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1、第 4 讲,天上人间 Kepler & Galileo,希帕恰斯,哥白尼,第谷,开普勒,托勒密,鲁道夫星表，1627,开普勒与伽利略,第谷的天文台 Uraniborg,哥白尼之后,天上的动力学,地上的力学,第谷布拉赫,155962: 哥本哈根大学，法律1560年: 预测日食,156265: 莱比锡大学, 木星与土星相合1572年: 超新星,1576年: 布拉格，和文岛天文台157797: 彗星、恒星与行星测量,1600年: 任命开普勒为助手1601年10月24日，捷克，布拉格,哥白尼的宇宙模型,哥白尼,第谷的宇宙模型,第谷,开普勒 Johannes Kepler（1571-1630),天上的动
2、力学,地上的力学,开普勒与行星运动,哥白尼之后,158894: Tubingen大学，哥白尼学说,159498: 格拉茨(Graz)，路德教高中1596年:宇宙的奥秘,1600年: 布拉格，第谷助手1601年: 鲁道夫II指定接替第谷,158486: Adelberg，路德教高中158688: 毛尔布龙学院Maulbronn，学士,Astronomia nova. 1609,1609年: 新天文学,1619年: 宇宙和谐论,161821: 哥白尼天文学概论 1627年: 鲁道夫星表,1630年11月15日，德国，巴伐利亚,1611年: 家庭，鲁道夫II，布拉格战场 1612年: 奥地利，林茨,
3、第一定律: Ellipse Law,第二定律: Area Law,第三定律 Harmonic Law,T2 = a3,托勒密 太阳运动 偏心圆模型,日心说 行星运动 偏心圆模型,开普勒: 地球的轨道是一个偏心圆,所有行星的轨道在物理上是统一的,行星的圆周运动是外力作用的结果,太阳上可能有一个运动精灵(anima motrix)推动行星在各自轨道上运动。,第一次火星模型,物理意义明显,与托勒密相同使用对应点E,与托勒密不同托勒密: EC = CS开普勒: ECCS,黄经误差: 8弧分,模型的修正,第谷的墙象限仪,确定地球轨道,第谷的火星观测资料,速度(PA) 1/(1e),速度(QB) 1/(1
4、e),A,B,1-e,1+e,速度(PA) 1/(1e),速度(QB) 1/(1e),A,B,A,B,1+e,1-e,1+e,1-e,地球: e=0.01675 火星: e=0.09331,偏心圆模型: 火星误差8弧分,卵形轨道: 没有物理意义,椭圆轨道,新天文学Astronomia nova1609,新天文学的副标题Based on Causes, or Celestial Physics 行星理论的物理背景,第三定律 Harmonic Law,T2 = a3,开普勒: 这是太阳造成的,吉尔伯特（英国） William Gilbert (1544-1603),论磁 1600,Sunspot,
5、伽利略对太阳黑子的观测,太阳黑子,行星周期与轨道半径的关系是由太阳的驱动力所决定的,宇宙的奥秘 Mysterium Cosmographicum 1596年,哥白尼: 在宇宙的有序状态下，在行星的运动（周期）和轨道的大小之间存在一个美妙的比例关系，构成宇宙故有的和谐，而这个关系还不能找到。,柏拉图多面体,开普勒的宇宙,土/木星 6/土,木/火星 4/火,火/地球 12/以太,地/金星 20/水,金/水星 8/气,开普勒的计算: T2 = a3,10759433368736522588,9.515.201.521.000.720.39,860.08 140.613.541.000.380.06,
6、867.69 140.733.541.000.380.06,宇宙和谐论 Harmonices Mundi 1619年,和谐定律提出的问题：行星为什么这样运动？牛顿万有引力定律的始点,基本问题: 太阳系整体的和谐行星周期和轨道半径,地上的力学,天上的动力学,伽利略与抛物运动,哥白尼之后,Galilei Galileo,伽利略 Galileo Galilei (15641642),1581年: 比萨大学，医学; 希腊哲学,1589年: 比萨大学，落体试验1592年: 帕多瓦大学数学系主任,160914: 望远镜; 月球、木卫、黑子1616年: 罗马，哥白尼学说,1583年: 摆与脉搏测量装置158
7、8年: 比重天平1593年: 温度计,1632年: 关于两大世界体系的对话,1633年: 宗教审判、放弃信仰,悔过书,伽利略被判终身监禁，在宗教裁判所的监视下，在佛罗伦萨附近的这所小屋中度过了他余生的大部分时间。,1642年1月8日,物体从静止的自然状态到运动，是由于受到力或冲击作用，所以重的物体比轻的下落得更快。,寻找支配宇宙的定律，只需要用纯粹思维，不必以观测检验。,不同重量的球以同样的速度下落一个铅锤之所以比一片羽毛下落得更快，是因为空气对羽毛的阻力引起的,“轻物质”或“重物质”不是本质重量才是本质牛顿定律的起点,亚里士多德 Aristotle (384-322 BC),物理学,一定存在
8、一些阻力真空不存在,“自然是讨厌真空的”,基本问题: 抛物体的运动,Merton College, Oxford,词汇代数（word algebra)概念: 静止、匀速、匀加速墨顿法则 (Merton College Rule),词汇代数: 运动的分类,有一个物体: 1. 不动； 2. 运动,如果它运动: 1. 匀速； 2. 非匀速,如果非匀速: 1. 匀加速；2. 非匀加速,如果非匀加速度，则变化无穷,？,第二种情况: 位置是它的速度曲线下的面积的度量。,匀速运动:,墨顿法则（Merton College Rule）,1,3,5,布拉德沃丁没有得到这个结论没有把这个想法数字化,伽利略: 抛物
9、体的运动方程,斜面试验,不管斜面的角度怎么改变，球在相等时间内滚过的路程总是以1、3、5、7之率增加。,结论: 速度是均匀增加的斜面运动: 匀加速问题,两个思想实验,增加斜面角度: 滑落速度持续增大，保持匀加速运动,倾斜度越低，加速度越小。当球从斜面滚动到一个水平面 加速度为0，如无阻力，球速不变,抛物体: 两种运动的综合,水平方向（x轴）的匀速运动,垂直方向（y轴）的匀加速运动,水平匀速运动,表示x和t的增量,第一个分量的方程（水平移动的距离）,第二个分量的方程（垂直下落的距离）,垂直匀加速运动,平均速度，根据墨顿法则,解决的问题,开普勒: 行星运动的正确模型,伽利略: 惯性定律，自然科学的研究方法,近代科学建立的基础:观测和实验,提出的问题,哥白尼: 行星绕太阳运行开普勒: 行星如何绕太阳运行问题: 行星为什么绕太阳运行？,支配行星运动的力究竟是什么？,天上的动力学与地上的力学的统一,期待牛顿,The End,
