都是太陽(yáng)反射的光。太陽(yáng)的表面上存在著黑子，黑子還有規(guī)律地變化著。他判斷太陽(yáng)以二十七天左右的周期轉(zhuǎn)動(dòng)（太陽(yáng)在自轉(zhuǎn)）。2021/6/2721三、伽利略在天文學(xué)上的功績(jī)伽利略所觀測(cè)到木星有四顆衛(wèi)星和金星的周相變化有重要意義，它否定了古代關(guān)于游動(dòng)的天體只有七個(gè)的斷言，這是對(duì)哥白尼的重要支持。2021/6/2722伽利略的主要功績(jī)伽利略的主要功績(jī)之一，是把哥白尼、開普勒所開創(chuàng)的新世界觀加以證實(shí)和普遍宣傳，并以自己在教庭下的犧牲喚起了人們對(duì)日心說的公認(rèn)。2021/6/2723第三節(jié)新科學(xué)的特征一、批判經(jīng)院哲學(xué)，崇尚科學(xué)真理所謂經(jīng)院哲學(xué)如前章所述，是基督教哲學(xué)，它嚴(yán)重地束縛著人們的思想。英國(guó)杰出的哲學(xué)家弗蘭西斯培根（公元1561—1626）首先樹立起了批判經(jīng)院哲學(xué)的旗幟，向經(jīng)院哲學(xué)發(fā)起戰(zhàn)斗。培根提出了“知識(shí)就是力量”的口號(hào)。培根認(rèn)為：經(jīng)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是真理的來源和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。2021/6/2724一、批判經(jīng)院哲學(xué)，崇尚科學(xué)真理由于天文學(xué)、力學(xué)、光學(xué)的成就，使一些先進(jìn)的思想家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到必須否定宗教的教義是真理的來源，提倡思想自由，提倡科學(xué)的實(shí)際目的，提倡實(shí)驗(yàn)研究方法。2021/6/2725培根培根在1605年出版的《論科學(xué)的進(jìn)展》中，他指出：印刷、火藥和指南針這三種東西的發(fā)明“改變了世界的面貌”，“沒有一個(gè)帝國(guó)，沒有一個(gè)宗教教派，沒有一個(gè)顯赫的人物能比這三種發(fā)明在人類的事業(yè)中產(chǎn)生更大的力量和影響”。2021/6/2726笛卡兒第二位向宗教宣戰(zhàn)的就是法國(guó)杰出的數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家笛卡兒（公元1596—1650），他繼續(xù)向經(jīng)院哲學(xué)展開了斗爭(zhēng)。他反對(duì)信仰先于知識(shí)的宗教教義，認(rèn)為必須創(chuàng)立為實(shí)踐服務(wù)的世俗科學(xué)來代替經(jīng)院哲學(xué)。他提出了“懷疑原則”作為創(chuàng)立真正的科學(xué)出發(fā)點(diǎn)。2021/6/2727二、理論概括方法的確定

培根、笛卡兒他們的方法論都帶有一定的片面性。笛卡兒強(qiáng)調(diào)的演繹法的弱點(diǎn)在于前提錯(cuò)了，結(jié)論就錯(cuò)了；歸納法的弱點(diǎn)在于結(jié)論，它很容易帶有局限性與或然性。

2021/6/2728笛卡兒笛卡兒從與培根不同的方面發(fā)展了自然科學(xué)的方法論，在1637年出版的《方法論》中，他提出了他的唯理論學(xué)說。他認(rèn)為，在發(fā)展認(rèn)識(shí)過程中，起主要作用的不是經(jīng)驗(yàn)，而是理論思維，即理性。在方法論中笛卡兒闡明了對(duì)培根的歸納法所作的一些補(bǔ)充的演繹法的原理。即由普遍原理得出局部結(jié)論的方法本身就稱為演繹法。笛卡兒對(duì)物理學(xué)中發(fā)展起來的數(shù)學(xué)方法很贊賞，認(rèn)為一切科學(xué)都應(yīng)該按照數(shù)學(xué)形式建立起來，把理論思維作為出發(fā)點(diǎn)。笛卡兒創(chuàng)立的以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的演繹法，成為后來的理論物理學(xué)的主要方法。2021/6/2729笛卡兒笛卡兒也認(rèn)為實(shí)驗(yàn)可以提供“原始前提的必要素材”，還能檢驗(yàn)所得結(jié)論的正確性。伽利略同樣認(rèn)為。真正的科學(xué)就在“經(jīng)常展示在我們眼前的這部最偉大的書中”，即宇宙、自然界。人們必須通過實(shí)驗(yàn)去閱讀這部“自然之書”。

2021/6/2730伽利略很重視進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)伽利略很重視進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)。他創(chuàng)建了一整套科學(xué)方法，這是無價(jià)之寶。愛因斯坦曾精辟分析道：“常聽人說，伽利略之所以成為科學(xué)之父，是由于他以經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)的方法來代替思維的、演繹的方法。但我認(rèn)為這種理解是經(jīng)不起嚴(yán)格審查的?！呀?jīng)驗(yàn)的態(tài)度與演繹的態(tài)度截然對(duì)立起來，那是錯(cuò)誤的，而且也不代表伽利略的思想”。這就是說，應(yīng)該全面認(rèn)識(shí)伽利略所首創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)、物理思維和數(shù)學(xué)演繹三者巧妙結(jié)合的科學(xué)方法。2021/6/2731伽利略非常重視觀察和實(shí)驗(yàn)伽利略非常重視觀察和實(shí)驗(yàn)，在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出假說，再用數(shù)學(xué)分析和邏輯推理證明假說，最后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論的正確。概括起來就是實(shí)驗(yàn)—數(shù)學(xué)推理方法，這一方法，在伽利略以后很多年代里為很多人所重視。愛因斯坦和英費(fèi)爾德在《物理學(xué)的進(jìn)化》一書中評(píng)論說：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端”。2021/6/2732惠更斯指出荷蘭物理學(xué)家惠更斯后來指出：培根不了解科學(xué)方法中數(shù)學(xué)所起的作用，而笛卡兒則忽視了實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的作用。實(shí)際上，這兩種方法是互相補(bǔ)充的．只有把這兩種方法以及其它科學(xué)方法結(jié)合起來，才能最有效地促進(jìn)科學(xué)認(rèn)識(shí)的健康發(fā)展。2021/6/2733第二章經(jīng)典力學(xué)體系的建立第一節(jié)伽利略的力學(xué)貢獻(xiàn)一、斯臺(tái)文的力學(xué)研究比利時(shí)力學(xué)家斯臺(tái)文（公元1548～1620）于1586年出版了《靜力學(xué)原理》一書。在這本書中對(duì)阿基米德的杠桿原理作了簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)證明，提出了平行力平衡的完整理論，研究了滑輪組平衡問題和機(jī)械效率問題。斯臺(tái)文對(duì)斜面平衡問題進(jìn)行了深入的研究，在兩個(gè)力互成直角的情況下，引進(jìn)了三角形（或平行四邊形）法則，提出了力的分解的初步思想。2021/6/2734二、伽利略的運(yùn)動(dòng)理論1．運(yùn)動(dòng)的描述和分類方面為了賦予“速度”這一概念以確切的含義從而定義勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)，他首先確切地表述了時(shí)間和空間的概念，使時(shí)間和空間的概念在物理學(xué)中具有了重要意義。他給勻速運(yùn)動(dòng)下的定義是：“在任何相等的時(shí)間間隔內(nèi)通過的距離相等”，他還提出了瞬時(shí)速度的概念，瞬時(shí)速度概念的提出，擴(kuò)展了速度概念。2021/6/27352．對(duì)自由落體的研究伽利略還提出并證明落體運(yùn)動(dòng)是勻加速運(yùn)動(dòng)。伽利略還提出了“等末速度假設(shè)”，即物體在同一高度下落，無論是沿豎直方向還是沿不同斜面，到達(dá)末端時(shí)的速度都是相同的。反之，以同樣速度上升，沿任何斜面上升的高度都相同。

2021/6/27363．慣性運(yùn)動(dòng)的研究

伽利略并沒有完成這些推論，沒有概括成普遍的自然規(guī)律。而且伽利略認(rèn)為慣性運(yùn)動(dòng)只能是繞地球的圓周運(yùn)動(dòng)，使他的結(jié)論帶來局限性，因此慣性定律的完成仍需歸功于牛頓。2021/6/27374．拋物運(yùn)動(dòng)的研究

伽利略用幾何方法證明了，一個(gè)平拋的物體可以分解為兩種運(yùn)動(dòng)，一種是水平上的勻速運(yùn)動(dòng)，它使物體始終保持水平速度不變；另一種是引力作用的自由落體運(yùn)動(dòng)，這是勻加速運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)同時(shí)存在于一個(gè)物體上，彼此互不干擾，合成一個(gè)運(yùn)動(dòng)，使物體沿一拋物線運(yùn)動(dòng)。這就是運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立進(jìn)行原理。2021/6/27385．伽利略相對(duì)性原理

精彩地描述了勻速直線運(yùn)動(dòng)的船艙里所觀察到的現(xiàn)象。他指出在這樣的船艙里所觀察到的現(xiàn)象將同船靜止時(shí)完全一樣：人們跳向船尾不會(huì)比跳向船頭來得遠(yuǎn)；從掛著的水瓶中滴下的水滴仍會(huì)滴進(jìn)正下方的罐子里；蝴蝶和蒼蠅繼續(xù)隨便地四處飛行，絕不會(huì)向船尾集中，或者為趕上船的運(yùn)動(dòng)而顯出疲累的樣子……這些現(xiàn)象表明，在封閉的船艙里所作的任何觀察和實(shí)驗(yàn)，都不能判斷船究竟是在運(yùn)動(dòng)還是停止不動(dòng)的。這就是著名的伽利略相對(duì)性原理，這個(gè)原理的發(fā)現(xiàn)，是人類科學(xué)認(rèn)識(shí)史上的一個(gè)重大飛躍。2021/6/2739第二節(jié)伽利略至牛頓時(shí)代的科學(xué)家

一、十七世紀(jì)中葉科學(xué)活動(dòng)的特點(diǎn)。哥白尼的日心說經(jīng)過布魯諾、開普勒和伽利略等人的工作，到了十七世紀(jì)幾乎被所有的科學(xué)家所接受。伽利略的實(shí)驗(yàn)一數(shù)學(xué)推理方法為廣大的科學(xué)家所接受和發(fā)展。涌現(xiàn)出大批科學(xué)家和大批實(shí)驗(yàn)室。2021/6/2740牛頓所說的“巨人”法國(guó)的笛卡兒（公元1596—1650）、費(fèi)馬（公元1601一1665）、帕斯卡（公元1623—1662）、馬略特（公元1620一1684）、荷蘭的惠更斯（公元1629－1695）、德國(guó)的萊布尼茨（公元1646一1716）、格里凱（公元1602一1686）、英國(guó)的玻意耳（公元1627—1691）、胡克（公元1635—1703）和哈雷（公元1656一1742）等等。2021/6/27412.科學(xué)團(tuán)體的出現(xiàn)

1662年國(guó)王查理二世正式批準(zhǔn)成立“促進(jìn)自然知識(shí)為宗旨的皇家學(xué)會(huì)?！?663年建立了巴黎皇家科學(xué)院。2021/6/27423.科學(xué)的國(guó)際聯(lián)系加強(qiáng)

法國(guó)特別是英國(guó)成為自然科學(xué)活動(dòng)的中心。科學(xué)交流便不斷地加強(qiáng)，先是個(gè)人間的通信交流，以及學(xué)者們的互訪、講學(xué)等活動(dòng)。一批國(guó)際性的學(xué)術(shù)雜志出現(xiàn)了。1665年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)出版了《哲學(xué)學(xué)報(bào)》，法國(guó)科學(xué)院同年也出版了《學(xué)人雜志》，1682年萊比錫出版了《博學(xué)者雜志》。2021/6/2743笛卡兒笛卡兒差不多是伽利略的同時(shí)代人。在哲學(xué)上，笛卡兒主張二元論，一方面他認(rèn)為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是客觀存在的，另一方面又認(rèn)為精神也是實(shí)體。他的機(jī)械宇宙觀，數(shù)學(xué)演繹方法和某些物理規(guī)律對(duì)后來都有較大影響。提出了動(dòng)量守恒定律。2021/6/2744笛卡兒明確地?cái)⑹隽藨T性定律，并特別強(qiáng)調(diào)了方向：“如果物體處在運(yùn)動(dòng)之中，那么如無其他原因的作用的話，它將繼續(xù)以同樣速度在同一直線方向上運(yùn)動(dòng)，即不停止也不偏離原來的方向”。對(duì)于碰撞問題，他提出了七條規(guī)律。2021/6/2745英國(guó)的物理學(xué)家和天文學(xué)家胡克在物理學(xué)史上是法拉第以前最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。1677—1683年任皇家學(xué)會(huì)秘書，1665年出版《顯微圖集》，1676年在《論刀具切削》一書中首次提出了固體彈性的胡克定律。1680年初，在寫給牛頓的信中，胡克提出了引力反比于距離平方的猜測(cè)。2021/6/2746法國(guó)的物理學(xué)家馬略特法國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的奠基者之一。馬略特研究了熱、光、視覺、顏色及氣體的性質(zhì)。提出了一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變時(shí)，體積跟壓強(qiáng)成反比的結(jié)論，與玻意耳十四年前提出的結(jié)論相一致，這便是著名的“玻意耳—馬略特”定律。主要著作有；《空氣性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)》、《熱和冷的實(shí)驗(yàn)》、《顏色性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)》、《水和其它液體的運(yùn)動(dòng)》等。2021/6/2747帕斯卡

他與費(fèi)馬、惠更斯共同建立了概率論和組合論的基礎(chǔ)。1658年完成了《擺線論》。1653年發(fā)現(xiàn)了液體壓強(qiáng)的“帕斯卡定律”。2021/6/2748

玻意耳

證明了空氣是有重量的物質(zhì)，研究了壓強(qiáng)對(duì)水的沸點(diǎn)的影響，以及空氣的傳聲作用、比重及折射率等。1662年通過實(shí)驗(yàn)得出了著名的“被意耳—馬略特”定律。1661年出版了化學(xué)史上的一部劃時(shí)代著作《懷疑派化學(xué)家》，使化學(xué)從藥劑師和煉金術(shù)士那里解脫出來，成為真正的科學(xué)。2021/6/2749惠更斯

荷蘭的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家?；莞故紫劝褞缀螌W(xué)帶進(jìn)了力學(xué)領(lǐng)域。1678年在法國(guó)科學(xué)院發(fā)表了反對(duì)牛頓的微粒說的講演，提出了光的波動(dòng)說，指出了在“以太”中傳播的光，像波一樣，即著名的惠更斯原理。其要點(diǎn)是：①波陣面上的每一點(diǎn)都可以看作一個(gè)新的波源，各向發(fā)出次波；②各次波的包絡(luò)面即為下一時(shí)刻的新的波陣面。2021/6/2750惠更斯他在力學(xué)方面的主要工作是碰撞理論，擺和向心力?；莞惯€研究了離心力，他引入了向心加速度概念。為牛頓推證萬有引力定律提供了根據(jù)。2021/6/2751第三節(jié)牛頓的偉大綜合一、牛頓取得成功的歷史條件和個(gè)人工作特點(diǎn)。在自然科學(xué)史上，牛頓完成了理論上的第一次大綜合，他借助于萬有引力定律，創(chuàng)立了天體力學(xué)；借助于光的色散等方面的研究創(chuàng)立了光學(xué)；借助于流數(shù)而創(chuàng)立了微分學(xué)；借助于牛頓運(yùn)動(dòng)三定律創(chuàng)立了經(jīng)典物理學(xué)。在自然科學(xué)史上，沒有一個(gè)人開創(chuàng)了這么多學(xué)科。2021/6/2752牛頓取得成就的客觀條件主要有：

1．“商業(yè)革命”后，英國(guó)的資本主義有很大發(fā)展。

2．新航路開辟以后，發(fā)生了“商業(yè)革命”，位于大西洋交通要道上的英國(guó)，處在國(guó)際貿(mào)易的樞紐地位，在1588年戰(zhàn)勝西班牙后，取得了海上霸權(quán)。

3．牛頓曾說：“如果我所見的比笛卡兒遠(yuǎn)一點(diǎn)，因?yàn)槲沂钦驹诰奕藗兊募绨蛏系木壒省薄?021/6/2753巨人們開普勒的行星運(yùn)動(dòng)三定律和惠更斯向心加速度公式及胡克平方反比的猜測(cè)為牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力做了準(zhǔn)備；伽利略、笛卡兒、惠更斯等人對(duì)力學(xué)的研究為牛頓建立三定律及一些重大的推論做了準(zhǔn)備；牛頓創(chuàng)立的微積分就是在研究笛卡兒解析幾何時(shí)受到了啟發(fā)，斯涅耳和笛卡兒發(fā)現(xiàn)了光的折射定律，格里馬第發(fā)現(xiàn)了衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象，玻意耳、笛卡兒和胡克等人對(duì)物體的顏色理論都做了許多工作，這些為牛頓的光學(xué)理論作了準(zhǔn)備。上述各項(xiàng)成果極需給以總結(jié)，形成統(tǒng)一的科學(xué)體系，牛頓順應(yīng)形勢(shì)，完成了人類對(duì)自然科學(xué)的第一次大綜合。2021/6/2754牛頓個(gè)人的工作特點(diǎn)1．重視實(shí)驗(yàn)，從歸納入手，這是牛頓科學(xué)方法論的基礎(chǔ)。2．牛頓善于思考，具有清晰的邏輯頭腦，對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的事物能夠抓住要害，看清本質(zhì)屬性。3．牛頓有著巨大的數(shù)學(xué)才能，他第一個(gè)大量地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法系統(tǒng)地整理物理理論。2021/6/2755牛頓的巨大成就，使他占有里程碑式的獨(dú)特的地位牛頓對(duì)科學(xué)的迷戀和獻(xiàn)身的精神，勤于思考和善于思考的品格，透徹地系統(tǒng)地解決關(guān)鍵性問題的志向和毅力，尊重其他科學(xué)家的成果并善于吸取別人的成就，也是牛頓取得成功的內(nèi)在因素。2021/6/2756牛頓的巨大成就，使他占有里程碑式的獨(dú)特的地位牛頓提出了兩個(gè)關(guān)健的概念：“力”和“質(zhì)量”，并把“力”與引力相聯(lián)系，把“質(zhì)量”與慣性相聯(lián)系，從而把伽利略、笛卡兒和惠更斯等人對(duì)力學(xué)的研究系統(tǒng)化，并把它們提出的位移、速度、加速度、動(dòng)量等科學(xué)概念納入統(tǒng)一的力學(xué)體系，建立了三定律。他認(rèn)為天上的物體和地上的物體都遵守同樣的規(guī)律，因而綜合天上的月亮和地下的自由落體運(yùn)動(dòng)而得出了萬有引力定律。2021/6/2757二、萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律之前，通過哥白尼、吉爾伯特、開普勒、伽利略、惠更斯和胡克等人的研究，思想準(zhǔn)備已經(jīng)基本成熟，但在數(shù)學(xué)上還遇到不少困難，在物理上還缺乏明確的嚴(yán)格的概念體系，完成萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)的重任就落到了有著巨大教學(xué)才能和綜合能力的牛頓的肩上。2021/6/2758主要貢獻(xiàn)第一是觀念上的，肯定了地球上的重力與天體間引力的同一性，打破了亞里士多德“月上”與“月下”兩個(gè)世界的劃分，所謂“萬有”，就是貫天徹地?zé)o所不包的意思。第二個(gè)貢獻(xiàn)，是用數(shù)學(xué)方法表示出萬有引力，證明了物體受距離平方反比的力，其軌道一定是圓維曲線，即圓、橢圓和雙曲線。

2021/6/2759主要貢獻(xiàn)牛頓通過磁石吸鐵的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了力等于質(zhì)量乘加速度這條運(yùn)動(dòng)第二定律，把這一定律用到引力中去，得出月球受地球的引力和月球的質(zhì)量成正比，又根據(jù)他發(fā)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)第三定律，月球受地球的引力等于地球受月球的引力，因此這一引力也應(yīng)與地球質(zhì)量成正比。這樣終于在1684年到1685年春季之間發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。2021/6/2760主要貢獻(xiàn)牛頓對(duì)萬有引力的研究，有很多光輝的科學(xué)思想，首先他是從建立統(tǒng)一的力學(xué)體系出發(fā)而不是孤立地處理萬有引力，因此就把力學(xué)中的重要概念：力、質(zhì)量、慣性、向心力、加速度及運(yùn)動(dòng)定律有機(jī)地構(gòu)成一個(gè)整體;第二，從方法上他抓住引力問題的主要因素，從地月兩體問題出發(fā)，引入新的數(shù)學(xué)方法研究變量的問題；2021/6/2761主要貢獻(xiàn)第三，他把引力與運(yùn)動(dòng)第二定律及第三定律結(jié)合起來，推廣為引力與兩體質(zhì)量乘積成正比與距離平方成反比的定律；第四，牛頓用積分方法解決了球形物體相互吸引可以看做質(zhì)量集中到球心，并在“地月檢驗(yàn)”中得到證實(shí)，當(dāng)新地球半徑一經(jīng)公布，立即得出了滿意的結(jié)果。2021/6/2762萬有引力定律的考驗(yàn)對(duì)牛頓萬有引力定律理論第一個(gè)重大考驗(yàn)是關(guān)于地球形狀的“桔子”和“檸檬”之爭(zhēng)。萬有引力思想的第二個(gè)輝煌勝利是彗星軌道、周期的計(jì)算。海王星的發(fā)現(xiàn)是萬有引力定律最偉大的勝利。2021/6/2763

三、牛頓和他的《原理》

牛頓（公元1642—1727）于1642—12月25日生于英國(guó)林肯郡的沃爾斯京索普村。1661年5月，牛頓以“減費(fèi)生”的身份考上了著名的劍橋大學(xué)三一學(xué)院，在“盧卡斯講座”第一任教授巴洛的引導(dǎo)下，走上了自然科學(xué)研究的道路。

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》于1687年問世。這部書的出版，標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立。

2021/6/2764三、牛頓和他的《原理》牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是自然科學(xué)劃時(shí)代的著作。在科學(xué)史上，只有象歐幾里得的《幾何原本》、達(dá)爾文的《物種起源》等名著才能與之相比。

《原理》共分兩部分，第一部分仿照歐幾里得的方法，首先提出了定義和原理。以空間、時(shí)間、質(zhì)量和力四個(gè)絕對(duì)化的概念為基礎(chǔ)，以運(yùn)動(dòng)三定律為核心。第二部分是這些基本原理的應(yīng)用，包括三篇。2021/6/2765三、牛頓和他的《原理》第一個(gè)定義是：“物質(zhì)的量是通過正比于密度和體積的總和來確定的量度單位?！迸ｎD把質(zhì)量稱為“物質(zhì)的量”，這是關(guān)于質(zhì)量的第一個(gè)定義。牛頓還明顯地把質(zhì)量與重量區(qū)分開來，前者是物體的固有屬性，后者決定于一定位置所受的地球引力。第二個(gè)定義是關(guān)于動(dòng)量的：“動(dòng)量是通過正比于速度和質(zhì)量的總和來確定的量度單位?！迸ｎD把動(dòng)量看成運(yùn)動(dòng)，并指出動(dòng)量是一個(gè)可加量。2021/6/2766三、牛頓和他的《原理》第三個(gè)定義含有質(zhì)量作為物質(zhì)慣性量度的內(nèi)容，第四個(gè)定義給出了力的嚴(yán)格和科學(xué)的定義：“施加的力是能使物體改變它的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種作用?！逼渌膫€(gè)定義是關(guān)于向心力的。絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)空間、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)、絕對(duì)靜止四個(gè)概念。2021/6/2767三、牛頓和他的《原理》在三定律之后，牛頓結(jié)出了六個(gè)推倫。第一條推論是力的平行四邊形法則：一個(gè)物體同時(shí)受到兩個(gè)力的作用，所受的力就與以這兩力為邊的平行四邊形的對(duì)角線的一個(gè)力的作用相同。其余幾個(gè)推論，提出了運(yùn)動(dòng)的疊加原理，動(dòng)量守恒定律和力學(xué)的相對(duì)性原理。2021/6/2768三、牛頓和他的《原理》《原理》第二部分分三篇。第一篇討論了萬有引力定律和有心運(yùn)動(dòng)問題，提出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶祗w力學(xué)理論，。第二篇討論了物體在有阻力的介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)。第三篇闡述了他的天體力學(xué)理論，介紹了許多研究成果?！对怼芬云浜甏蟮钠?、精湛的思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系和豐富的內(nèi)容成為物理學(xué)發(fā)展史上一部光輝的經(jīng)典著作。2021/6/2769三、牛頓和他的《原理》一方面牛頓以其自然科學(xué)的巨大成就，對(duì)人類的科學(xué)思想的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同時(shí)代的其他人；另一方面，他堅(jiān)信上帝的存在，這同文藝復(fù)興以來反對(duì)宗教的潮流相違背。此外，牛頓的絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)空間和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀念以及質(zhì)量不變的觀念，也表明牛頓的自然觀帶有明顯的形而上學(xué)特點(diǎn)。2021/6/2770

第四節(jié)力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展一、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的發(fā)展。在這一時(shí)期，國(guó)際單位得以確立，進(jìn)行了一些著名的物理實(shí)驗(yàn)，材料力學(xué)和流體力學(xué)的研究取得了很多突破性成果。凡此種種，都促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)朝著通用化、精確化和適用化方向發(fā)展。2021/6/2771一、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的發(fā)展1851年，法國(guó)物理學(xué)家佛科（公元1819－1868）在巴黎名人公墓處的圓頂大教堂，為證明地球自轉(zhuǎn)而做的表演，轟動(dòng)了巴黎，是物理學(xué)史上的一件大事。他把28公斤的擺懸掛在67米高的教堂圓頂上。周期為16.5秒的“佛科擺”每振動(dòng)一次，人們就可以親眼看到擺尖在直徑為6米的沙盤移動(dòng)約3毫米，使實(shí)驗(yàn)的觀眾“確實(shí)覺得自己腳下的地球在轉(zhuǎn)動(dòng)”。2021/6/27721874年成立了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室麥克斯韋出任第一位主任，他創(chuàng)立了電磁場(chǎng)理論。實(shí)驗(yàn)室第二任主任是瑞利（公元1842一1919）任期為1879一1884年，獲1904年諾貝爾獎(jiǎng)。第三任約·湯姆遜（公元1856一1940）任期1884年一1919年。獲1906年諾貝爾獎(jiǎng)，他除了自己杰出的科學(xué)研究成果外，還培養(yǎng)了一大批諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者。2021/6/27731874年成立了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室盧瑟福（公元1871一1937）于1919年接任第四任主任，直到逝世。這位終生從事物理研究的偉大物理學(xué)家獲1908年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第五位主任是威廉·勞倫斯·布拉格（公元1890－1971）；1915年與其父同獲諾貝爾獎(jiǎng)。1954年莫特出任第六任主任。他于1977年獲諾貝爾獎(jiǎng)。1971年皮帕德接任第七任主住，1979年起，原主任之職由庫(kù)克分擔(dān)。2021/6/2774二、關(guān)于“運(yùn)動(dòng)量度”的爭(zhēng)論在十六、十七世紀(jì)，物理學(xué)家們對(duì)于力學(xué)中的一些基本概念如“力”，“運(yùn)動(dòng)”、“動(dòng)量”、“功”和“能量”等等都沒有一致公認(rèn)的精確定義，因此含義混淆不清。為了從量的方面去研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家們?cè)噲D尋找一個(gè)普遍的物理量來做為運(yùn)動(dòng)的量度，從而引起了笛卡兒學(xué)派和萊布尼茨學(xué)派關(guān)于“運(yùn)動(dòng)的量度”的爭(zhēng)論。2021/6/2775二、關(guān)于“運(yùn)動(dòng)量度”的爭(zhēng)論笛卡兒根據(jù)伽利略由重量和速度的乘積來量度運(yùn)動(dòng)的主張，提出了用質(zhì)量和速度的乘積來量度運(yùn)動(dòng)，這種量度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于碰撞問題的研究非常方便、牛頓接受了笛卡兒的主張，并把這一乘積定義為動(dòng)量。

2021/6/2776二、關(guān)于“運(yùn)動(dòng)量度”的爭(zhēng)論1686年萊布尼茨在他的論文《對(duì)可紀(jì)念的笛卡兒和其他人關(guān)于使上帝都希望永遠(yuǎn)保持運(yùn)動(dòng)的量守恒的自然定律的錯(cuò)誤之簡(jiǎn)短證明》中，對(duì)笛卡兒學(xué)派的這個(gè)量度提出了批判，他認(rèn)為運(yùn)動(dòng)不能用質(zhì)量和速度的乘積來量度，他用落體運(yùn)動(dòng)為例，指出笛卡兒的量度與落體定律矛盾的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)笛卡兒的量度在某些情況下是適用的，因此提出了“死力”和“活力”。2021/6/2777二、關(guān)于“運(yùn)動(dòng)量度”的爭(zhēng)論許多著名的物理學(xué)家和哲學(xué)家都參加這場(chǎng)爭(zhēng)論。贊同萊布尼茨的有約翰·伯努力和雅可比·伯努利及歐勒等，贊同笛卡兒的有馬克勞林、卡特蘭、克拉克等人。2021/6/2778二、關(guān)于“運(yùn)動(dòng)量度”的爭(zhēng)論1743年達(dá)蘭貝爾（公元1717－1783）在《動(dòng)力學(xué)論》一書中指出，兩種量度都是有效的。當(dāng)物體平衡時(shí)，力用質(zhì)量與物體虛速度的乘積來量度；當(dāng)物體受阻礙而停止，則可以用質(zhì)量與物體速度的平方來量度，也就是說力可以表示為單位時(shí)間動(dòng)量的改變，也可以表示單位距離內(nèi)質(zhì)量與物體速度的平方的改變。2021/6/2779二、關(guān)于“運(yùn)動(dòng)量度”的爭(zhēng)論這場(chǎng)“運(yùn)動(dòng)的量度”的爭(zhēng)論，掀起了對(duì)牛頓力學(xué)的深入研究，對(duì)物理學(xué)基本概念也逐漸統(tǒng)一起來，為物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展打好了基礎(chǔ)。2021/6/2780三、三大守恒定律的確立動(dòng)量守恒定律的思想，是笛卡兒首先提出的，惠更斯進(jìn)一步指出動(dòng)量的矢量性，在《碰撞作用下物體的運(yùn)動(dòng)》中，準(zhǔn)確地表述了碰撞過程中動(dòng)量守恒原理，并發(fā)現(xiàn)在此過程中系統(tǒng)的共同質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度為一常量。牛頓在《原理》一書中把“質(zhì)心運(yùn)動(dòng)守恒定律”作為運(yùn)動(dòng)定律的一個(gè)推論，作了明確的表述。2021/6/2781三、三大守恒定律的確立1609年開普勒第二定律，這一定律實(shí)質(zhì)上就是動(dòng)量矩守恒定律。牛頓在《原理》一書中推廣到一切有心力運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合，指出一切在有心力作用下物體的運(yùn)動(dòng)，其矢徑在相等的時(shí)間內(nèi)掃過的面積都相等。丹尼爾·伯努利和歐勒等人也以不同的形式提出這一原理：合外力矩等于總動(dòng)量矩的變化率。