17世纪物理学的发展.doc

哥白尼学说几乎被所有的新兴科学家一致接受，教会的迫害反而使真理的声音广为传播，伽利略方法广泛受到欢迎，大批实验室和科学家涌现。如： 法国的笛卡儿、费马、帕斯卡、马略特 意大利的托里拆利 荷兰的惠更斯 德国的莱布尼兹 英国的玻意耳、胡克、哈雷等 而在众多的科学家中，当时大体上分为两大类，一类是主要从事实验，崇尚实验归纳方法。例如：帕斯卡、马略特、胡克等，他们大都十分强调实验的意义，但不重视数学和推理。另一类是以笛卡儿、费马和莱布尼兹为代表，崇尚理性演绎，在数学上都有相当的成就。而把实验和理论两方面结合得较好，因而成就比较突出的人物，就是介于伽利略和牛顿之间的科学家——惠更斯。 总之，17世纪是一个伟大的实验以及理论活动的时期。 我们着重介绍笛卡儿、胡克、惠更斯和牛顿的主要成就。 （一）笛卡儿： 1、哲学： 笛卡儿在哲学上主张二元论，一方面认为物质运动是客观存在的，另一方面又认为精神也是实体。他主张普遍怀疑，但最后发现“我在怀疑”这一事实再也不能怀疑了。于是得出“我思故我在”的著名论断。 2、在自然科学方面，他的机械宇宙观，数学演绎方法和某些物理规律对后来都有较大的影响。笛卡儿认为，物质是由微粒这一唯一实体构成的。机械运动是物质的唯一运动形式。他否认真空的存在，认为空间中充满旋涡状运动的微细物质（以太），天体间的作用就靠这种旋涡来传播，而不是超距作用。这些观点，包括旋涡说，近距作用和无真空等等，构成机械论宇宙观。这些是用力学代替神学对宇宙作出统一解释的第一次尝试，对于当时及后来的物理思想的发展起了不小影响。 3、笛卡儿的方法论对于后来物理学的发展也同样重要。他创立了数学演绎法。创立了解析几何学。解析几何学使变数进入了数学，给物理学的研究方法带来了直接的便利（如图解法，为纪念笛卡儿而命名的直角坐标系）。可以说，培根的实验法和笛卡儿的数学演绎法，成为近代物理学方法论的两大源泉。 4、在力学上的主要贡献： （1）明确地叙述了惯性定律，他在《哲学原理》第二章作了如下表述：只要物体开始运动，就将继续以同一速度并沿同一直线方向运动，直到遇到某种外来原因造成的阻碍或偏离为止。 （2）提出动量守恒定律，即物质与运动的总量永远保持不变，笛卡儿是从哲学上来加以论证的。 （3）碰撞定律：他对碰撞及离心力进行了初步研究，这些研究成果启发了惠更斯。 （二）胡克： 胡克从1662年起任皇家学会实验主持人，他是实验物理学家、仪器设计师。1678年，他首次公布了固体弹性定律：“有多大的伸长量，就有多大的力。”，后经改进才成为胡克定律的现代形式，胡克的实验技术精湛，物理思想活跃，涉及面除力学、热学外还有化学、生物和建筑等。但他不大重视数学，因而对很多重要问题往往不能贯彻到底，加上性格孤僻，好与人争，因此多疑寡欢，不善于与人合作公事，影响了才能的充分发挥。 惠更斯在力学、数学、光学和天文学方面，是伽利略和牛顿之间的一位重要科学家，自幼就表现出很强的动手能力，13岁曾自制一台车床。在阿基米德著作及笛卡儿的影响下，又勤奋地学习力学、天文和数学。他的科学活动的特点是善于把实践活动与理论研究结合起来，透彻地解决问题，在力学方面对碰撞、钟摆和向心力等问题有突出的贡献。对于天文仪器的设计制作也很擅长。1663年和1666年，他先后被选为英国皇家学会和法国皇家学院的第一个国外会员和院士。在体弱多病的情况下，他一心致力于科学事业，终身未婚。 1、碰撞理论： 对碰撞问题，伽利略和笛卡儿等人都研究过。伦敦皇家学会在1668年—1669年为了解决对心碰撞专门进行了悬赏征文。结果，建筑师雷恩、数学家沃里斯和惠更斯三人获奖，惠更斯的结果最细微最全面，尽管只限于完全弹性碰撞。他提出： （1）质量相等而方向相反的二物体正碰后交换速度；在弹性碰撞中同方向的动量保持不变。他想象一个人站在以速度u作匀速运动的船上，用吊起的两个相同的钢球作碰撞实验。对船而言，两球以同样的速度v相接近而碰撞，在碰撞后（对船而言）两球将保持碰撞前的速度而被弹开。这个过程对于站在岸上的人来说两球是以不同的速度uv??和uv??相向碰撞的，碰撞后两球的速度则分别变为uv??和uv??。于是就可以得出上述结论。惠更斯还指出，这个情形的特例是：一个静止的球同一个质量相同的球碰撞后，后者立即停止，而原来静止的球则获得这一个速度前进。 （2）在完全弹性碰撞中??2mv守恒，这一原理对他自己后来研究摆的理论起了重要作用。 2、摆的研究： 1656年，惠更斯首先将摆引入时钟，并在1657、1658、1673年先后取得了摆钟专利，1673年出版了《摆式时钟或用于时钟上的摆的运动的几何证明》，这本书中，他指出了著名的单摆周期公式：glt????。其中t为单摆往或返的时间，即半个周期。根据这一公式，他在巴黎用一个周期为2s 的单摆，精确地测出摆