牛頓創建的經典力學體系究竟講了什麼,簡單帶你瞭解一下

1564年2月15日,一個偉大的人物誕生了,那就是伽利略,他雖然是學醫出身,但是卻對數學、物理和儀器製造非常感興趣,尤其以數學和物理見長。他在22歲的時候寫出了論文《天平》。引起全國學術界的注意,人們稱他為“當代的阿基米德”。而到了 25 歲的時候,因為一篇論固體的重心的論文,被比薩大學聘為教授,由此開始了自己的學術生涯。

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伽利略是第一個把實驗引進力學的科學家,他利用實驗和數學相結合的方法確定了一些重要的力學定律,不僅糾正了統治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯誤觀點,更創立了研究自然科學的新方法,當然,也遭到了殘酷的迫害,所以說,伽利略在人類思想解放和文明發展的過程中作出了劃時代的貢獻,由此被稱為“近代科學之父”。

伽利略對運動基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究並給出了嚴格的數學表達式。尤其是加速度概念的提出,在力學史上是一個里程碑。有了加速度的概念,力學中的動力學部分才能建立在科學基礎之上,而在伽利略之前,只有靜力學部分有定量的描述。伽利略還對物體在斜面上的運動,拋射體的運動等作過實驗和觀察。在這些研究基礎上他提出了加速度的概念及其數學表達式。

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可以說伽利略對16、17世紀的自然科學的發展起了重大作用 ,改變了人類對物質運動和宇宙的認識。尤其是他第一次提出了慣性概念,提出了慣性和加速度這個全新的概念(伽利略相對性原理),為牛頓力學理論體系的建立奠定了基礎,牛頓經典力學的核心伽利略變換就是在此基礎上建立的。

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伽利略相對性原理指出了慣性定律和物體在外力作用下運動的規律,力學定律在所有慣性系中都相同,也就是說,在一慣性系內部所作的任何力學實驗都不能確定該慣性系相對於其他慣性系的運動。又稱為力學相對性原理。伽利略最先說明了“在慣性系內部所作的任何力學實驗都不可能發現該慣性系是靜止的還是作勻速直線運動的”這個事實

在伽利略去世一年後也就是1643年,牛頓誕生了,牛頓的偉大無需多說,可以說是物理發展史乃至科學發展史都無法繞開的偉大人物。

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1687年,《自然哲學的數學原理》發表,這本書被譽為物理學的聖經,它總結了近代天體力學和地面力學的成就,為經典力學規定了一套基本概念,提出了力學的三大定律和萬有引力定律,從而使經典力學成為一個完整的理論體系。該書意味著經典力學的成熟,其中所建立的經典力學的理論體系成為近代科學的標準尺度。

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經典力學是力學的一個分支。經典力學是以牛頓運動定律為基礎,在宏觀世界和低速狀態下,研究物體運動的基要學術。在物理學裡,經典力學是最早被接受為力學的一個基本綱領。經典力學又分為靜力學(描述靜止物體)、運動學(描述物體運動)和動力學(描述物體受力作用下的運動)。

牛頓的經典力學的核心就是伽利略變換,伽利略變換是經典力學中用以在兩個只以均速相對移動的參考系之間變換的方法,屬於一種被動態變換。伽利略變換構建了經典力學的時空觀。

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伽利略變換認為,在同一參照系裡,兩個事件同時發生,在其他慣性系裡,兩個事件也一定同時發生,時間間隔的測量是絕對的,長度測量也具有絕對性,經典力學定律在任何慣性參考系中數學形式不變,換言之,所有慣性系都是等價的(相對性原理)。

所以我們才說,伽利略變換構建了經典力學中的絕對時空觀,時間和空間均與參考系的運動狀態無關、時間和空間是不相聯繫的,是絕對的。也就是說空間、時間與物體的運動狀態無關!

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簡單來說,牛頓時空觀認為:時間、空間是絕對的,絕對是指時間、空間與物質運動無關,與參考系無關;空間和時間也是彼此獨立的,空間的度量與時間無關, 時間的度量與空間無關,同時性也是絕對的。牛頓時空觀反映在伽利略變換之中。

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當然,經典力學受時代的影響,也存在一些的缺陷,比如受經典力學的影響,物理學家認為宇宙到處都存在著一種稱之為以太的物質,因為在經典力學裡,曾經有兩種力的概念存在.一種是接觸力(如碰撞、壓力或拉力等勒,另一種是超距件用力(如重力),在當時的觀念裡,似乎除了由直接接觸所產生的那些作用之外不應有別的作用。

按照這樣的觀念,人們曾試圖以接觸作用力來解釋牛頓的超距作用力,即認為超距作用力實際上是靠充滿空間的媒質來傳遞的,傳遞方式或是靠這種媒質的運動,或是靠它的彈性形變.這樣,便提出了以太假說。

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他們普遍認為以太是傳播光的媒介,引力甚至電、磁力是在以太中傳播的,由此發展了“光以太”假說。

除此之外,物理學家將這種無處不在的“以太”看作絕對慣性系,其它參照系中測量到的光速是以太中光速與觀察者所在參照系相對以太參照系的速度的矢量疊加。

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舉一個簡單的例子,你在火車上跑,那麼你的小夥伴看來,你的速度=火車的速度+你在車上的速度發現沒有,在這個理論當中,速度是可以疊加的,但是如果你的小夥伴在一輛速度相同的火車上看你,那麼你的速度就是你在車上奔跑的速度。

所以其它參照系中測量到的光速是以太中光速與觀察者所在參照系相對以太參照系的速度的矢量疊加。就是這個道理,也就是說光速會隨著參照系的不同,也變得不同。

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經典力學所存在的缺陷最後也就導致了愛因斯坦相對論的誕生!但總體來說,牛頓的經典力學提出之後,立馬帶領物理學進入了一個新的時代,它完成了人類對自然界認識史上第一次理論大綜合,使力學和天文學在理論上達到了相當完備的程度。促進了科學的大發展,從而推動了第一次工業革命的誕生。

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