力學(xué)地發(fā)展歷程

1、WORD格式力學(xué)的開(kāi)展歷程力學(xué)的開(kāi)展歷程古代力學(xué)的開(kāi)展古代最早的物理學(xué)體系是亞里士多德系， 物理學(xué)者這門學(xué)科的名稱就是由亞里士多德創(chuàng)立的。在亞里士多德的"物理學(xué)"中，主要討論運(yùn)動(dòng)及產(chǎn)生和消滅、空間和時(shí)間以及事物變化的原因等物理世界的根本原理， 應(yīng)該說(shuō)，亞里士多德是比較系統(tǒng)和深入研究運(yùn)動(dòng)及有關(guān)的時(shí)間、空間的第一人。關(guān)于運(yùn)動(dòng)，亞里士多德認(rèn)為，物體永遠(yuǎn)在運(yùn)動(dòng)變化， “運(yùn)動(dòng)是永恒的，不能在一個(gè)時(shí)候曾經(jīng)存在，在另一個(gè)時(shí)候不存在 ，這種運(yùn)動(dòng)永恒的觀點(diǎn)具有唯物主義思想，包含辯證法的因素，至今仍是積極而有價(jià)值的。對(duì)物理學(xué)的開(kāi)展來(lái)說(shuō)，亞里士多德初步提出以物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及其與時(shí)間、空間、周圍物體的關(guān)

2、系為研究對(duì)象， 以形成一門獨(dú)立的自然學(xué)科， 重視對(duì)近身事物的具體觀察，強(qiáng)調(diào)思維邏輯的作用， 首先引用數(shù)學(xué)方法來(lái)考慮具體物理定律， 從而引起眾多的討論與研究等。阿基米德是古希臘繼亞里士多德之后又一科學(xué)巨匠， 他從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)， 運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法建立起靜力學(xué)，被譽(yù)為“力學(xué)之父 。阿基米德在力學(xué)上的奉獻(xiàn)主要是嚴(yán)格地證明了杠桿定理和浮力定律。 這是從經(jīng)歷知識(shí)走向定律建立的重大飛躍。阿基米德不僅是個(gè)理論家， 也是個(gè)實(shí)踐家， 他一生熱衷于將其科學(xué)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用于實(shí)踐，一生創(chuàng)造創(chuàng)造了許多機(jī)構(gòu)和機(jī)器。經(jīng)典力學(xué)的開(kāi)展伽利略對(duì)亞里士多德的運(yùn)動(dòng)理論進(jìn)展檢驗(yàn)和批判， 成為經(jīng)典力學(xué)的先驅(qū)， 是近代實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的奠基人，被推崇為“

3、近代科學(xué)之父 。伽利略在力學(xué)研究中做出的重要奉獻(xiàn)1.關(guān)于運(yùn)動(dòng)的描述伽利略拋棄了亞里士多把運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)， 采用數(shù)學(xué)方法來(lái)定量地分析運(yùn)動(dòng)， 對(duì)位移、距離和時(shí)間的概念給予確切的數(shù)學(xué)表達(dá)形式， 運(yùn)用笛卡兒創(chuàng)立的坐標(biāo)系來(lái)定量的描述運(yùn)動(dòng)， 認(rèn)為應(yīng)該依據(jù)運(yùn)動(dòng)的根本特征量速度對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)展分類， 由此，把運(yùn)動(dòng)分為勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)兩種， 并引入加速度的概念。2.自由落體運(yùn)動(dòng)伽利略首先運(yùn)用從一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)得出的佯繆入手， 對(duì)亞里士多德落體學(xué)說(shuō)提出了反駁。根據(jù)亞里士多德的論斷， 一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大。假定大石頭的下落速度為 8，小石頭的下落速度為 4，當(dāng)我們把兩塊石頭拴在一

4、起時(shí)， 下落快的會(huì)被下落慢的拖著而減慢， 下落慢的會(huì)被下落快的拖著而加快，結(jié)果整個(gè)系統(tǒng)的下落速度應(yīng)該小于 8。但是兩塊石頭拴在一起，加起來(lái)比大石頭還要重， 因此重物體比輕物體都小。 這樣，就從重物體比輕物體下落得快的假設(shè)，推出了重物體比輕物體下落得慢的結(jié)論， 從而在邏輯上證明了亞里士多德的學(xué)說(shuō)是錯(cuò)誤的。 再通過(guò)著名的斜面實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)自由落體運(yùn)動(dòng)符合他所提出的勻加速運(yùn)動(dòng)的定義。 自由落體下落的時(shí)間太短， 當(dāng)時(shí)用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證自由落體是勻加速運(yùn)動(dòng)仍有困難， 伽利略采用了間接驗(yàn)證的方法， 他讓一個(gè)銅球從阻力很小的斜面上滾下， 做了上百次的實(shí)驗(yàn)， 小球在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度要比它豎直下專業(yè)資料整理WORD格式

5、1 / 4專業(yè)資料整理WORD格式力學(xué)的開(kāi)展歷程落時(shí)的加速度小得多， 所以時(shí)間容易測(cè)量些。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明， 光滑斜面的傾角保持不變，從不同位置讓小球滾下， 小球通過(guò)的位移跟所用時(shí)間的平方之比是不變的即位移與時(shí)間的平方呈正比。由此證明了小球沿光滑斜面向下的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)， 換用不同質(zhì)量的小球重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)， 位移跟所用時(shí)間的平方的比值仍不變， 這說(shuō)明不同質(zhì)量的小球沿同一傾角的斜面所做的勻變速直線運(yùn)動(dòng)的情況是一樣的， 即加速度與物體的重量無(wú)關(guān)。3.慣性定律伽利略從單擺實(shí)驗(yàn)和對(duì)接斜面的理想實(shí)驗(yàn)中， 伽利略提出了慣性的概念。根據(jù)亞里士多德的物理學(xué)， 保持物體勻速運(yùn)動(dòng)的是力的持久運(yùn)動(dòng)。 但是，伽利略

6、從小球在水平面上運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)推測(cè)， 如果沒(méi)有摩擦力等阻力的作用， 小球?qū)⒈３謩蛩龠\(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)了初步的慣性定律。4.拋體運(yùn)動(dòng)的研究和運(yùn)動(dòng)疊加原理5.伽利略相對(duì)性原理伽利略的科學(xué)研究方法的特點(diǎn)伽利略把觀察和實(shí)驗(yàn)作為科學(xué)研究的堅(jiān)實(shí)根底。 他在研究工作中， 采取了下面一個(gè)對(duì)近代科學(xué)開(kāi)展很有效的研究方法：對(duì)現(xiàn)象的一般觀察 提出工作假想 運(yùn)用數(shù)學(xué)和邏輯的手段得出特殊結(jié)論 通過(guò)物理的或理想的實(shí)驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)展驗(yàn)證 對(duì)假設(shè)進(jìn)展修正和推廣。伽利略所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)方法、 嚴(yán)格的邏輯與數(shù)學(xué)推理方法， 開(kāi)辟了科學(xué)方法的道路。自 18 世紀(jì)以來(lái)，牛頓已成為整個(gè)近代科學(xué)革命的象征，可以說(shuō)，牛頓在總體上推動(dòng)了近代科學(xué)的進(jìn)程。1687

7、年牛頓發(fā)表了 "自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理" ，在這部巨著中， 牛頓概括了他的前人伽利略、笛卡爾、開(kāi)普勒、惠更斯、胡克等人的研究成果以及他自己的創(chuàng)造，對(duì)李雪的根本概念和規(guī)律給出了確切的表述， 首次創(chuàng)立了地面力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一的嚴(yán)密體系，成為經(jīng)典力學(xué)的根底，實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)上的第一次大綜合。牛頓在"原理"一書中提出了力學(xué)的三大定律和萬(wàn)有引力定律， 對(duì)宏觀物體的運(yùn)動(dòng)給出了準(zhǔn)確的描述，總結(jié)了他自己的物理發(fā)現(xiàn)和哲學(xué)觀點(diǎn)。 "原理"一書是人類自然科學(xué)的奠基性著作， 是自然科學(xué)史上最重要的著作之一。 他把地面上物體的運(yùn)動(dòng)和太陽(yáng)系內(nèi)行星的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一綜合。它不僅標(biāo)

8、志著 1617 世紀(jì)科學(xué)革命的頂點(diǎn)，也是人類文明進(jìn)步劃時(shí)代的象征。 它不僅總結(jié)和開(kāi)展了牛頓之前物理學(xué)的主要成果，而且也是后來(lái)所有科學(xué)著作和科學(xué)方法的楷模。 "原理"一書對(duì)300 年來(lái)自然科學(xué)和自然哲學(xué)的開(kāi)展產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。"原理"的第一篇，首先提出一組定義；質(zhì)量、動(dòng)量、慣性、力及向心力、絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)時(shí)間，這是一系列奠定力學(xué)根底的概念。 然后系統(tǒng)地闡述了運(yùn)動(dòng)三大定律律。隨后提出了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶祗w學(xué)理論， 論述了向心力與回轉(zhuǎn)軌道之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并證明了一條中心定理： 如果有一種同距離平方成反比的力起作用， 一個(gè)物體就成圓錐曲線橢圓、拋物線、雙曲線運(yùn)動(dòng)，引力的

9、中心就在圓錐曲線的一個(gè)焦點(diǎn)上。 此外還為天文學(xué)家們解決了一個(gè)重要的實(shí)際問(wèn)題： 只要觀察少數(shù)軌道要素，就可確定行星的軌道。 對(duì)太陽(yáng)、地球和月球這類三體問(wèn)題也做了近似的計(jì)算。"原理"的第二篇討論了十分普遍的運(yùn)動(dòng)，即物體在有阻力的介質(zhì)氣體、專業(yè)資料整理WORD格式2 / 4專業(yè)資料整理WORD格式力學(xué)的開(kāi)展歷程液體中運(yùn)動(dòng)，阻力與速度的一次方或二次方程成正比， 更為復(fù)雜的是阻力中一局部與速度成比例， 另一局部與速度的平方成比例。 顯然，在這里牛頓用了高超的數(shù)學(xué)技巧來(lái)處理一些在實(shí)驗(yàn)中難得遇見(jiàn)的問(wèn)題。在"原理"的第三篇中，原本牛頓想將他寫成一般性的總結(jié)，但后來(lái)改變了

10、方案，將其標(biāo)題寫成“宇宙體系 ，并用第一。第二篇中推出的普遍運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)解釋自然界中的各種實(shí)際問(wèn)題。 他討論太陽(yáng)系的行星、 行星的衛(wèi)星、彗星的運(yùn)行，特別指出了潮汐形成的原因，正是太陽(yáng)、 月亮和地球之間的引力作用所致。同時(shí)他考慮到流水的特性以及各海峽、河口等地理因素的干擾， 從比較潮汐的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)算出月球的質(zhì)量。 另外在第三篇中，牛頓還計(jì)算了行星之間的攝動(dòng)問(wèn)題，如太陽(yáng)對(duì)月亮的攝動(dòng)， 土星對(duì)木星的攝動(dòng)等。 得出如下結(jié)論：彗星數(shù)目肯定很多，它們應(yīng)該屬于于行星的一種， 它們繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)具有很大的偏心率，而且服從于同行星一樣的規(guī)律。 值得指出的是， 在大多數(shù)版本中， 緊接第三篇之后是一篇關(guān)于"

11、世界的體系"的論文，這篇文章為第三篇的一些主要結(jié)果作了非數(shù)學(xué)性的概括。"原理"一書已經(jīng)公諸于世， 立即造成巨大的社會(huì)影響， 因?yàn)樗侨祟愖匀豢茖W(xué)知識(shí)的首次大綜合。 他決定了后來(lái)力學(xué)開(kāi)展的方向， 并為以后分析力學(xué)的開(kāi)展打下了堅(jiān)實(shí)的根底。"原理"一書所奠定的物理根底和方法，啟迪了人類征服自然的無(wú)窮智慧。"原理"的出版，說(shuō)明了一個(gè)新時(shí)代和新科學(xué)文明的到來(lái)。牛頓的科學(xué)方法， 不僅是他在科學(xué)上作出出色奉獻(xiàn)， 而且深刻滴影響著以后科學(xué)家的思想、 研和時(shí)間方向， 對(duì)后來(lái)的自然哲學(xué)和科學(xué)開(kāi)展長(zhǎng)產(chǎn)生了很深遠(yuǎn)的影響，甚至對(duì)于社會(huì)科學(xué)和哲學(xué)的方法

12、論，其意義也是很大的。牛頓在科學(xué)上成功地應(yīng)用了歸納法和歸納與演繹相結(jié)合的方法， 以及將分析和綜合、實(shí)驗(yàn)和理論巧妙地結(jié)合起來(lái)的方法， 不但被公認(rèn)為學(xué)術(shù)界的典X， 而且大大豐富了科學(xué)方法論的內(nèi)容，在科學(xué)史和哲學(xué)史上有突出的地位。牛頓的科學(xué)研究方法可以概括為如下幾點(diǎn)： 1公理化方法； (2)歸納演繹法；3 分析綜合法； 4數(shù)學(xué)物理方法； 5實(shí)驗(yàn)抽象方法。經(jīng)典矢量量力學(xué)的開(kāi)展建立了動(dòng)量、動(dòng)量矩和動(dòng)能的三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律以及在特定條件下的三個(gè)守很定律，是經(jīng)典矢量力學(xué)體系臻于完善。1.質(zhì)心運(yùn)動(dòng)守恒定律笛卡爾首先提出了運(yùn)動(dòng)量守恒定律的根本思想，惠更斯認(rèn)識(shí)到動(dòng)量的矢量性，并準(zhǔn)確地描述了碰撞過(guò)程中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒以及系

13、統(tǒng)共同質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)速度為常數(shù)的結(jié)論。牛頓在"自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理"一書中明確表述了“心運(yùn)動(dòng)守質(zhì)恒定律。2.動(dòng)量矩守恒定律伯努利和歐勒等以不同的方式提出這一個(gè)原理。 與這個(gè)原理相應(yīng)的動(dòng)量矩定理指出：系統(tǒng)的總的動(dòng)量矩的時(shí)間變化率，等于所受作用力的力矩之和。3.動(dòng)能守恒定律德國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家萊布尼茨引進(jìn)了“活力概念，認(rèn)為宇宙中“活力守1 mv2恒，并且發(fā)現(xiàn)力與路程的乘積與活力的變化成正比。直到科里奧利力用2代替 mv2 之后，萊布尼茨的發(fā)現(xiàn)在得到準(zhǔn)確的表述：所做的功等于動(dòng)能的增加。專業(yè)資料整理WORD格式3 / 4專業(yè)資料整理WORD格式力學(xué)的開(kāi)展歷程分析力學(xué)的開(kāi)展分析力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)理論的開(kāi)展和完善，其形成過(guò)程經(jīng)歷了三次大的飛躍：第一次飛躍式牛頓力學(xué)從質(zhì)點(diǎn)過(guò)渡到剛體和流體的開(kāi)展，取得突破性進(jìn)展的是歐勒運(yùn)動(dòng)學(xué)方程荷藕了動(dòng)力學(xué)方程的建立。第二次飛躍是拉格朗日理論的建立。 1788 年法國(guó)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家拉格朗日將 J.伯努利提出的虛功原理與達(dá)朗貝爾提出