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1.经典力学发展史

已有 305 次阅读 2024-10-24 10:59 |系统分类:科研笔记

1.经典力学发展史

物理学是一门研究物质的基本结构和运动规律的基础性科学,它的研究范围非常广泛,大到宇宙天体,小到基本粒子都是其研究对象,可以说是所有自然科学的带头学科,其它各类科学都是以物理学的研究为基础发展起来的,因而物理学在所有学科中的地位非常之高.物理学下面又可以细分电、光、声、力、热等学科,而力学又是其重中之重,在物理学中占据主导,所以物理学的第一期我们首先来了解一下力学(尤指经典力学)的发展史.力学最早的研究可以追溯到古希腊时期,其中产生的最重要的科学家为阿基米德,他是古希腊最伟大的物理学家,其最突出的成就为发现了浮力定律和杠杆原理,并确立了静力学和流体静力学的基本原理,从而享有“力学之父”的美誉,是牛顿之前最伟大的物理学家.

古希腊衰落后,物理学的发展陷入停滞,直16~17世纪的文艺复兴后,物理学才重新发展起来,这一时期研究力学的物理学家主要有伽利略、牛顿等,来自意大利的伽利略是近代自然科学的重要创始人,他在力学方面的主要贡献是对物体运动性质的研究,对物体运动中的一些概念,比如速度、加速度、重力、自由落体、惯性等做了详尽的研究和科学的表达,其中他最知名的一项实验就是在比萨斜塔上做的两个铁球自由落体同时着地的实验,从而得出了物体下落的速度与它们的重量无关,而是随着距离的变化匀速上升的自由落体定律,这成为了物理学史上最著名的一场实验,在物理学上具有里程碑式的意义;牛顿则是英国最为伟大的物理学家,他最突出的成就是在1687年的《自然哲学的数学原理》一书中对万有引力定律和三大运动定律进行了系统性的描述,这些定律奠定了现代物理学的基础,成为经典力学的基本观点,因而牛顿被誉为现代力学之父,在物理学史上占有崇高的地位,是一位享誉世界的物理学巨人.

                                             

伽利略的铁球实验

牛顿的万有引力定律

18世纪之后,由伽利略、牛顿等物理学家发展出来的经典力学侧重于分析速度、位移、加速度等矢量之间的关系,故力学的发展从此进入了分析力学的时代.这一时期的知名物理学家有卡文迪许、哈密顿、达朗贝尔、拉格朗日等,卡文迪许是继牛顿之后英国最著名的研究引力的物理学家,其最突出的成就是测出了万有引力常数,从而使计算两物体之间所受的引力大小成为可能;哈密顿是来自英国的物理学家,他对物理研究的工作非常勤奋认真,留下了大量的工作手稿,其很多成果都是由后人整理而成,他的研究成果涉及了多个物理的领域,其中成就最大的还要数力学领域,动力学的方程及求解就是他所列出的,此外他还提出了著名的哈密顿量,使牛顿所创造的经典力学获得了革命性变革,并影响了后世量子力学的产生和发展;达朗贝尔是法国18世纪为牛顿的经典力学体系的发展作出过重要贡献的物理学家,他在《动力学》一书中提出了著名的达朗贝尔原理,它的出现使力学问题的分析简单化,从而为分析力学的创立打下基础;拉格朗日是法国18世纪知名的科学家之一,他在数学、物理学和天文学上都取得了较大的贡献,但世人皆知的却是他在数学上的成就,著名的拉格朗日中值定理就是他创立的,而他在力学上的贡献却常被人们所忽略,分析力学就是在他的主导下所创立的,因而拉格朗日被誉为“分析力学之父”,有力地推动了分析力学的发展.

卡文迪许的引力常数测量

到了20世纪,经典力学的理论受到了挑战,产生了与之相对立的量子力学,由于这一部分不是本篇文章讨论的重点,在此就不过多赘述了,等之后讲量子力学这一篇章时再做详细讲解.以上为经典力学的发展史,它的发展是人类对自然界认识不断深化的过程,经典力学的形成和发展不仅推动了物理学的进步,也对其他科学领域产生了非常深远的影响,即使在今天,经典力学依然是我们理解和描述物理世界的重要工具之一.



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