牛頓對經(jīng)典力學的貢獻

1、牛頓對經(jīng)典力學的貢獻一、認識牛頓艾薩克牛頓艾薩克 牛頓爵士是人類歷史上出現(xiàn)過的最偉大、最有影響的科學家，同時也是物理學家、數(shù)學家和哲學家，晚年醉心于煉金術(shù)和神學。他在1687年7月5日發(fā)表的不朽著作 自然哲學的數(shù)學原理 里用數(shù)學方法闡明了宇宙中最基本的法則萬有引力定律和三大運動定律。這四條定律構(gòu)成了一個統(tǒng)一的體系，被認為是人類智慧史上最偉大的一個成就 ”由此奠定了之后三個世紀中物理界的科學觀點，并成為現(xiàn)代工程學的基礎(chǔ)。牛頓為人類建立起 理性主義”的旗幟，開啟工業(yè)革命的大門。 牛頓逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂，成為在此長眠的第一個科學家。二、牛頓力學1679年，牛頓重新回到力學的研究中：引力及

2、其對行星軌道的作用、開普勒的行星運動定律、與胡克和弗拉姆斯蒂德在力學上的討論。他將自己的成果歸結(jié)在物體在軌道中之運動（1684年）一書中，該書中包含有初步的、后來在原理中形成的運動定律。自然哲學的數(shù)學原理（現(xiàn)常簡稱作原理）在埃德蒙哈雷的鼓勵和支持下出版于1687年7月5日。該書中牛頓闡述了其后兩百年間都被視作真理的三大運動定律。牛頓使用拉丁單詞"gravitas "（沉重）來為現(xiàn)今的引力（gravity ）命名，并定義了萬有引力定律。在這本書中，他還基于波義耳定律提出了首個分析測定空氣 中音速的方法。三、牛頓對經(jīng)典力學的貢獻所謂經(jīng)典力學，是指研究在低速情況下宏觀物體的機械運

3、動所遵循的規(guī)律的力學。經(jīng)典力學的基本定律是牛頓運動定律或與牛頓定律有關(guān)且等價的其他力學原理。牛頓在前人積累的大量動力學知識的基礎(chǔ)上，又通過自己反復(fù)觀察和實驗，提出了“力”、“質(zhì)量” 和“動量”的明確定義， 并將它們與伽利略提出的“加速度”聯(lián)系起來， 總結(jié)出了物體機械運動的三個基本定律。牛頓的這三個定律是人類對自然界認識的一個大 飛躍，它為經(jīng)典力學奠定了堅實的基礎(chǔ)，決定了 300多年來力學發(fā)展的方向，并且對其他學科的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響，至今仍是自然科學的基礎(chǔ)理論之一。牛頓的一生不僅為經(jīng)典力學奠定了基礎(chǔ)，而且在熱學、光學、天文和數(shù)學等方面也都作出了卓越的貢獻。牛頓（1642 1727）是一位偉大

4、的物理學家、 數(shù)學家和天文學家。 他在自然科學史上占有 獨特的地位。他的科學巨著自然哲學的數(shù)學原理的出版，標志著經(jīng)典力學體系的建立。經(jīng)典力學理論體系的科學成就和科學的方法論啟迪了人類征服自然的無窮智慧，對現(xiàn)代化科學技術(shù)發(fā)展和社會進步產(chǎn)生了極其深遠的影響。牛頓經(jīng)典力學認為質(zhì)量和能量各自獨立存在，且各自守恒，它只適用于物體運動速度遠小于光速的范圍。牛頓力學較多采用直觀的幾何方法，在解決簡單的力學問題時，比分析力學方便簡單。經(jīng)典力學的基本定律是牛頓運動定律或與牛頓定律有關(guān)且等價的其他力學原理，它是20世紀以前的力學，有兩個基本假定：其一是假定時間和空間是絕對的，長度和時間間隔的測量與觀測者的運動無關(guān)

5、，物質(zhì)間相互作用的傳遞是瞬時到達的；其二是一切可觀測的物理量在原則上可以無限精確地加以測定。20世紀以來，由于物理學的發(fā)展，經(jīng)典力學的局限性暴露出來。如第一個假定，實際上只適用于與光速相比低速運動的情況。在高速運動情況下，時間和長度不能再認為與觀測者的運動無關(guān)。第二個假定只適用于宏觀物體。在微觀系統(tǒng)中，所有物理量在原則上不可能同時被精確測定。因此經(jīng)典力學的定律一般只是宏觀物體低速運動時的近似定律。因為牛頓的力學與現(xiàn)代力學（以量子力學和相對論為主導(dǎo)）有很大差別，牛頓的力學雖然在高速和微觀領(lǐng)域不正確（由于受當時認識水平的局限），但其在一般情況下（低速、宏 觀），可以很容易地處理問題（也就是說牛頓力

6、學雖然錯誤但還是有用的），所以就打算把 它們分別起個名字。起什么名字呢？最后，一個叫經(jīng)典力學，一個叫現(xiàn)代力學。牛頓三大定律力學三大定律和萬有引力定律，它是研究經(jīng)典力學的基礎(chǔ)。牛頓第一定律：一切物體沒有受外力作用時，總保持勻速直線狀態(tài)或靜止狀態(tài) , 直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。牛頓第二定律：物體的加速度與所受外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度 的方向與外力的方向相同。公式：F （合）=ma牛頓第三定律：兩個物體之間的作用力與反作用力大小相等，方向相反，并且在 同一條直線上。萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的大小與物體（質(zhì)點） 的質(zhì)量乘積成正比，與它們之間距離的平方正反

7、比。現(xiàn)代力學推翻了絕對空間的概念： 即在不同空間發(fā)生的事件是絕然不同的。例如，靜掛在移動的火車車廂內(nèi)的時鐘，對于站在車廂外的觀察者來說是呈移動狀態(tài)的。但 是，經(jīng)典力學仍然確認時間是絕對不變的。由伽利略和牛頓等人發(fā)展出來的力學，著重于分析位移、速度、加速度、力等等 矢量間的關(guān)系，又稱為矢量力學。它是工程和日常生活中最常用的表述方式，但并不 是唯一的表述方式：拉格朗日哈密頓、卡爾雅可比等發(fā)展了經(jīng)典力學的新的表述 形式，即所謂分析力學。分析力學所建立的框架是現(xiàn)代物理的基礎(chǔ)，如量子場論、廣 義相對論、量子引力等。微分幾何的發(fā)展為經(jīng)典力學注入了蒸蒸日盛的生命力，是研究現(xiàn)代經(jīng)典力學的主要數(shù)學工具。在日常經(jīng)驗范圍中，采用經(jīng)典力學可以計算出精確的結(jié)果。但是，在接 近光速的高速度或強大引力場的系統(tǒng)中，經(jīng)典力學已被相對論力學取代；在小距離尺 度系統(tǒng)中又被量子力學取代； 在同時具有上述兩種特性的系統(tǒng)中則被相對論性量子場 論取代。雖然如此，經(jīng)典力學仍舊是非常有用的。因為：它比上述理論簡單且易于應(yīng)用。 它在許多場合非常準確。經(jīng)典力學可用于描述人體尺寸物體的運動（例如陀螺和 棒球），許多天體（如行星和星系）的運動，以及一些微尺度物體（如有機分子）。雖然經(jīng)典力學和其他“經(jīng)典”理論（如經(jīng)典電磁學和熱力學）大致相容，在十九 世紀末，還是發(fā)現(xiàn)出有些只有現(xiàn)代物理才能解釋的