“牛頓第一定律”相關(guān)的物理學(xué)史

http://sichuan.hteacher.net 2023-02-02 11:52 四川教師招聘 [您的教師考試網(wǎng)]

一、亞里士多德

他提出了物體基于“本性”的“自然運(yùn)動(dòng)”和在外在作用(推、拉、提、舉)下違逆物體本性的“受迫運(yùn)動(dòng)”概念。依其本性不同，他將物體分為三類：一類是地面上的物體，其本性是“好逸惡勞”，其自然運(yùn)動(dòng)是靜止;一類是空中的物體，其本性是“回到家鄉(xiāng)”——重的物體家在大地，輕的物體家在天上，其自然運(yùn)動(dòng)是重落輕升;一類是天體，其本性是神圣的，其自然運(yùn)動(dòng)就是最完美的最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。物體要違逆本性做受迫運(yùn)動(dòng)，必須要外在作用來維持。——這就是高中課本中所說的：地面上的物體的運(yùn)動(dòng)需要“力”來維持，否則它就會(huì)停下來。

但其實(shí)，亞里士多德并沒有提出科學(xué)的“力”的概念，他使用的是推、拉、提、舉等具體的人格化的詞。

二、伽利略

伽利略敏銳的把握住了亞里士多德關(guān)于地面物體運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)誤之處是在于亞里士多德沒有注意摩擦的影響。伽利略通過理想斜面實(shí)驗(yàn)指出，地面上的物體之所以會(huì)停下來，是因?yàn)槲矬w受到了摩擦;如果沒有摩擦等作用，地面上的物體會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去。伽利略為了解釋物體一直運(yùn)動(dòng)下去的原因，提出了“慣性”的概念;伽利略指出，基于慣性，地面上的物體的“自然運(yùn)動(dòng)”是勻速運(yùn)動(dòng)。

特別提醒，伽利略也沒有提出“力”的概念，他用的是摩擦。但是，他第一次提出了“慣性”的概念。不過要說明的是，伽利略所謂的地面，實(shí)際上是個(gè)球面，伽利略提出的“慣性”也可維持地面上的物體繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這和笛卡爾、牛頓的“慣性”概念是有區(qū)別的。另一方面，伽利略通過落體運(yùn)動(dòng)的研究，指出了亞里士多德的另一個(gè)錯(cuò)誤——空中的物體并不是重落輕升，而是下落一樣快，伽利略借此實(shí)驗(yàn)提出了速度和加速度概念，指出所有落體運(yùn)動(dòng)的加速度相同;之所以重落輕升，是因?yàn)榭諝獾淖饔谩?/p>

三、笛卡爾

伽利略是意大利人，笛卡爾是法國(guó)人，伽利略是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，笛卡爾是集大成的哲學(xué)家。笛卡爾了解同時(shí)代的伽利略的工作，他用他哲學(xué)家的敏銳眼光看到了伽利略工作的偉大意義，并對(duì)伽利略的結(jié)論進(jìn)行了哲學(xué)式的推廣：自然界一切物體都具有相同的本性——慣性，自然界一切物體基于慣性的自然運(yùn)動(dòng)都是勻速直線運(yùn)動(dòng)!笛卡爾把這一原則稱之為他的自然哲學(xué)的第一定律，他認(rèn)為第一定律是新物理學(xué)的基礎(chǔ)。

在“慣性”概念上，笛卡爾對(duì)伽利略的一個(gè)重大突破，就是拋棄了“圓慣性”概念，認(rèn)為慣性運(yùn)動(dòng)只能是勻速直線運(yùn)動(dòng)(包括速度保持為0的靜止?fàn)顟B(tài))。

可以說，是伽利略打開了新物理學(xué)的大門，是笛卡爾開創(chuàng)了新物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。在此也要指出，笛卡爾也沒有建立科學(xué)的力的概念。笛卡爾為物理學(xué)建立了一個(gè)描述運(yùn)動(dòng)多少的守恒量——動(dòng)量mv。

四、牛頓

牛頓站在巨人們的肩膀上，用他歐氏幾何的理論建構(gòu)精神，建立起了他的運(yùn)動(dòng)定律體系;他建立的牛頓第一定律，鞏固了笛卡爾關(guān)于自然界一切物體本性和自然運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知，并進(jìn)一步創(chuàng)造了科學(xué)的“力”的概念——使物體違逆自然本性做變速運(yùn)動(dòng)(受迫運(yùn)動(dòng))的原因，叫做力，即力是產(chǎn)生加速度的原因。

牛頓的最大貢獻(xiàn)，就是建立了力的概念，并以第二定律的形式，定量的給出了力的大小的定義——力的大小等于物體動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率，從而為新物理學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)而便捷的理論分析基礎(chǔ)。

當(dāng)然，牛頓第一定律建立力的概念，牛頓第二定律定量的定義了力的大小，但是這兩個(gè)定律卻沒有揭示力的來源與本性，牛頓進(jìn)一步建立了力的本性中的最通用原則——力的作用是相互的，即牛頓第三定律。牛頓據(jù)此研究了天體的運(yùn)動(dòng)，在開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)上，利用第一定律指出行星做曲線運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿搅肆?伽利略認(rèn)為天體的“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”是自然運(yùn)動(dòng)——或說慣性運(yùn)動(dòng))，利用第二、第三定律，牛頓得出了物理學(xué)史上第一個(gè)基本相互作用的表達(dá)式——萬有引力的決定式，指出了質(zhì)量作為力的一個(gè)來源的事實(shí)。

開普勒的貢獻(xiàn)是打破了天體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的神話，牛頓的貢獻(xiàn)是將天上地下的物體統(tǒng)一了起來，它們本性一樣，自然運(yùn)動(dòng)一樣，受迫運(yùn)動(dòng)的規(guī)律也是一樣的，宇宙萬物都在牛頓運(yùn)動(dòng)定律的統(tǒng)治下運(yùn)動(dòng)。