的起源和基础力学

历史

经典力学的发现是由于出版,1543年,这本书的天体运行论orbium coelestium书册VI(“六本书关于天上的球体的革命”)的波兰天文学家Nicolaus哥白尼。这本书是关于革命,真正的天堂,它引发了比喻命名科学革命那达到了高潮在牛顿的原理大约150年之后。科学革命将永远改变人们如何思考宇宙。

在他的书中,哥白尼指出,所需的计算预测行星的位置在夜空中会有所简化,如果太阳,而不是地球,被宇宙的中心(他的意思是现在被称为太阳系)。哥白尼的书带来的许多问题中是一个重要的和合法的科学问题:如果地球是飞驰着空间和旋转的轴,哥白尼的模型,为什么运动不明显?

旁观者,地球肯定似乎是坚实的静止。学术思考宇宙之前的几个世纪哥白尼在很大程度上是由柏拉图的哲学亚里士多德。根据亚里士多德科学地球是宇宙的中心。四个elements-earth、水、空气和火自然处理在同心球体,与地球的中心,分别被水包围,空气,和火。外这些天体的水晶球体旋转。重,因为他们寻求自然朴实的对象了。通过空气烟将上升,气泡在水中出于同样的原因。这些都是自然的运动。所有其他类型的运动是暴力的运动,需要近因。例如,一个牛车没有一头牛的帮助下不动。

当哥白尼流离失所的地球从宇宙的中心,他把心从亚里士多德的力学,但他没有显示它如何可能被替换。因此,对于那些希望宣传哥白尼的观点,为什么地球的运动并不是发现了一个特殊的紧迫感。没有合适的解释,Copernicanism是违反不仅亚里士多德的哲学,也简单的常识。

解决这个问题是由意大利数学家和科学家发现的伽利略伽利略。发明的实验物理他一边走,伽利略研究球滚动的动作倾向于飞机。他发现,如果一个球滚下来一个飞机,另一个,它将寻求重新初始高度离地面,不管斜坡两架飞机。他认为,这意味着,如果第二架飞机被无意,而是水平相反,球,无法恢复原来的高度,会永远保持滚动。从这个观察他推断,身体不需要保持运动的直接原因。相反,身体朝水平方向将倾向于保持运动,除非一些干扰它。这是地球的原因运动不明显;地球的表面和周围的一切,总是在一起运动,因此似乎只有在休息的时候。

这个观察,改进了法国哲学家和科学家勒奈·笛卡尔,他改变了概念适用于直线运动,最终将成为牛顿第一定律或法律惯性。然而,伽利略的实验把他远远超出了这个基本发现。时间的下降速度球(通过精密水时钟和其他巧妙的发明)和想象将会发生什么如果实验可以在没有空气阻力的情况下,他推断自由落体身体是匀加速速度独立的质量。此外,他明白,任何的运动弹是同时和独立的惯性运动的结果在水平方向和垂直方向的运动。在他的书中关于这两个新的科学,对话(1638),伽利略写道,

已经观察到导弹和炮弹描述某种弯曲路径;然而,没有人指出这样一个事实:这条道路是一个抛物线。但这和其他事实,不是少数值得知道,我已经成功地证明。…

就像伽利略吹嘘,他的研究包含现在被称为经典力学的许多方面,不仅包括身体下降和抛物运动定律的讨论也摆的分析,简谐运动的一个例子。他的研究属于古典力学的分支称为运动学,或者运动的描述。虽然伽利略和其他人试图制定运动的原因,解释的重点场被称为动力学牛顿之前,没有一个会成功。

伽利略的名声在他有生之年不依赖于他的发现在力学诸天他的观察,他的新发明的望远镜约1610。他所看到的一切,特别是木星的卫星,促使或证实了他的拥抱哥白尼体系。那时,哥白尼在欧洲几乎没有其他的追随者。然而,其中一些是杰出的德国天文学家和数学家约翰尼斯·开普勒。

开普勒将他的科学生涯的大部分时间用来阐明哥白尼体系。尽管哥白尼把太阳在太阳系的中心,他的天文学仍然是根深蒂固的柏拉图式的理想的圆周运动。在哥白尼之前,天文学家曾试图解释观测到的天体运动想象他们在水晶球集中在地球旋转。这张照片很好工作了星星而不是行星。“拯救表象”(符合观测)一个精心设计的系统出现圆形轨道,调用旋转轨道在圆形轨道。这系统天文学达到高潮的天文学大成的托勒密工作在公元二世纪的亚历山大CE。哥白尼创新有些简化了系统,但哥白尼的天文学表仍基于圆形轨道和旋转轨道。开普勒出发去寻找进一步简化,将有助于建立哥白尼体系的有效性。

在他的调查,开普勒发现了三个行星运动定律仍以他的名字命名。开普勒第一定律说,行星的轨道都是椭圆,太阳在一个焦点。这个观察了本轮的天文学。他的第二定律指出,地球穿过它轨道,一条线加入太阳扫出平等地区平等。开普勒,法律只是一个规则,帮助他使他的天文精确计算表。后,然而,将直接被理解结果的守恒定律的角动量。开普勒第三定律说的一颗行星的轨道只取决于它距离太阳的远近。特别是,周期的平方正比于它的椭圆轨道的半长轴的立方。这个观察建议牛顿平方反比定律万有引力的吸引力。

17世纪中叶,工作伽利略、开普勒、笛卡尔等奠定了牛顿大综合。牛顿被认为取得了他的许多伟大的发现在23岁时,在1665 - 66年他的撤退剑桥大学林肯郡的家中逃离黑死病。然而,直到他选择不公布结果原理20年后出现。在原理他的基本,牛顿出发了假设有关力,质量,和运动。除了这些,他介绍了万能的力量重力,代理通过空间,瞬间吸引了每一个宇宙中物质的其他每一块物质,实力与它们的质量成正比,它们之间的距离的平方成反比。这些原则,结合在一起,不仅占了开普勒三定律,伽利略的落体和弹丸运动也为其他现象,包括春分和秋分的旋进,摆的振动声速在空气中,等等。牛顿的影响原理是用一个新的替换挽回名誉扫地的亚里士多德世界观连贯的的宇宙观,以及它如何工作。它的工作是现在被称为经典力学。

基本概念