科學家只使用幾個方程式就可以描述一個球在空中飛行和磁鐵的拉動,並預測月球的日食。對日常物體運動和影響它們的力的運動的數學研究稱為經典力學。古典力學通常被稱為牛頓力學,因為幾乎整個研究都基於艾薩克·牛頓。古典力學核心的一些數學定律和原理包括:
- 牛頓的第一項運動定律:處於靜止的身體將保持靜止,除非由外力作用,否則運動的身體將保持運動。
- 牛頓的第二項運動定律:作用在物體上的淨力等於該物體的質量乘以其加速度。
- 牛頓的第三項運動定律:對於每個動作,都有相等和相反的反應。
- 牛頓普遍重力定律:兩個物體之間的重力拉力將與物體的質量成正比,並且與質量中心之間的距離的平方成反比。
- 節能法則:不能創造或破壞能量,而是從一種形式變為另一種形式;例如,機械能變成熱能。
- 勢頭保護法:在沒有摩擦等外力的情況下,當物體碰撞時,碰撞前的總動量與碰撞後的總動量相同。
- 伯努利的原則:在流體流的連續流線中,流體的靜水壓力將與其速度和高程相比。
經典力學準確地描述了大多數“正常”對象的行為。根據 ”動態化學電子文本書“從加利福尼亞大學,戴維斯化學係被視為“正常”,應該“大於分子大,比行星小”,接近室溫,速度比光速大得多。
新名字的舊科學
儘管它是物理學中最古老的分支,但“古典力學”一詞相對較新。 1900年後不久,一系列數學思維的革命誕生了新的詢問領域:相對論與非常快的現像機制,量子與非常小的現像機制。
1900年之前開發的方程仍然完全適合描述日常尺寸和速度的物體。但是,由於這個較舊的物理分支與兩個新分支一起存在,因此需要一個新名稱。創造了“經典力學”一詞,以鬆散地標記在量子和相對論效應可忽略不計的尺度上描述現實的一組。
1687年,牛頓出版了”哲學家的自然數學原理”((自然哲學的數學原理)描述了身體如何在外力的影響下移動。這項工作統一了數學推理,並以相對較新的想法在地球表面上進行了有關運動的相對新想法,以及在科學探究的所有領域中最古老的:天文學。
古代到中世紀
古老的文明美索不達米亞,,,,埃及和印度河谷所有人都表現出對太陽,月亮和星星的運動的理解。正如他的書中所述,他們甚至可以預測公元前18世紀日食的日期”古代天空的迴聲“(多佛,2003年),”恆星和行星通常是敬拜的目標,被認為代表了他們的神。 ”這種超自然的解釋據定義缺乏證據,但觀察記錄為幾代觀察者奠定了基礎。天體力學因此,人們研究了事物如何在天堂上移動。
古希臘人是第一個始終尋求自然(而不是超自然)解釋的人。正如查爾斯·辛格(Charles Singer)在他的書中寫道的那樣十九世紀的科學簡短歷史“(Dover,2011年),”像Thales(624-545公元前624 - 545年)這樣的哲學家拒絕了對自然現象的非自然主義解釋,並宣稱每個事件都有一個自然原因。 “例如,無數的解釋,例如,“身體的幽默”和“圍繞地球的圍繞地球的殼”,這確實是自然而然的,但大多數人都在做出了奇特的想法,這是一個奇怪的想法。建立在亞里士多德的工作(公元前384 - 322年)。陸地力學因此,成為了事物如何在地球表面移動和相互作用的研究。
文藝復興
到16世紀,學者們開始注意到動力理論不適合描述許多現象,尤其是彈丸從彈射器和大砲中散發出來。根據該理論,彈丸應飛過空氣,直到其動力用盡,於是它應該直接落在地面上。實際上,彈丸的路徑是非常特定的曲線。根據伯納德·科恩(Bernard Cohen)的說法,要理解這些觀察新物理學的誕生“(諾頓,1985年),科學家們開始考慮重力以統一加速的物體。在他的1638年出版物中,”有關兩種新科學的對話,”伽利略·加利利(Galileo Galilei)(1564-1642)發表了第一個數學證明這種均勻的加速度將導致彈丸在與觀測值匹配的拋物線軌跡中移動,從而表明陸地力學受數學的控制。
同樣,在16世紀,天體力學與數學有著非常牢固的聯繫。根據David S. Landes的說法及時革命(Belknap,1983),Tycho Brahe(1546-1601)是最早使用能夠計算幾分鐘和幾秒鐘以及象限和六分數的天文學家之一天體的動作(望遠鏡尚未改編自海軍間諜活動)。約翰·開普勒(1571-1630)基於他的三個行星運動定律,基於婆羅門的《火星運動》的數據。這些法律中的第一條發表在他的1609年作品中,”新天文學,“表明行星在太陽周圍的橢圓道中移動。
大統一
七十年後,牛頓建立在伽利略和開普勒的作品上,以表明陸地領域的天體領域和拋物線運動的橢圓形運動可以通過一項優雅的數學定律,即他的普遍吸引力的法則來解釋。此外,他通過用數學語言來形容運動定律。
使用牛頓的法律,科學家可以用代數和微積分(也由牛頓共同發明)操縱符號數學,以了解尚未觀察到的現象。在整個18世紀和19世紀,經典的力學都在增長,以描述從光學,液體和熱量到壓力,電力和磁性的一切。
羅伯特·庫爾曼(Robert Coolman)是威斯康星大學麥迪遜分校的研究生研究員,獲得了博士學位。在化學工程中。他寫了關於數學,科學以及他們如何與歷史互動的文章。跟隨羅伯特@primeviridian。跟著我們@livescience,,,,Facebook和Google+。
其他資源
- 了解有關運動,力量和能量的更多信息物理教室。
- 實用物理為教室提供教訓和教學資源和活動。
- Chemwiki:動態化學電子文本是加州大學戴維斯分校化學系的合作項目。