牛顿对物理学的贡献
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牛顿对物理学的贡献
摘要
牛顿一是一位伟大的物理学
家、数学家和天文学家。他在自然科学史上
占有独特的地位。他的科学巨著《自然哲学的
数学原理》的出版
,
标志着经典力
学体
系的建立。
经典力学理论体系的科学成就和科学的方法论启迪了人类征服自
然的无穷智慧
,
对现代化科学技术发展和社会进步产生了极其深远的影响。
关键词
牛顿
物理学
贡献
牛顿是伟大的物理学家
,
在他所处的时代
,
哥白尼提出了日心说
,
开普勒从第<
/p>
谷的观测资料中总结了经验的行星三定律
,
伽利略又给出了力、
加速度等概念并
发现了惯性定律和自由
落体定律。
但是
,
这些物理概念和物理规律是孤立的
,
在
逻辑上是各自独立的东西。
牛顿正是“
站在这些巨人的肩上”
对行星及地面上
的物体运动作了整体的考察和研究
,
用数学方法
,
使物理学成为能够表述
因果
性的一个完整体系。
正如牛顿所说“
自然哲学应称之为物理学”
的目的在于发
现自然界的结构和作用
,
并且尽可能地把它们归结为一些普遍的法则和一般的
定律—用观
察和实验来建立这些法则
,
从而导出事物的原因和结果”。
牛顿
对
力学的研究成果集中体现在他的科学巨著
《自然哲学的数学原
理》
中
,
这本书是
< br>科学史上极为重要的伟大著作。
牛顿在
《自然哲学的数学
原理》
书中
,
提出了力
学的三大定律和万有引力定律
,
对宏观物体的运动给出了精确的描述
,
总结了
他自己的物理发现和哲学观点。
可以说在整个科学史上
没有一部著作在创新或思
维方面可以和该书相媲美
,
在取得伟大成就方面也是如此。它不仅标志了十六、
十七世纪科学革命的
顶点
,
也是人类文明进步的划时代标志
,
它
不仅总结和发
展了牛顿之前物理学的几乎全部重要成果
,
而且也是后来所有科学著作和科学
方法楷模。
该书的出版
,
标志着经典力学体系的建立
,
立即作
为新科学的经典著
作而受到崇敬
,
在科学发展史上建立了一个不朽的丰碑。
1.1
时代的巨著——《自然哲学的数学原理》
《自然哲学的数学原理》一书分为两大部分
,
在第一部分中
,
牛顿首先明确
了当时人们常常混淆的几个重要概念
,
如质
量、惯性、外力、向心力、时间、空
间等
,
然后提出了运动的基本定理和定律
,
即牛顿力学三定律
,
力的合成与分<
/p>
解、动量守恒定律、质心运动定律、相对性原理以及力的等效原理等。这一部分
虽然篇幅不大
,
但它是全书的基础
,
内容极为重要。
第二部分是这些定律的应用
,
又分为三篇
,
前两篇是用演绎推理的方法导出了万有引力定律
,
确定了这一定
律的具体形式讨论阻尼运动、
流体动
力学以及流体静力学等。
在第三篇中
,
用牛
顿与经典力学的建立解释宇宙体系
,
研究天体的观测资料
,
其中包括行星围绕
太阳的运动
,
卫星围绕行星的运动
,
地面上物体的降落运动和抛射运动
,
慧星
轨道的确定
,
岁差以及潮汐现象与万有引力的符合程度等
,
首次把地上的运动
与天体运动用数学方式联系起来。
牛
顿的时空观是绝对的
,
它虽然不能正确揭示
< br>作为物质存在形式的空间和时间的统一性
,
不能正确揭示物质和运动的统一性
,
但它正确反映了当速度远低于光速时的经典理论的基础
,
它是在当时实验条件
下的科学总结
,
是人类认识自然的一个里程碑。
1.2
著名的牛顿三定律
在明确了这些概念
,
建立了时空观以后
,
牛顿又精辟地阐述了著名的运动
三定律。“
定律每个物体继续保持其静止或沿一直线作等速运动的状态
,
除非
有力加于其上迫使它改变这种状态。
”“
定律运动的改变和所加的动力成正比
,
并且发生在所加的力的那个直线方向上”“
定律每个作用总有一个相等的反作
用和它相对抗
,
或者说
,
两物体彼此之间相互作用永远相等
,
并且各指其对
方。”牛顿三定律是在观察和实验的基础上发现的
,
已被公认为宏观自然规律
,
并成
为数学演绎的基础。
第一定律是在伽利略、
笛卡儿关于惯性定律
的基础上建
立起来的
,
对当今的物理学家来说
,
它几乎自然
地成了力学的基础。
第二定律是
在明确了质量概念以后
,
对伽利略动力学思想的发展
,
它是运动三定律的核心。
牛顿第一和第二定律是密切相关的。
第一定律表明一个不受干扰力的质点保持它
的原有的运动状态第二定律则表明
,
力只能引起原有运动状态的改变。
故这两个
定律否定了伽利略—牛顿时代以前关于必须有力才能保持运动的错误观点。
第三
定律的指出
,
可以说是牛顿对力学发展的一个最具创造性的独到的贡献
, <
/p>
这个
定律的确立指出了每一个力都有其反作用力
< br>,
从而对力的概念作了完整的概括。
这三个看起来非常
简单的物体运动定律作为一个整体是动力学的基础。
这个基础
,
从牛顿奠定之后又成为近代动力学和天体力学研究的基本出发点
,
因此得到物
理学家
,
甚至所有科学家和自然哲学家的极大重视。
1.3
万有引力定律