zx第一章-力探究.ppt

“我不知道世人对我是怎样看法,但是在我看来,我不过象一个在 海滨玩耍的孩子,为时而发现一块比平常光滑的石子或美丽的贝壳而感 到高兴;但那浩瀚的真理之海洋,却还在我的面前未曾发现呢?” §1.5 碰撞的研究 1.5.1 早期的研究 1.早在伽利略写作《两门新科学》的时候,他就打算用数学方法论述 碰撞问题,并计划作为第 6 天对话收入该书中,后因赶不上出版时间就 搁下了。不过这方面的手稿《碰撞的力》还是在 1718 年由后人整理发表。 在这部手稿中,可以看到伽利略尝试找到碰撞的规律,但没有取得成功。 图1－37 伽利略的碰撞实验 1.5.1 早期的研究 2.马尔西(MarcusMarci,1595—1667),布拉格 大学校长,在 1639 年发表了他研究碰撞问题的一些成果。书名是《运动的比例》。 图1－38 马尔西的碰撞示意图 1.5.2 笛卡儿的碰撞理论 最早建立碰撞理论的是笛卡儿,他是一位著名的哲学家,也是一位 数学家。物理学的研究虽不太多,但他从哲学上给物理学开辟道路,对 当时和后来的物理学有过深远影响。笛卡儿主张整个世界是物质的,各 种自然现象都可用力学通过数学演绎作出解释。 图1－39 笛卡儿 1.5.2 笛卡儿的碰撞理论 1644 年,笛卡儿在他的《哲学原理》一书中系统地发挥了这一思想。 尽管他错误地把自然规律归之于“上帝”的安排,但运动量守恒的思想 却有极为重要的意义,他写道: “在我看来,显然是上帝而不是别的什么,以其万能的威力创造物 质时就赋予其各部分以运动或静止,也就是他,以后又按其惯常的方式 将各部分初始的运动量和静止状态保存在宇宙之中。因为运动固然只是 被推动的物质的一种状态,然而,总的看来却是一个永不增减的量;虽 然某一部分的运动量会时多时少。” 1.5.2 笛卡儿的碰撞理论 笛卡儿提出了运动量的定义: “当一部分物质以两倍于另一部分物质的速度运动,而另一部分物 质却大于这一部分物质的两倍时,我们有理由认为这两部分的物质具有 相等的运动量,并且认为每当一部分的运动减少时,另一部分的运动就 会相应地增加。” 1.5.2 笛卡儿的碰撞理论 (1)两个以上大小相等,方向相反的速度碰撞的同样的物体,在碰撞 后交换速度。 (2)如果物体 A 大于物体 B,且 B 静止,则无论 A 的速度多么小,都 将推动 B 沿着自己运动的方向以同样的速度运动,其中物体 A 将把与物 体 B 相应的部分运动传给 B。 1.5.3 英国皇家学会的征文活动 鉴于碰撞的研究是力学的基本问题之一,1668 年英国的皇家学会决 定发动科学界人士从实验和理论上搞清这个现象的规律,为此悬赏征 文。有三人应征,系统地总结了他们各自独立进行的工作。最先提出论 文的是瓦利斯(JohnWallis),他讨论非弹性物体的碰撞。他认为碰撞 中起决定作用的是动量,在碰撞前后动量的总和应保持不变。另两位讨 论的是弹性碰撞,一位是雷恩,一位是惠更斯。雷恩提出弹性碰撞的特 殊规律,即当两物体速度大小与质量成反比时,碰撞后各以原来的速度 弹回,他还由此找出了求末速度的一般公式,不过雷恩只是从实验得到 经验公式,没有进一步作出理论证明。 1.5.4 惠更斯的碰撞理论 惠更斯是荷兰物理学家,在数学和天文学方面也有很高造诣,1629 年生于海牙,1655 年获法学博士,由于在数学上有许多创造发现而闻名 于世,1656 年发明摆钟,1663 年成了英国皇家学会的第一位外国会员, 后来还当了法国科学院院士,在国际上享有盛名。 图1－40 惠更斯 1.5.4 惠更斯的碰撞理论 惠更斯从 1652 年开始研究弹性物体之间的碰撞,1656 年把自己的结 果收集在论文《论碰撞作用下物体的运动》中。当时没有发表,直到 1703 年他去世后,才被人整理 发表。他的兴趣是由笛卡儿的著作引起的,但是他不完全同意笛卡儿的 论点。1668 年英国皇家学会的征文活动,又重新激起了他对碰撞问题的 兴趣。他提出的论文虽然比瓦利斯和雷恩晚,但却是唯一给出了理论证 明的。 1.5.4 惠更斯的碰撞理论 他提出了三个假设: 第一个是惯性原理,“任何运动物体只要不遇障碍,将沿直线以同 一速度运动下去。” 第二个假设是:“两个相同的物体作对心碰撞时,如碰前各自具有 相等相反的速度,则将以同样的速度反向弹回”。 第三个假设肯定了运动相对性。“‘物体的运动’和‘速度的异同’ 这两个说法,只是相对于另一被看成是静止的物体而言。尽管所有物体 都在共同的运动之中,当两物体碰撞时,这一共同运动就像不存在一 样。” 图1－41 惠更斯论碰撞作用下物体的运动 1.5.4 惠更斯的碰撞理论 惠更斯对质量还没有形成明确的概念(那是牛顿在《原理》中解