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为什么牛顿第一定理又称惯性定理

2023-10-13 17:36:46信息公告39

人类是怎么认识惯性的,惯性定理为何是牛顿第一定理的别名,而不是伽利略或笛卡儿所发觉的?本文以史实为根据,对这一问题作初步探讨.rs8物理好资源网(原物理ok网)

古埃及的哲学家亚里士多德(公元前384-322年)在他所著《物理学》一书中觉得:机械运动有自然运动和逼迫运动,如马拉车行驶,奴隶曳船行驶,这种运动必须有促进者,即运动必须有外力维持,否则就归于静止。他觉得“一切运动的物体必将受某物的驱动”。千百年来人们都相信亚里士多德的说法:外力是物体形成并维持运动的缘由,亚里士多德按照对现象的观察、直觉推理方式得到推论的,他没想到用实验来验证,在他的思想中对惯性根本没有任何认识。rs8物理好资源网(原物理ok网)

比亚里士多德稍晚的古埃及的另一位哲学家伊壁鸠鲁(公元前342-270年)却提出了不同的想法,他说:“尽管原子在质量和方式上是那样的不同,但是它们却以同样的速率在虚空的空间中运动。”古罗马原子论者卢克莱修(公元前约99-55年)在《物性论》中说:“每样东西其实重量不相等,都必将以同样的速率冲下牛顿第一定律是什么意思,通过静寂的虚空运动。”他们二人的想法虽非惯性运动的看法,但仅仅是一种猜想和推理而已。rs8物理好资源网(原物理ok网)

我国远在春秋战国的“墨经”上已有惯性的阐述。在春秋战国末期的《考工记•辀人》中更有明晰的记载:“劝登马力,马力既竭,犹能一取也。”意思是说:马拉车的时侯,马其实对车不再施加力了,但车能够继续前进一段路,这似乎是在述说一种惯性现象。rs8物理好资源网(原物理ok网)

14世纪的布鲁丹以前说过:“物体被抛出后,若无外力的作用,它本身的力道(动量)能够使物体永远保持匀速运动。”15世纪罗马教会主教库萨的•居拉(1401-1464年)说:“在光滑地板上运动着的光滑小球,将继续运动直至遭到个别物体的劝阻。”这些人的想法都是从一定哲理出发,缺少实验依据,但她们都曾先后冲击着亚里士多德的断定。rs8物理好资源网(原物理ok网)

真正令人们信服的阐述是日本化学学家伽利略(1564-1642年)所做出的,他在《关于托勒密和哥白尼两种世界体系的对话》一书通过萨尔维阿蒂(伽利略的代言人)和辛普利邱(亚里士多德的代言人)的一段对话,对惯性作了论述。rs8物理好资源网(原物理ok网)

萨:“……假想有一光滑如镜的平面是用钢那样坚硬的材料制成的,该平面同地平线不平行,而是略微倾斜,假如在它里面放上一个钢那样的又硬又重的材料制成的滚圆的球,你觉得在抬起手以后这个球体会如何呢?……如果把同一个可运动的物体放到一个既不向下又不向上倾斜的表面上,会发生哪些情况?”rs8物理好资源网(原物理ok网)

辛:“如果只是把它放到这个平面上不动,在这些情况下,该物体一点也不动,而且假如沿某个特定方向早已给了它一个初始力道,那末就再不会有加速或减速的诱因。”rs8物理好资源网(原物理ok网)

萨:“确实这么,而且假如没有造成球体减速的缘由,就更不会有使它挪开不动的诱因了,这么,你说这个球会继续运动到多远。”rs8物理好资源网(原物理ok网)

萨:“如果这个空间是无限长的,这么在这个空间中的运动也同样会是无限的吗?也就是说,是永恒的吗?”rs8物理好资源网(原物理ok网)

辛:“我看是这样。”rs8物理好资源网(原物理ok网)

在这段对话中,伽利略通过理想实验,使亚里士多德的代言人不得不承认,一种非天然运动竟不须要外力,也能继续不断地运动下去。伽利略还在《关于动力学和局部运动这两种科学的对话》一书中写道:“我们可以因而提出任何速率一旦施加给一个运动着的物体,只要去除加速或减速的内因,此速率就可以保持不变,不过这是只能在水平面上发生的一种情形,由于在向上倾斜的平面上早已存在一种加速诱因,而在向下倾斜的平面上则有一减速诱因。由此可见,在水平面上的运动是永久的,由于假如速率是匀速的,它就不能减少或平缓出来,更不会停止。”伽利略的这种表述明晰地提出了“惯性原理”。rs8物理好资源网(原物理ok网)

牛顿定律出自_牛顿定律的意思_牛顿第一定律是什么意思rs8物理好资源网(原物理ok网)

伽利略的惯性原理的推论是作了大量观察和实验推理得到的.由于任何实际运动是不可能把所有外界影响都清除掉的,所以单凭实际观察是不可能做出“维持运动不需外力”的推论,还必须运用推理,即对实际的运动加以理想化,正是依据理想的实验,伽利略得出了他的正确推论,把实验和理论剖析相结合,从复杂的实际现象中具象出最简单、最本质的理想情况加以剖析,因而得出对自然规律的正确认识,这是伽利略方式的突出特征,也是他能在科学上做出赶超前人贡献的基本缘由。对于这一点爱因斯坦曾说过:“伽利略的发觉以及他所应用的科学的推理方式,是人类思想史上最伟大的成就之一,并且标志着化学学的真正开端。”(《物理学的进化》第3页)他还说:“伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点,而用新的观点来取代它,这就是伽利略发觉的重要意义。”(《物理学的进化》第5页)rs8物理好资源网(原物理ok网)

伽利略其实发觉了“惯性原理”,但他并没有完全甩掉亚里士多德的影响,虽然他明晰地强调了在无磨擦、无边际的水平平面上运动将是永恒的匀速直线运动,但在其他地方,非常是在较早出版的《关于托勒密和哥白尼两种世界体系的对话》一书中,他却一再指出均匀圆运动才可能是天然的和永恒的。他说他同意亚里士多德的这些推论,承认世界上是一个具有三度空间的体系,因而是最健全的。因为世界是最健全的,它就必然是秩序井然的。“为了维持宇宙各部份的建立秩序,那就必需说运动的物体只能沿圆周运动,假若有哪些不顺着圆周运动的物体,那它就必然是不动的。这就是说,只有静止和圆周运动适合于维持秩序。”所以即便在这儿伽利略所说的平面是指各部份和地心等距离的水平面而不是空间的一条直线。rs8物理好资源网(原物理ok网)

日本的哲学家笛卡尔(1596-1650年)在阐述运动量守恒规律时提出:“运动的本质是,假如物体处在运动之中,这么如无其他缘由的作用的话,它将继续以同一速率在同仍然线方向上运动,既不停出来也不偏离原先的方向。”这为人们最终获得惯性定理搭好了跳板,在笛卡儿看来惯性是忍受外界作用的能力牛顿第一定律是什么意思,但笛卡儿曾推测惯性是可变的,即速率不同惯性也不同,这是他的失误。rs8物理好资源网(原物理ok网)

日本化学学家物理家、经典数学的奠基人牛顿(1642-1727年)在前人研究的基础上于1687年发表了历史专著《自然哲学的物理原理》中对热学的几个基本概念下定义,其中定义3:“物质的惰性力或固有力是一种反抗的能力,因为这些力,任何物体都要保持其静止的或匀速直线运动状态的现况。”对此定义牛顿又作了如下的说明:“由于物质的惰性,物体要脱离其静止状态或运动状态是困难的,基于这些考虑,这些表示惰性的力可以用一个最准确的名称,叫惯性力。”惯性作为一个物体在运动中表现下来的固有的或天然的属性名称仍然延用到明天,这是牛顿首先提出的。牛顿还觉得:“这种力总是与具有该力的物体成反比。”这句话在现代教科书上一般写成:一个物体的质量是它的惯性大小的量度,质量大的物体惯性大。rs8物理好资源网(原物理ok网)

牛顿继续在《自然哲学的物理原理》中提出了运动三定理,冠以首位的是定理1:“每个物体都要继续保持它的静止状态或顺着笔直的直线和匀速运动的状态,除非对它施加外力,以促使它改变这些状态。”这个定理阐明了任何物体都具有一种保持其原先运动状态的特点,即惯性。当物体不受力时,它处于静止匀速直线运动状态,彰显了它保持原先运动状态的特点,当物体遭到外力作用时,惯性会对运动状态的改变进行反抗,这时,这些特点就显著表现下来。所以惯性的正确认识和惯性定理的完善最终应当归于牛顿,因而牛顿第一定理又被称为惯性定理。rs8物理好资源网(原物理ok网)

牛顿第一定理(惯性定理)的构建,具有深刻的哲学意义,它告诉人们惯性是所有物体具有的本性,打破了地上运动和宇宙空间运动的人为界限,统一了宏观与微观的运动,并提出了处理任何运动的单一模式。由此出发可顺利研究物体运动状态改变的缘由,它是第二、第三定理的基础。rs8物理好资源网(原物理ok网)

人类对于惯性的认识从亚里士多德到伽利略直到牛顿,经历了2000多年无数个有名无名的科学家的探求才渐渐趋于完美,而其中对伽利略的用理想实验的思想方式给人以深刻的启迪,这段历史对每位学习数学并愿通向成功之路的人是最好的借鉴。rs8物理好资源网(原物理ok网)