牛顿运动定律的纵向研究 毕业论文.doc

牛顿运动定律的纵向研究【关键词】运动定律???原理???分析力学???相对论力学牛顿力学体系的核心是牛顿的三大运动定律，它是在观察和实验的基础上发现的，是经典物理学的主要基础，虽然大家已对牛顿定律非常熟知，但对该理论建立的始末由来并没有一个完整的认识，而本课题将全面系统地研究并介绍这方面的问题，使大家对此理论建立的来龙去脉的认识更系统、更完整。1?古希腊的机械运动观1.1?亚里士多德的力学观古希腊人对物理现象的研究以亚里士多德的工作最为系统，影响也最大。亚里士多德的《物理学》一书可以说是世界上最早的物理学著作，他在其著作中讨论了力学问题。他已经有了在矩形这种特殊情况下的平行四边形的概念。他曾试图建立杠杆理论，他说：距支点较大距离的力更容易移动重物，因为这种力画出了一个较大的圆。他把杠杆端点的重物的运动分解为切向运动和法向运动两部分。他称切向运动为合乎自然的运动，而把法向运动为违反的运动。这是不恰当的，而且会引起混乱。亚里士多德关于落体的一些观点也十分错误，他认为物体的非天然运动必须有外力的推动，这是因为空间里必定充满着介质，物体在空间中运动必须克服介质的阻力。他说物体运动的快慢与它所受外力的大小成正比而与它所受阻力的大小成反比。如果外力停止作用，物体的运动也就立即终止。大小不同的重物自由下落(天然运动)冲开介质的力量大小不同，所以较重的物体下落较快，较轻的物体下落较慢。亚里士多德的这些说法纯粹是他的直观想象和逻辑推理，并无任何实验作为依据，那时人们也还没有“科学实验”的思想。亚里士多德的工作给了后人许多启发、尽管他的这些结论基在上是错误的。但是，这些理论仍然值得我们去注意，因为在中世纪和文艺复兴时期，亚里士多德的理论是很有权威的，以致他的这些理论在科学思想上起着重要的阻碍作用。他说：“体积相等的两个物体，较重的下落的较快。”他还说：“物体下落的快慢精确地与它们的重量成正比。”这些都是不正确的，他的错误曾经长期地禁锢着人们的头脑，后来才逐渐被打破。1.2?阿基米德论杠杆和流体静力学阿基米德是科学史上最早把观察、实验同数学方法融为一体的科学家，被英国科学史家丹皮尔誉为“古代世界第一位也是最伟大的近代型物理学家”。阿基米德在力学发展史上占有重要地位，特别是为静力学奠定了基础。在静力学方面，他使用数学方法推出了“浮力原理”，即物体在液体中所受到的浮力，等于它所排开液体的重量。这一原理反映在他的《论浮体》中。阿基米德在静力学方面还研究了杠杆原理，他在《论平衡》一书中，系统地讨论了杠杆原理，揭示了重量、支点和力三者之间的关系，指出了加于杠杆支点两边的重量或作用力之比等于两个力臂长度之反比。阿基米德还运用他的动力学知识搞出许多发明创造，如螺旋提水器(水泵)、滑车等，但阿基米德的功绩不是发明，而是把大量的杠杆知识给予系统的分析和整理，概括出普遍适用的一般的原理，即重量和作用力之比等于其两个力臂长度的反比。他在研究了各种平面图形和物体的平衡条件以后，提出了两个公理：（1）同重的物体放在和支点距离相等的地方，则保持平衡。（2）同重物体放在和支点距离不等的地方，则不相平衡，其离支点较远的一端必定下坠。不难看出，这些公理就其涵义来说，已经包含了杠杆原理。但是他从这些公认的简单道理出发，运用数学和实验方法来推演出杠杆原理，这不仅方法高明，而且使其理论具有严谨的逻辑依据。?1.3?希龙等人的发明大约在阿基米德以后的一个世纪或两个世纪，泰西比乌斯和希龙在希腊活跃起来了，尽管他们对理论研究的贡献很少，但却显示出惊人的机械发明才能。压力唧筒可能是泰西比乌斯发明的，吸水唧筒是比较古老的并在亚里士多德的时候就已经为人所知了，根据维特鲁维乌斯的说法泰西比乌斯设计了古老的救火机，它是由两个交替喷水的压力唧筒联合组成的，这种机器没有气室，因此，它不能产生稳定的水流，希龙在他的《唧筒的气体力学》一书中记述了这种救火机。?希龙在他在一种“原始小涡轮”的玩具中最早把蒸汽作为动力使用。它是由一个带两臂跟球的轴成直角，并且各自的一端弯成相反的方向。当蒸汽在球内产生时，蒸汽能通过它的两臂喷出并引起它的转动。这是水磨和现代涡轮机的始祖。纵观以上我们可以发现，古希腊的力学研究内容是非常丰富，但在研究方法上，还主要停留在对自然的直接观察和简单的抽象和推理，且常带有一定的猜测性。2?文艺复兴时期对机械运动的研究机械运功是物质运动最简单的形式。早在古希腊，亚里土多德就阐述过他的动力学思想。真正定量的研究始于伽利略。比伽利略稍晚一些的笛卡尔和惠更斯对碰撞进行了深入的研究。2.1?史特芬的平衡原理十六世纪是静力学的复兴与动力学的创建时期，自从阿基米德以后，静力学处长期停滞状态，直到史特芬时代才又重新发展起来。史特芬（1548—1620）是一个在科学上有各种造诣