牛顿,伽利略对经典力学贡献 物理论文 牛顿对经典力学的贡献
在力学上,伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，
他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学
定律。1582年前后，他经过长久的实验观察和数学推算，
得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难
辍学。离开比萨大学期间，他深入研究古希腊学者欧几
里得、阿基米德等人的著作。他根据杠杆原理和浮力原
理写出了第一篇题为《天平》的论文。不久又写了论文
《论重力》，第一次揭示了重力和重心的实质并给出准
确的数学表达式，因此声名大振。与此同时，他对亚里
士多德的许多观点提出质疑。
----在1589～1591年间，伽利略对落体运动作了细致的
观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德
关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”，
即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时
落地，下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生
V.维维亚尼的记载，落体实验是在比萨斜塔上公开进行
的，但在伽利略的著作中并未明确说明实验是在比萨斜
塔上进行的。因此近年来对此存在争议。
----伽利略对运动基本概念，包括重心、速度、加速度
等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是
加速度概念的提出，在力学史上是一个里程碑。有了加
速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础
之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。
伽利略曾非正式地提出过惯性定律（见牛顿运动定
律）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出
运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上，
伽利略可说是牛顿的先驱。
----伽利略还提出过合力定律，抛射体运动规律，并确
立了伽利略相对性原理。
----伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年
写出的力学著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》
中有详细的描述。在这本不朽著作中，除动力学外，还
有不少关于材料力学的内容。例如，他阐述了关于梁的弯曲试验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何
尺寸的力学相似关系。他指出，对长度相似的圆柱形梁，
抗弯力矩和半径立方成比例。他还分析过受集中载荷的
简支梁，正确指出最大弯矩在载荷下，且与它到两支点
的距离之积成比例。伽利略还对梁弯曲理论用于实践所
应注意的问题进行了分析，指出工程结构的尺寸不能过
大，因为它们会在自身重量作用下发生破坏。他根据实
验得出，动物形体尺寸减小时，躯体的强度并不按比例
减小。他说：“一只小狗也许可以在它背上驮两三只同
样大小的狗，但我相信一匹马也许连一匹和它同样大小
的马也驮不起。”
牛顿对经典力学的贡献~
在天文学方面，牛顿可以称为近代伟大天文学家。他的杰出贡献是制作了反射式望远镜，反射式望远镜的制造成功，是天文学史上的一项重大革新。自伽利略发明第一架天文望远镜以来，人们对于宇宙的认识范围迅速扩展，但是当时流行的伽利略、开普勒等人发明和制造的折射望远镜，口径有限，制造大型望远镜不但困难，而且太庞大，同时折射望远镜的折射色差和球差都很大，这些大大限制了天文观测的范围。牛顿由于了解了白光的组成，因而于1668年设计制成了第一架反射式望远镜。这种望远镜能反射较广光谱范围的光而无色差，容易获得较大的口径，同时对球差也有校正。这样牛顿为现代大型天文望远镜的制造奠定了基础。
牛顿在天文学上的另一重要贡献是对行星的运动规律进行了全面考察，特别是对开普勒等人的学说进行过系统的研究。1686年他在给哈雷的信中说明了天体可以按照质点处理并证明了开普勒的行星运动的椭圆形轨道以及彗星的抛物线轨道。牛顿还进一步发展了自己的理论，认为行星都由于自转而使两极扁平赤道突出，还预言地球也是这样的球体。由于地球不是正球体，牛顿就指出，太阳和月球的引力摄动将不会通过地球中心，因此地轴将作一缓慢的圆锥运动，这便出现了二分点的岁差现象。对于潮汐现象，牛顿也作出了解释，他认为这是太阳和月球引力造成的。
英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的创始人。1642年12月25日生于林肯夏郡沃斯索普村一个农民家庭。牛顿在出生前3个月父亲便去世了。3岁时母亲改嫁，他由外祖母抚养。1654年牛顿开始读小学，后在舅父的资助下进入格兰山姆镇皇家中学。1661年进入剑桥大学三一学院。1663年，三一学院创办自然科学讲座，牛顿成为了数学家伊萨克枣巴罗（Isaac Barrow, 1630-1677）教授的学生，1664年成为巴罗的助手。1665年获文学学士学位，1665年至1667年为躲避瘟疫回到家乡。1667年牛顿又回到剑桥大学，并被选为选修课的教研员。1668年3月任专修课教研员，同年获硕士学位。1669年巴罗辞去职务，以让牛顿晋升为数学教授。1670年牛顿又担任了卢卡斯讲座教授。1672年他被选为皇家学会会员，此后一直在剑桥大学工作。1689年被选为代表剑桥大学的国会议员。1696年他被任命为造币厂督办，迁居伦敦。1699年担任了造币厂厂长。1701年牛顿辞去剑桥大学教授职位，退出三一学院。1703年被选为皇家学会会长。1705年受封勋爵，成为贵族。1727年3月20日逝世于肯新顿村，终年85岁，终生未娶。
牛顿是科学发展史上举世闻名的巨人。他奠定了近代科学理论基础，是以正确的思维方法指导科学研究的代表。他是一位自强、勤奋的“天才”，为世界自然科学的发展作出了不可磨灭的贡献，成为近代科学的象征。他的科学贡献代表了当时新生资产阶级的利益，因为他为他的国家作出了巨大贡献，死后葬于威斯敏斯特教堂。
少年时期的牛顿，便显示出了出众的才能。他所精心制作的许多小机械，如风车、风筝、滴漏时钟、日圭仪等，引起了多人的注重和好评。牛顿的一生大部分时间从事科学实践、教学和理论的研究。从1672年他发表第一篇论文起，一生写出了多部极其著名的著作，如1686年写成，1687年出版的《自然哲学的数学原理》、1704年出版的《光学》等，在科学史上都具有重要价值。他在数学、物理学、天文学等多方面创造了惊人的奇迹。在数学方面，牛顿是微积分的创始人之一，同莱布尼兹一道名垂千古。1665年，牛顿在23岁时便发现了“二项式定理”和“流数法”，“流数法”就是现代所说的微分法。同时他还发现了流数法反演，即积分法。微积分的创立，是近代数学史上的一次重大变革，是真正的变量数学，为近代科学发展提供了最有效的工具，开辟了数学上的一个新纪元。
在物理学方面，牛顿取得了力学、热学、光学等多方面的巨大成就。牛顿是经典力学理论的开创者。他在伽利略等人工作的基础上，进行了深入研究，经过大量的实验，总结出了运动三定律，创立了经典力学体系。牛顿所研究的机械运动规律，首先是建立在绝对时空观基础之上的。绝对化的时间和绝对化的空间是指不受物体运动状态影响的时间和空间。在两个匀速运动状态下的观察者，对机械运动具有相同的测量结果。在高速运动状态下，这种时空观已不能采用，这时（运动速度与光速可以比拟），牛顿力学将被相对论力学所代替。在微观情况下，由于粒子的波动性已明显表现出来，牛顿力学将被量子力学所代替。牛顿在力学方面另一巨大贡献是在开普勒等人工作的基础上，发现了万有引力定律。牛顿认为：太阳吸引行星，行星吸引卫星，以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力。牛顿用微积分证明了，任何一曲线运动的质点，如果半径指向静止或匀速直线运动的点，且绕次点扫过与时间成正比的面积，则此质点必受指向该点的向心力的作用，如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比，则向心力与半径的平方成反比。牛顿还在力学发展中，首先确定了一系列的基本概念，如质量、动量、惯性和力等。经过牛顿的工作，力学已形成了严密、完整、系统的科学体系。
在热学方面，牛顿确立了冷却定律。他指出：当物体表面与周围存在温度差时，单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温度差成正比。
在光学方面，牛顿同样取得了巨大成果。牛顿是白光组成的最早发现者，1666年他利用三棱镜进行了著名的色散实验，发现白光可以分解为多种颜色的光谱带。同时他还作出了多色光合成白光的实验。牛顿对各色光的折射率进行了精确分析，说明了色散现象的本质。他指出，由于物质对不同颜色光得折射率和反射率不同，才造成了物体颜色的差别，从而揭开了颜色之谜。对于光的本性，牛顿提出了光的“微粒说”。他的观点一定程度上反映了光的本质。他认为，光是由微粒形成，并且走的是快速的直线运动路径。应用光的微粒说可以很好地解释光的反射和折射现象，但对于衍射现象却无能为力。微粒说是关于光的本性的重要理论之一，他同惠更斯的波动说共同构成了关于光的两大基本理论。现代科学证明，任何物质都具有波粒二象性。牛顿在光学方面还有许多发现和研究成果。如1666年他制作了牛顿色盘；1675年曾利用凸透镜和平板玻璃观察到了一种干涉图样，称为牛顿环等。他对牛顿环进行过精细的测量，但是没有能够作出满意的解释。此外牛顿还研究制成了多种光学仪器，在天文观测中有广泛的应用。
牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义思想。他承认时间、空间的客观存在，但却把它们看成是与运动着的物质相脱离的。他所提出的形而上学的绝对时空观，虽然在解决宏观低速下运动物体的运动规律时能很好的适用，但在离开宏观低速的条件时，便无能为力了。
牛顿对于宇宙的解释也是和笛卡儿等人一样，承认神是“第一推动力”，后来的牛顿可以说完全陷入了唯心主义。他的全部成就几乎都是在45岁以前取得的，尤其集中在23岁以前。以后的四十年中则完全陷入了对神学的研究，他在神学方面的研究手稿竟有1，500，000字之多
牛顿与经典力学的建立
吕增建
焦作大学
摘要 牛顿一是一位伟大的物理学家、数学家和天文学家。他
在自然科学史上占有独特的地位。他的科学巨著《自然哲学的数学原理》的出版,
标志着经典力学体系的建立。经典力学理论体系的科学成就和科学的方法论启迪了
人类征服自然的无穷智慧, 对现代化科学技术发展和社会进步产生了极其深远的影
响。
关键词 牛顿经典力学贡献
牛顿是伟大的物理学家, 在他所处的时代, 哥白尼提出了日心说, 开普勒从第谷的观测
资料中总结了经验的行星三定律, 伽利略又给出了力、加速度等概念并发现了惯性定律和自
由落体定律。但是, 这些物理概念和物理规律是孤立的, 在逻辑上是各自独立的东西。牛顿
正是“ 站在这些巨人的肩上” 对行星及地面上的物体运动作了整体的考察和研究, 用数学方法, 使物理学成为能够表述因果性的一个完整体系。正如牛顿所说“ 自然哲学应称之为
“ 物理学,’ 的目的在于发现自然界的结构和作用, 并且尽可能地把它们归结为一些普遍的法则和一般的定律—用观察和实验来建立这些法则, 从而导出事物的原因和结果⋯ ⋯” 牛顿对力学的研究成果集中体现在他的科学巨著《自然哲学的数学原理》以下简称《原理》
中, 这本书是科学史上极为重要的伟大著作。牛顿在《原理》书中, 提出了力学的三大定律
和万有引力定律, 对宏观物体的运动给出了精确的描述, 总结了他自己的物理发现和哲学观
点。可以说在整个科学史上没有一部著作在创新或思维方面可以和该书相媲美, 在取得伟大
成就方面也是如此。它不仅标志了十六、十七世纪科学革命的顶点, 也是人类文明进步的划
时代标志, 它不仅总结和发展了牛顿之前物理学的几乎全部重要成果, 而且也是后来所有科
学著作和科学方法的楷模。该书的出版, 标志着经典力学体系的建立, 立即作为新科学的经
典著作而受到崇敬, 在科学发展史上建立了一个不朽的丰碑。
1.1划时代的巨著《原理》
《原理》一书分为两大部分, 在第一部分中, 牛顿首先明确了当时人们常常混淆的几个
重要概念, 如质量、惯性、外力、向心力、时间、空间等, 然后提出了运动的基本定理和定
律, 即牛顿力学三定律, 力的合成与分解、动量守恒定律、质心运动定律、相对性原理以及
力的等效原理等。这一部分虽然篇幅不大, 但它是全书的基础, 内容极为重要。第二部分是
这些定律的应用, 又分为三篇, 前两篇是用演绎推理的方法导出了万有引力定律, 确定了这
一定律的具体形式讨论了阻尼运动、流体动力学以及流体静力学等。在第三篇中, 用已发,
第期吕增建牛顿与经典力学的建立现的规律解释宇宙体系, 研究天体的观测资料, 其中包括行星围绕太阳的运动, 卫星围绕行星的运动, 地面上物体的降落运动和抛射运动, 慧星轨道的确定, 岁差以及潮汐现象与万有引力的符合程度等, 首次把地上的运动与天体运动用数学方式联系起来。
牛顿的时空观是绝对的, 它虽然不能正确揭示作为物质存在形式的空间和时间的统一
性, 不能正确揭示物质和运动的统一性, 但它正确反映了当速度远低于光速时的经典理论的
基础, 它是在当时实验条件下的科学总结, 是人类认识自然的一个里程碑。
1.2著名的牛顿三定律
在明确了这些概念, 建立了时空观以后, 牛顿又精辟地阐述了著名的运动三定律。
“ 定律工每个物体继续保持其静止或沿一直线作等速运动的状态, 除非有力加于其上
迫使它改变这种状态。”
“ 定律运动的改变和所加的动力成正比, 并且发生在所加的力的那个直线方向上。”
“ 定律每个作用总有一个相等的反作用和它相对抗, 或者说, 两物体彼此之间相互
作用永远相等, 并且各指其对方。”
牛顿三定律是在观察和实验的基础上发现的, 已被公认为宏观自然规律, 并成为数学
演绎的基础。第一定律是在伽利略、笛卡儿关于惯性定律的基础上建立起来的, 对当今的物
理学家来说, 它几乎自然地成了力学的基础。第二定律是在明确了质量概念以后, 对伽利略
动力学思想的发展, 它是运动三定律的核心。牛顿第一和第二定律是密切相关的。第一定律
表明一个不受干扰力的质点保持它的原有的运动状态第二定律则表明, 力只能引起原有运
动状态的改变。故这两个定律否定了伽利略—牛顿时代以前关于必须有力才能保持运动的
错误观点。第三定律的指出, 可以说是牛顿对力学发展的一个最具创造性的独到的贡献, 这
个定律的确立指出了每一个力都有其反作用力, 从而对力的概念作了完整的概括。这三个看
起来非常简单的物体运动定律作为一个整体是动力学的基础。这个基础, 从牛顿奠定之后又
成为近代动力学和天体力学研究的基本出发点, 因此得到物理学家, 甚至所有科学家和自然
哲学家的极大重视。
1.3万有引力定律
在引力问题上, 牛顿在观念上肯定了地球上的重力与天体间引力的同一性, 这在科学史上有特别重要的意义。他从建立总的力学体系出发, 排除次要因素, 发挥他高超的数学才能处理变量问题, 在前人已知引力平方反比定理的基础上, 把向心力与物体天体的质量联系起来,并利用了他的反作用定律, 从而推广为普适的万有引力定律峡。利用万有
引力理论, 人们发现了海王星、冥王星, 解释了今后几百年内极多的地面现象与天体现象, 例如哈雷慧星、地球的扁形等。定律经过了实践的严格检验, 得到了全世纪的公认。直到今天, 万有引力定律仍是最精密可靠的基本定律之一, 也是天体力学和宇宙航行计算的基础。
牛顿的功绩及经典力学的创立对现代科学发展的影响和启示
恩格斯在谈到牛顿的成就时说, 牛顿“ 借助于万有引力定律而创造了科学的天文学, 借助于对光学的分解而创造了科学的光学, 借助于二项式定理和无穷级数理论而创立了科学的数学, 借助于对力的本性认识而创造了科学的力学” 。对牛顿的科学贡献作了极高的评价。牛顿是一位伟大的物理学家、数学家和天文学家。他一生的重要贡献是集十六、十七世纪科学先驱们成果的大成。以《原理》出版为标志创立了一个完整的经典力学理论体系, 把天地间万物的运动规律概括在一个严密的统一理论中, 正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律, 从而完成了人类文明史上第一次自然科学的大综合。以牛顿命名的力学是经典物理学和天文学的基础, 也是现代工程力学以及与之有关的工程技术的理论基础。此外, 为了说明天体现象和物理规律, 牛顿在数学上创建的微积分微积分之发明, 史学家也归功于莱布尼兹, 他们几乎同时创立了微积分学与微分方程, 为后来自然科学的发展提供了最为必要的思想工具和数学手段, 开创了数学发展的新纪元。同样, 牛顿在热学、光学、天文学等方面都做出了自己的卓越贡献。如同历史上一切伟大人物一样, 牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献, 但他也不能不受时代的限制。他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排, 提出所谓“ 第一推动力” , 花费后半生的心血写出巧万字的神学著述。牛顿虽然有这样或那样的缺点或不足, 然而正是经典力学的建立表明了一个新时代和新科学文明的到来。
牛顿是近代理论物理学的创始人, 他所建立的力学理论体系不仅能说明已有的理论已经说明的现象, 更重要的是, 经典力学理论能预见到新的物理现象和物理事实, 并能以天文观测或实验证实它们的正确性。诺贝尔物理学奖获得者杨振宁教授在谈到物理学发展时曾指出物理学发展的动力有两个, 一个是实验, 另一个是物理学本身的结构。理论物理学是以实验为基础的, 没有实验, 没有对客观现象的分析和研究就不可能有物理学的发展。和经典力学体系相应的是, 牛顿建立了研究自然科学的新方法。他站在巨人的肩上以培根的实验归纳方法为基础, 又吸收了笛卡儿的数学演绎体系, 形成了他的比较全面的科学方法通过实验和观察即分析现象, 然后加以概括和总结为普遍法则即综合方法, 启开了实验科学的大门, 使作为实验科学的物理学形成了一个光辉的体系。这已成为人类认识事物本质的智能体现和重要的方法论之一, 三百年来为自然科学的繁荣立下了不朽功勋。
牛顿的经典力学体系和他的方法论使物理学在十八、十九世纪期间得以迅速发展, 并成为那时理论物理学的纲领或规范, 直到麦克斯韦电磁理论诞生, 人类对客观世界的认识扩展到电磁领域, 提出电磁场概念。这也可以认为是牛顿引力场理论的一次重大飞跃。量子力学和相对论的建立以及人们对自然过程的物理认识都可以看作是牛顿思想的一种系统的发展。
牛顿是位伟大的科学家。他在自然科学史上占有独特的地位, 给两个多世纪的自然科学的
内容和结构打上了自己的烙印。他的经典力学体系所奠定的物理基础和方法启迪了人们征服
自然的无穷智慧, 二百多年来受到人们的高度崇敬。他的科学成就和哲学观点不仅对当时的学术界和思想界起着重大推动作用, 而且还影响了的后来的一些社会变革, 对现代化科学发展和社会进步都产生了极其深刻的影响。
参考文献
谷世义物理学史简编 天津和科学技术出版社,
陈毓芳, 邹延肃物理学史简明教程 北京师范大学出版社,
丁士章等简明物理学史 山西人民出版社,
周培源在纪念牛顿《原理》三百周年大会上的讲话 物理通报,
钱令希等中国大百科全书物理学 中国大百科全书出版社,
梅益等中国大百科全书物理学 中国大百科全书出版社,
#梁艺非# 牛顿对物理学的贡献是什么? - 作业帮
(15710552310)：[答案] 牛顿的贡献及其对中国的影响作者:§☆贝贝゛.牛顿(Isaac Newton,1643.1.4--1727.3.20)是英国物理学家、数学家和天文学家,经典物理学理论体系的建立者.爱因斯坦于1927年在纪念牛顿逝世200周年时曾赞扬牛顿说?“在他以前和以后都还没有...
#梁艺非# 下列科学家对建立经典力学的完整体系做出了巨大的贡献,按照时间先后顺序排列正确的是( ) - 作业帮
(15710552310)：[选项] A. 伽利略 牛顿 笛卡尔 开普勒 B. 伽利略 笛卡尔 开普勒 牛顿 C. 笛卡尔 伽利略 牛顿开普勒 D. 伽利略 开普勒牛顿 笛卡尔
#梁艺非# 伽利略在数学方面成就是否大于牛顿?伽利略是牛顿经典力学的奠基者 - 作业帮
(15710552310)：[答案] 数学方面 牛顿的很多计算都是基于伽利略的 但是在微积分的运用到计算里还是牛顿较天才
#梁艺非# 牛顿对经典力学的贡献 - 作业帮
(15710552310)：[答案] 在天文学方面,牛顿可以称为近代伟大天文学家.他的杰出贡献是制作了反射式望远镜,反射式望远镜的制造成功,是天文学史上的一项重大革新.自伽利略发明第一架天文望远镜以来,人们对于宇宙的认识范围迅速扩展,但是当时流...
#梁艺非# 伽利略再自然科学方面的杰出成就有哪些简练些..最好100字左右.. - 作业帮
(15710552310)：[答案] 可分下列三个方面: ①力学 伽利略是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律.1582年前后,他经过长久的实验观察和数学推算,得到了摆的等时性定律.接着在1585年因家庭经济困难辍学.离开...
#梁艺非# 牛顿的贡献在哪些方面?``` - 作业帮
(15710552310)：[答案] 牛顿的科学贡献 牛顿在科学上的主要贡献是:在力学上提出三大运动定律和万有引力定律;在光学上作出了白光是由七色光组成的判决实验,发现并解释“牛顿环”的干涉现象,创制了反射望远镜并提出光的微粒说;在数学上发现了微积分运算方法...
#梁艺非# 有谁知道牛顿对人类作出了哪些贡献?
(15710552310)： 地球引力贡献
#梁艺非# 牛顿的所有成就有哪些? - 作业帮
(15710552310)：[答案] 牛顿,1642年出生在英国,是世界近代科学技术史上伟大的物理学家、天文学家和数学家.他由于发现了万有引力定律创立了天文学,由于提出了二项式定理和无限理论创立了数学,由于认识了力的本性创立了力学.他是人类认识自然界漫长历程中的...
#梁艺非# 伽利略所有的发明伽利略发明了什么
(15710552310)： 伽利略·伽利莱(Galileo Galilei,1564年2月15日-1642年1月8日),意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家,科学革命中的重要人物.其成就包括改进望远镜和其所...
#梁艺非# 牛顿的最大贡献是什么?
(15710552310)： 顿出生于英国北部林肯郡的一个农民家庭.1661年考上剑桥大学特里尼蒂学校,1665年毕业,这时正赶上鼠疫,牛顿回家避疫两年,期间几乎考虑了他一生中所研究的各...
