牛顿创建的经典力学体系究竟讲了什么,简单带你了解一下

天天见闻 天天见闻 2022-06-28 数学 阅读: 266
摘要: 1564年2月15日,一个伟大的人物诞生了,那就是伽利略,他虽然是学医出身,但是却对数学、物理和仪器制造非常感兴趣,尤其以数学和物理见长。他在22岁的时候写出了论文《天平》。引起全国学术界的注意,人们称他为“当代的阿基米德”。但总体来说,牛顿的经典力学提出之后,立马带领物理学进入了一个新的时代,它完成了人类对自然界认识史上第一次理论大综合,使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度。

1564年2月15日,一个伟大的人物诞生了,那就是伽利略,他虽然是学医出身,但是却对数学、物理和仪器制造非常感兴趣,尤其以数学和物理见长。他在22岁的时候写出了论文《天平》。引起全国学术界的注意,人们称他为“当代的阿基米德”。而到了 25 岁的时候,因为一篇论固体的重心的论文,被比萨大学聘为教授,由此开始了自己的学术生涯。

伽利略是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律,不仅纠正了统治欧洲近两千年的亚里士多德的错误观点,更创立了研究自然科学的新方法,当然,也遭到了残酷的迫害,所以说,伽利略在人类思想解放和文明发展的过程中作出了划时代的贡献,由此被称为“近代科学之父”。

伽利略对运动基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出,在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念,力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上,而在伽利略之前,只有静力学部分有定量的描述。伽利略还对物体在斜面上的运动,抛射体的运动等作过实验和观察。在这些研究基础上他提出了加速度的概念及其数学表达式。

可以说伽利略对16、17世纪的自然科学的发展起了重大作用 ,改变了人类对物质运动和宇宙的认识。尤其是他第一次提出了惯性概念,提出了惯性和加速度这个全新的概念(伽利略相对性原理),为牛顿力学理论体系的建立奠定了基础,牛顿经典力学的核心伽利略变换就是在此基础上建立的。

伽利略相对性原理指出了惯性定律和物体在外力作用下运动的规律,力学定律在所有惯性系中都相同,也就是说,在一惯性系内部所作的任何力学实验都不能确定该惯性系相对于其他惯性系的运动。又称为力学相对性原理。伽利略最先说明了“在惯性系内部所作的任何力学实验都不可能发现该惯性系是静止的还是作匀速直线运动的”这个事实

在伽利略去世一年后也就是1643年,牛顿诞生了,牛顿的伟大无需多说,可以说是物理发展史乃至科学发展史都无法绕开的伟大人物。

1687年,《自然哲学的数学原理》发表,这本书被誉为物理学的圣经,它总结了近代天体力学和地面力学的成就,为经典力学规定了一套基本概念,提出了力学的三大定律和万有引力定律,从而使经典力学成为一个完整的理论体系。该书意味着经典力学的成熟,其中所建立的经典力学的理论体系成为近代科学的标准尺度。

经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿运动定律为基础,在宏观世界和低速状态下,研究物体运动的基要学术。在物理学里,经典力学是最早被接受为力学的一个基本纲领。经典力学又分为静力学(描述静止物体)、运动学(描述物体运动)和动力学(描述物体受力作用下的运动)。

牛顿的经典力学的核心就是伽利略变换,伽利略变换是经典力学中用以在两个只以均速相对移动的参考系之间变换的方法,属于一种被动态变换。伽利略变换构建了经典力学的时空观。

伽利略变换认为,在同一参照系里,两个事件同时发生,在其他惯性系里,两个事件也一定同时发生,时间间隔的测量是绝对的,长度测量也具有绝对性,经典力学定律在任何惯性参考系中数学形式不变,换言之,所有惯性系都是等价的(相对性原理)。

所以我们才说,伽利略变换构建了经典力学中的绝对时空观,时间和空间均与参考系的运动状态无关、时间和空间是不相联系的,是绝对的。也就是说空间、时间与物体的运动状态无关!

简单来说,牛顿时空观认为:时间、空间是绝对的,绝对是指时间、空间与物质运动无关,与参考系无关;空间和时间也是彼此独立的,空间的度量与时间无关, 时间的度量与空间无关,同时性也是绝对的。牛顿时空观反映在伽利略变换之中。

当然,经典力学受时代的影响,也存在一些的缺陷,比如受经典力学的影响,物理学家认为宇宙到处都存在着一种称之为以太的物质,因为在经典力学里,曾经有两种力的概念存在.一种是接触力(如碰撞、压力或拉力等勒,另一种是超距件用力(如重力),在当时的观念里,似乎除了由直接接触所产生的那些作用之外不应有别的作用。

按照这样的观念,人们曾试图以接触作用力来解释牛顿的超距作用力,即认为超距作用力实际上是靠充满空间的媒质来传递的,传递方式或是靠这种媒质的运动,或是靠它的弹性形变.这样,便提出了以太假说。

他们普遍认为以太是传播光的媒介,引力甚至电、磁力是在以太中传播的,由此发展了“光以太”假说。

除此之外,物理学家将这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系,其它参照系中测量到的光速是以太中光速与观察者所在参照系相对以太参照系的速度的矢量叠加。

举一个简单的例子,你在火车上跑,那么你的小伙伴看来,你的速度=火车的速度+你在车上的速度发现没有,在这个理论当中,速度是可以叠加的,但是如果你的小伙伴在一辆速度相同的火车上看你,那么你的速度就是你在车上奔跑的速度。

所以其它参照系中测量到的光速是以太中光速与观察者所在参照系相对以太参照系的速度的矢量叠加。就是这个道理,也就是说光速会随着参照系的不同,也变得不同。

经典力学所存在的缺陷最后也就导致了爱因斯坦相对论的诞生!但总体来说,牛顿的经典力学提出之后,立马带领物理学进入了一个新的时代,它完成了人类对自然界认识史上第一次理论大综合,使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度。促进了科学的大发展,从而推动了第一次工业革命的诞生。

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