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1、第四章经典力学的建立----从伽利略到牛顿第一节伽利略一、伽利略以前的物理学成就(1)生产中技工或技师的直接经验.如:意大利冶金工人比林古邱1504年«论火法»海员诺尔曼1581年关于磁的著作«新奇的引力»(2)从前人的学术著作中吸取营养,包括阿基米德,吉尔伯特(英1540-1603)«论磁»F•培根提倡实验的哲学思想等.在力学方面,对伽利略有影响的还有以下人物及工作.他是一位在科学上很有造诣,坚持独立思考,反对崇拜权威,非常重视实验和科学的实践应用的卓越人物;他是十进制的积极提倡者和小数的发明者.早年曾做过莫理斯公爵的技术顾问,晚年担任荷兰军需长.1587年用荷文写成的<静力学原理>中突出成
2、就有:(1)永动机不可能原理和力的平行四边形法则.由于两侧重量不同,链条要做逆时针运动,由于链条的连续性,这种运动将会持续下去.这就是原始“永动机”.但实际处于平衡状态,这一现象意味着斜面方向拉力随着斜面与水平面夹角的减小而减小.因为斜面左右两边小球的数目与斜面长度成正比,1.西蒙•斯蒂文(1548-1620),荷兰工程师,物理学家.也就是:斜面上的物体受的沿斜面方向的力与倾角的正弦成正比. 此结论,现在看来很容易,但对16世纪的静力学,确是很重要的贡献.它标志着理解平衡问题的一大进步. 他还指出:若三个力与三角形的对应边平行且成比例,则这三个力一定平衡.这就是力的平行四边形法则或三角形法则.
3、ACBFrFl(2)落体实验 1586年斯蒂文和德格罗做了落体实验.在1605年发表:他们发现重的铅球与轻的铅球同时落到地面.伽利略在1590年在比萨斜塔上做了类似的实验并做了理论推证. 2.塔达格利亚(1506-1557)与班纳得蒂(1350-1590).前者为意大利自学出身的工程师,后者是帕杜瓦大学的教授.塔达格利亚出版一本关于兵法,火药和射击学的书.指出抛射体的冲力(伽利略以后称作为惯性)和它所受到的引力在抛射体的整个运动过程中,都对抛射体起作用.其轨迹为一条曲线.但由于数学的局限,他没有指出这是一条是什麽样的曲线.正是他们在落体实验和抛射体方面对伽利略有过启发,因而对物理做出了开创性的
4、奠基工作二.伽利略对于经典力学的主要贡献及其科学方法.伽利略的主要贡献:(1)天文学上以望远镜和«两大体系对话»为代表,给哥白尼体系已决定性的支持. (2)以《关于力学与位移运动两门新科学的讨论及数学证明》（1638）一书为代表，奠定了经典力学中运动学与动力学的基础。 (3)创建了一整套科学方法，也就是伽利略所首创的实验、物理思维和数学演绎三者巧妙结合的科学方法。1.相对性原理研究物体怎样运动，首先弄清“运动”与“静止”的基本概念。 哥白尼体系已经把“绝对静止”论打得粉碎。伽利略通过相对性原理的阐明，提出了运动与静止的相对性：“运动只是相对于没有这种运动的物体才存在。”我们知道牛顿运动定律适用
5、的参照系为惯性系。也就是说，力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律，或者说在研究力学规律时一切惯性系都是等价的，称为力学的相对性原理。 不同参照系运动的不同描写。“唯一可观察到的是我们没有参与的运动。”伽利略相对性原理，不需要牛顿式的绝对空间与绝对时间的假设。它是爱因斯坦相对论的直接出发点。 2.对运动的定量描述伽利略第一个用数学方法来分析运动中时间与空间的定量关系。定义匀速运动：“任意相等时间间隔内通过相等的距离。（匀速运动与时间t无关）引伸到变速运动：把平均速度过渡到瞬时速度。最突出的贡献：提出和定义了加速度。对这两种形式反复比较，最后决定用:定义匀加速度：”一个运动被称为匀加速运动，
6、是指它从静止开始时，在任何相等的时间间隔内有相等的速度增量。伽利略认为自由落体是自然界中匀加速运动最好的典型，后又推广到了斜面，摆，抛射体等。若要测定下落物体速度的增量与下落的时间是不是成正比，即在整个过程中是否为恒量，是非常困难的。它用比萨斜塔落体实验来推翻了亚里士多德的流传了2000多年的“落体速度与重量成正比”的谬论。而证实了轻、重物“几乎”同时落地这一观察到的事实。伽利略做完比萨斜塔实验后，发现落体的运动速度越来越快。无相应的测试仪器，无法直接研究落体运动。因此它用间接证明的方法，它让一个小黄铜球在铺有羊皮纸，带有小槽的光滑斜面上运动，斜面3.自由落体定律越陡削球运动得越快，在斜面竖直
7、的极限下，小球将自由落下。此方法叫做“冲淡重力”。 它还设计了“水钟”测量小球走过不同距离时所需要的时间。他发现小球在各相等的时间间隔上所走过的距离顺序为1：3：5：7的比例。当斜面变陡时，相应距离变长，比值不变。于是，伽利略得出了结论：这个规律在自由落体的情况下也一定成立。 数学式： 他是第一个用数学方法分析运动中时间与空间的定量关系的。 他总结这一方法时说：“我先用数学演算，然后用手和眼检
