4经典物理学伽利略牛顿

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1、经典物理学诞生：天体运动和地面物体运动的统一（1617世纪） 第 4讲哥白尼天文学革命的两大困难:恒星视差问题；地动抛物问题；开普勒的行星运动规律的动力来源?在将天体运动和地面物体运动的统一后,有别于 亚里士多德物理学的新物理学才在伽利略和牛顿手 中诞生了，称之为经典物理学伽利略 (15461642)伟大的物理学家、天文学家、近代实验科学的奠基者之一、科学革命的先驱“近代物理学之父”科学史上一坐丰碑 运动学和力学上提出重要见解； 天文学上做出突破想的贡献； 最重要的：为科学研究带来了前所未有的方法。 1564年2月15日生于比萨。 三天后米开朗琪罗在佛罗伦萨去世，4月23 日莎士比亚在英格兰出

2、生。1861 意大利PisaFlorenceRomaVenice 1581年，入比萨大学，原本学医，却爱好数学和 物理学， “新时代的阿基米德” 1589年 比萨大学数学教授， 后转到帕多瓦大学 。 1608年 用自制的望远镜发现了许多新天文现象， 使他对哥白尼体系有明确的认同。 结果引起麻烦 （与教会的冲突）。 1610年 回到佛罗伦萨，出任美第奇家族的宫廷学 者首席数学家。 1633年教会判处他终身监禁。 1642年1月8日安然去世,乌尔班八世禁止为他树碑 立传。次年牛顿出世。 1742年，教皇允许出版伽利略的著作 1822年，允许讲授哥白尼学说 1835年，从禁书名单上删除 1980年，

3、罗马教会正式为伽利略平反，教皇保罗 二世承认伽利略的哲学正确。 1983年，罗马教廷正式承认350年前宗教裁判所对 伽利略的审判是错误的。 1992年秋，教皇保罗二世恢复伽利略的名誉。 Medici family 意大利佛罗伦萨著名家族 该家族的祖先原为农民，后以经营工商业致富。13世纪成 为贵族，参加佛罗伦萨政府。美第奇家族在佛罗伦萨的统 治一直延续至1737年， 美第奇家族奖掖文化，搜集大批图书及手稿，藏在被称为 柏拉图学园的别墅中，并对公众开放。罗致米开朗琪罗等 著名艺术家。在他们的帮助和鼓励下，佛罗伦萨成为欧洲 文艺复兴运动的发源地和中心，诗歌、绘画、雕刻、建筑 、音乐均有突出成就，历

4、史、哲学、政治理论等的研究也 居于意大利各邦前列。这些惊人的成就使得美第奇家族被称为文艺复兴文艺复兴教父教父。美第奇家族的最重大的成就在于艺术和建筑 方面，在文艺复兴时期起了很大的促进作用。除了在艺术和建筑方面的成就，该家族在科 学方面也有突出贡献，赞助了达芬奇和伽利略这 样的天才。1用自制的望远镜，他发现了 月亮上的山脉和火山口（月亮并非如亚氏所说的 那样完美） 木星的四颗卫星（动摇了只由地球才可能有天体 绕着转） 太阳黑子（太阳在自转） 这些新发现有力地捍卫了哥白尼的学说，同时 也使伽利略陷入长期的论战中，与教会的冲突。攻击： 人有7罪，一周有7天，地上有7大 奇迹，天上7个行星能动的天体

5、。 磨镜片时留下的括痕； “4个卫星是伽利略事先装进望远镜 里的。” 克拉维乌斯 鼎鼎大名的猞猁 学院（lacademie des Lynx，1603 年创立，最早的 民间科学社团） 接纳伽利略为第6 位院士（伽利略 在1611年以后的 著作的扉页上都 特别著名“猞猁 学院院士 Linceo” ） 与教会的冲突 1611年，列入黑名单，1615年被人向宗教裁判所 举报。 1613年关于太阳黑子的信扎发现太阳黑子，金星位相，宣称证明了哥白尼学 说。 1616年宗教裁判所把天球运行论确定为禁书 ，红主主教贝拉明本来对哥白尼学说作为一种数 学工具表示理解。 1616年，伽利略收到贝拉明签署的一份证明

6、，要 求他不能“坚持或支持”哥白尼学说，但没有禁止“ 讲授”。 1623年试金者，当年伽利略的老朋友成为新 教皇乌尔班八世。书中阐述了新科学的宣言：（数学化） 哲学被写在宇宙这部永远在我们眼前打开着的 大书上，我们只有学会并熟悉它的书写语言和 符号以后，才能读懂这本书。它是用数学语言 写成的，字母是三角形、圆以及其它几何图形 ，没有这些，人类连一个字也读不懂。 1624年，与新教皇谈话，并建议了新的著作的名 称。 伽利略在罗马 向议员、教士 们展示如何用 望远镜观测天 空1632年2月下旬，经过反复审查得以出版 16241630写作关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 意大利文书写 三个人物的

7、对话 为哥白尼学说辩护，对亚里士多德托勒密学说精彩的反驳 总结了望远镜下的新发现，提出相对运动的概念。 用地球的运动来解释潮汐 1632年秋传讯伽利略 乌尔班八世的地位下降 伽利略已经不是廷臣 天主教会意识到哥白尼学说的危害。 回击新教徒。 1633年4月12日受审，定为可疑的异教徒 6月22日，当众悔罪。 7月监禁，12月送回佛罗伦萨由女儿照料，半盲。运动理论 1637年出版两门新科学的对话在荷兰 出版（材料力学和运动力学） 运动学而非动力学 亚里士多德：速度与重量成正比 逻辑推理 比萨斜塔实验：木球与铁球 摆的等时性与斜面实验：落体定律；落体下落的时间 的平方与下落距离成正比 加速度的概念

8、，匀速运动等的概念 合成速度与合成力的概念 抛物体运动除以上外，伽利略还有以下方面贡献：1581年 单摆的发明1583年 脉搏仪的发明1586年 比重称1593年 测温器伽利略一直没能将他创造的新力学运用到天体 中，他还是相信天体作完美的正圆运动。将天上的 力学和地上的力学相统一是牛顿的工作。伽利略的历史地位最先倡导并实践实验加数学的方法:即直观分解 、数学演绎和实验证明。为近代物理科学的基石。推翻了被奉为圭臬的亚里士多德的力学体系并建 立了近代力学。（书238）“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方 法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着 物理学的真正开端。”爱因斯坦西蒙斯台文（1584

9、1620）开创流体静力学发展阿基米德关于静力学的研究工作这个时期流体力学也被托里拆利、帕斯卡、盖里 克、与波义尔等人提高到与前述固体力学同样高 的水平。其核心是真空问题。托里拆利 意（16081647）伽利略的学生，他和伽利略的另一个学生维维安尼一起做“托里拆利实验”证实了空气有重量并每天有变化（大气压力） 。帕斯卡 法（16231662）体弱多病的神童用红葡萄酒重复托里拆利的实验；高山上水银 柱下降实验支持了大气压力的观点帕斯卡原理水压机的理论基础之一盖里克 德（16021686）市长除设计了众所周知的马德堡半球实验。使 真空和大气压力的概念广为人知。制造了一台摩擦起电机、发现静电感应现象、

10、 发现同性电荷相排斥现象 波义尔 英（16271691）波义尔-马略特定律获得真空并证实了伽利略的落体运动观点。在 真空条件下证实了伽利略的观点:一切物体不论轻 重均同时下落；证实了声音在真空中不能传播,而 电引力则可以穿过真空。真空问题的研究极大的促进了流体力学的发 展，为下个世纪蒸汽机的出现、动力机械的广泛使 用以及工业革命奠定了科学技术基础。威廉吉尔伯特（15441603）1600年 论磁发现磁倾角，从而推出地球是块大磁石提出质量、力的概念（为重量和质量的区分 、 为力学进入纯理论领域奠定了基础）创造了“电”（electricity）罗伯特胡克 英 （16351703）17世纪英国最杰出

11、的科学家之一。从小没受过什么教育, 但聪明好学。在力学、光学、天文学等诸多方面 都有重大成就。1660年 提出万有引力概念1679年给牛顿的信中正式提出了引 力与距离平方成反比的观点。心灵手巧，帮波义尔制造抽气机， 设计教堂发明机械弹性定律 （为便携式钟表的制造提 供了依据）Bishopsgate教堂中的胡克纪念窗 他第一个制造出一个世纪前意 大利数学家卡尔达诺提出了想 法的万向接头，可以允许刚性 杆向任意方向运动，现在仍广 泛应用于车辆的传动装置中。Willen教区教堂，唯一一座完全由 虎克设计且保存完好的建筑，被认 为是早期英国巴洛克风格的典范。胡克与惠更斯 胡克对当时的机械进行了很多改造

12、，并发明了很多新装置 。其中之一为摆轮游丝，这一装置至今仍是钟表制作中的 关键部件。他也因为这一装置的优先权问题和荷兰物理学 家惠更斯产生了长期的争论，直到2006年在英国汉普顿郡 一家人的橱柜中发现了胡克的关于皇家学会会议的记录， 提供了对胡克有利的证据。 克里斯蒂安惠更斯 荷（16291695）历史上最著名的物理学家之一对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就。16451647年在莱顿大学 学习法律与数学 16471649年转入布雷达学院深造。 在阿基米德等人著 作及笛卡儿等人直接影响下，致力于 力学、光学、天文学 及数学的研究。他善于把科学实践和理论研究结

13、合起来， 透彻地解决问题，因此在摆钟的 发明、天文仪器的设计、 弹性体碰撞和光的波动理论等 方面都有突出成就。1663年 他被聘为英国皇家学会第一 个外国会员，1666年刚成立的 法国皇家科学院选他为院士。惠更斯体弱多病，一心致力 于科学事业，终生未婚。 1695年7月8日在海牙逝世。 发展了伽利略对摆的研究，并制造出人类历史上第一台摆钟。1657 人类才进入一个新的计时时代。 惠更斯和胡克还各自发现了螺旋式弹簧丝的振荡等时性，这为近代游丝 怀表和手表的发明创造了条件。 1665年发现猎户座星云、土星的一颗卫星及土星的光环。伽利略观察土星，发现了“土星有耳朵”，后来又发现了土星的“耳朵”消失

14、了。伽利略以后的科学家对此问题也进行过研究，但都未得要领。“ 土星怪现象”成为了天文学上的一个谜。当惠更斯将自己改良的望远 镜对准这颗行星时，他发现了在土星的旁边有一个薄而平的圆环，而 且它很倾向地球公转的轨道平面。伽利略发现的“土星耳朵”消失，是 由于土星的环有时候看上去呈现线状。以后惠更斯又发现了土星的卫 星-土卫六，并且还观测到了猎户座星云、火星极冠等 大约在1669年 提出“活力（mv）守恒”能量守恒的先驱。1673他提出：一个作圆周运动的物体具有飞离中心 的倾向，它向中心施加的离心力与速度的平方成 正比，与运动半径成反比。这也是他对有关的伽 利略摆动学说的扩充。 论离心力提出牛顿14

15、 年后才提出的离心力与速度和运动半径的关系， 这关系是牛顿发现完又一力的桥梁。论光 倡导光是振动的传播的理论 1678年，他在法国科学院的一次演讲中公开反对了牛顿的光 的微粒说。他说，如果光是微粒性的，那么光在交叉时就 会因发生碰撞而改变方向。可当时人们并没有发现这现象 ，而且利用微粒说解释折射现象，将得到与实际相矛盾的 结果。因此，惠更斯在1690年出版的光论一书中正式 提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理 基础上，他推倒出了光的反射和折射定律，圆满的解释了 光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲 石所产生的双折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为 椭圆形所致。 笛卡尔（R.Descartes,1596 1650） 惠更斯（ 16291695）是荷兰物理学家、天文学家和数 学家。 雷恩1632-1723英建筑学家 罗伯特胡克 英 （16351703） 莱布尼茨（16461716） 牛顿（16421727） 哈雷，英国天文学家和数学家。格林威治天文台台长 1656- 1742 John Maynard Keynes(） 现代西方经济学最有影响的经济学家之一。 开辟了宏观经济学的研究 阵地 担任过大学司库和剑桥大 学学监、政府官员和顾问等。 一位富有的投资者。 凯恩斯的经济理论影响了 几代人，在目前的经济政策