科学家只使用几个方程式就可以描述一个球在空中飞行和磁铁的拉动,并预测月球的日食。对日常物体运动和影响它们的力的运动的数学研究称为经典力学。古典力学通常被称为牛顿力学,因为几乎整个研究都基于艾萨克·牛顿。古典力学核心的一些数学定律和原理包括:
- 牛顿的第一项运动定律:处于静止的身体将保持静止,除非由外力作用,否则运动的身体将保持运动。
- 牛顿的第二项运动定律:作用在物体上的净力等于该物体的质量乘以其加速度。
- 牛顿的第三项运动定律:对于每个动作,都有相等和相反的反应。
- 牛顿普遍重力定律:两个物体之间的重力拉力将与物体的质量成正比,并且与质量中心之间的距离的平方成反比。
- 节能法则:不能创造或破坏能量,而是从一种形式变为另一种形式;例如,机械能变成热能。
- 势头保护法:在没有摩擦等外力的情况下,当物体碰撞时,碰撞前的总动量与碰撞后的总动量相同。
- 伯努利的原则:在流体流的连续流线中,流体的静水压力将与其速度和高程相比。
经典力学准确地描述了大多数“正常”对象的行为。根据 ”动态化学电子文本书“从加利福尼亚大学,戴维斯化学系被视为“正常”,应该“大于分子大,比行星小”,接近室温,速度比光速大得多。
新名字的旧科学
尽管它是物理学中最古老的分支,但“古典力学”一词相对较新。 1900年后不久,一系列数学思维的革命诞生了新的询问领域:相对论与非常快的现象机制,量子与非常小的现象机制。
1900年之前开发的方程仍然完全适合描述日常尺寸和速度的物体。但是,由于这个较旧的物理分支与两个新分支一起存在,因此需要一个新名称。创造了“经典力学”一词,以松散地标记在量子和相对论效应可忽略不计的尺度上描述现实的一组。
1687年,牛顿出版了”哲学家的自然数学原理”((自然哲学的数学原理)描述了身体如何在外力的影响下移动。这项工作统一了数学推理,并以相对较新的想法在地球表面上进行了有关运动的相对新想法,以及在科学探究的所有领域中最古老的:天文学。
古代到中世纪
古老的文明美索不达米亚,,,,埃及和印度河谷所有人都表现出对太阳,月亮和星星的运动的理解。正如他的书中所述,他们甚至可以预测公元前18世纪日食的日期”古代天空的回声“(多佛,2003年),”恒星和行星通常是敬拜的目标,被认为代表了他们的神。”这种超自然的解释据定义缺乏证据,但观察记录为几代观察者奠定了基础。天体力学因此,人们研究了事物如何在天堂上移动。
古希腊人是第一个始终寻求自然(而不是超自然)解释的人。正如查尔斯·辛格(Charles Singer)在他的书中写道的那样十九世纪的科学简短历史“(Dover,2011年),”像Thales(624-545公元前624 - 545年)这样的哲学家拒绝了对自然现象的非自然主义解释,并宣称每个事件都有一个自然原因。“例如,无数的解释,例如,“身体的幽默”和“围绕地球的围绕地球的壳”,这确实是自然而然的,但大多数人都在做出了奇特的想法,这是一个奇怪的想法。建立在亚里士多德的工作(公元前384 - 322年)。陆地力学因此,成为了事物如何在地球表面移动和相互作用的研究。
文艺复兴
到16世纪,学者们开始注意到动力理论不适合描述许多现象,尤其是弹丸从弹射器和大炮中散发出来。根据该理论,弹丸应飞过空气,直到其动力用尽,于是它应该直接落在地面上。实际上,弹丸的路径是非常特定的曲线。根据伯纳德·科恩(Bernard Cohen)的说法,要理解这些观察新物理学的诞生“(诺顿,1985年),科学家们开始考虑重力以统一加速的物体。在他的1638年出版物中,”有关两种新科学的对话,”伽利略·加利利(Galileo Galilei)(1564-1642)发表了第一个数学证明这种均匀的加速度将导致弹丸在与观测值匹配的抛物线轨迹中移动,从而表明陆地力学受数学的控制。
同样,在16世纪,天体力学与数学有着非常牢固的联系。根据David S. Landes的说法及时革命(Belknap,1983),Tycho Brahe(1546-1601)是最早使用能够计算几分钟和几秒钟以及象限和六分数的天文学家之一天体的动作(望远镜尚未改编自海军间谍活动)。约翰·开普勒(1571-1630)基于他的三个行星运动定律,基于婆罗门的《火星运动》的数据。这些法律中的第一条发表在他的1609年作品中,”新天文学,“表明行星在太阳周围的椭圆道中移动。
大统一
七十年后,牛顿建立在伽利略和开普勒的作品上,以表明陆地领域的天体领域和抛物线运动的椭圆形运动可以通过一项优雅的数学定律,即他的普遍吸引力的法则来解释。此外,他通过用数学语言来形容运动定律。
使用牛顿的法律,科学家可以用代数和微积分(也由牛顿共同发明)操纵符号数学,以了解尚未观察到的现象。在整个18和19世纪,古典力学都在增长,以描述从光学,液体和热量到压力,电力和磁性的一切。
罗伯特·库尔曼(Robert Coolman)是威斯康星大学麦迪逊分校的研究生研究员,获得了博士学位。在化学工程中。他写了关于数学,科学以及他们如何与历史互动的文章。跟随罗伯特@primeviridian。跟着我们@livescience,,,,Facebook和Google+。
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