牛顿运动定律的建立及其意义

绥化学院毕业论文牛顿运动定律的建立及其意义姓名学号200851326专业物理学年级2008级指导教师崔金玉副教授SuihuaUniversityGraduationPaperEstablishmentanditssignificanceofNewtoniansportslawStudentnameStudentnumber200851326MajorAppliedchemistrySupervisingteacherCuijinyuSuihuaUniversityI摘要本文概括的介绍了牛顿运动定律的建立过程及其重要物理意义。文章首先通过对十七世纪的科学发现进行回顾，分别对牛顿三大定律的建立过程进行阐述。之后总结了十七世纪以来的物理研究及发现，对牛顿运动定律的意义进行了归纳。最后对牛顿运动定律的本质进行了概括。本文不仅对牛顿牛顿运动定律进行了文字阐述，还附加了一些例题及图片说明，使读者更容易理解牛顿运动定律的意义。在文章的最后部分，本文还举例说明了牛顿运动定律在现实中的应用，充分说了牛顿运动定律的意义。关键词：牛顿运动定律；建立过程；物理意义IIAbstractThepaperintroducestheestablishingprocessofNewtoniansportslawanditsphysicalmeaning.Firstly,throughtotheseventeenthCenturyscientificfindingswereretrospectivelyreviewed,respectively,totheNewtonianthreelawestablishmentprocessareexpounded.AftersummingupsinceseventeenthCenturyonthephysicsresearchanddiscovery,ofNewton'slawsofmotionsensearesummarized.AttheendofNewtoniansportslawessencesummarized.ThispapernotonlyfortheNewtonianlawsofmotionfortextelaboration,hasalsoaddedsomeexamplesandexplanation,makingiteasyforreaderstounderstandthesignificanceofNewtoniansportslaw.Inthelastpartofthethesis,thispaperalsoillustratestheNewtonslawsofmotionintherealapplication,fullysaidthesignificanceofNewtoniansportslaw.Keyword:Newtonslawsofmotion;Buildingprocess;ThemeaningofphysicalIII目录摘要·································································································ⅠAbstract····························································································Ⅱ目录·································································································Ⅲ前言·································································································1第1章牛顿运动定律的建立过程·····························································2第1节惯性概念的建立······································································2第2节力与运动关系的思想发展··························································3第3节牛顿第三运动定律的发现过程····················································4第4节小结·····················································································4第2章牛顿运动定律············································································6第1节牛顿第一定律·········································································6第2节牛顿第二定律·········································································7第3节牛顿第三定律·········································································8第3章牛顿运动定律的意义···································································9结论································································································11参考文献··························································································12致谢································································································13绥化学院2008届本科毕业论文1前言牛顿在《自然哲学的数学原理》里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石，他还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分，被誉为人类历史上最伟大的科学家之一。因为牛顿，经典力学又名为“牛顿力学”，而力的单位也叫做“牛顿”，另外，以牛顿命名的数学和科学术语还有“牛顿方程”、“牛顿-莱布尼茨公式”、“牛顿法”、“高斯－牛顿最小二乘法”、“牛顿环”、“非牛顿流体”等。艾萨克·牛顿爵士是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的科学家，同时也是物理学家、数学家和哲学家。他在1687年7月5日发表的不朽著作《自然哲学的数学原理》里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则——万有引力定律和三大运动定律。这四条定律构成了一个统一的体系，被认为是“人类智慧史上最伟大的一个成就”，由此奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点，并成为现代工程学的基础。牛顿为人类建立起“理性主义”的旗帜，开启工业革命的大门。牛顿逝世后被安葬于威斯敏斯特大教堂，成为在此长眠的第一个科学家。作为经典物理学的奠基人，牛顿为物理学做出了巨大的贡献，没有他，就没有其他人的成就。牛顿运动定律不仅为他以后的成就奠定了基础也为别人铺平了道路。牛顿运动定律的建立是物理学的一个重要的里程碑，我们应该熟练的掌握并运用。绥化学院2008届本科毕业论文2第1章牛顿运动定律的建立过程经典物理学以牛顿力学为基础，牛顿力学以牛顿三大运动定律为核心。牛顿是怎么发现的牛顿三大运动定律，本文将对此作出解释。第1节惯性概念的建立物理学发展史上，关于运动的研究起始于探讨必然的运动规律，然后转变为探索自然的运动，在这样的追求和探索过程中，通过实验和观察，逐渐归纳出物质运动的规律。从公元前开始许多的科学家就着手研究并提出自己的物质观和运动观。泰勒斯学派代表人物阿纳克萨哥拉提出提出宇宙万物起源于“单子”的必然的漩涡运动。古原子理论奠基人留基伯和德谟克利特认为宇宙万物起源于原子在虚空中的必然的漩涡运动，但是在他们之后的伊壁鸠鲁提出了比他们的研究成果更深刻的理论，他认为除了原子的必然的漩涡运动之外，还存在一种偶然的偏斜运动。[1]康德在《宇宙发展史概论》中提出原子的偶然偏斜运动的原因是斥力。伊壁鸠鲁认为：“当原子在虚空里被带向前进而没有东西与他们冲撞时，，它们一定以相等的速度运动”这句话说明原子在虚空中没有受到阻碍（即不受阻力）的情况下，只要没有外界干扰，那么它们会一直等速匀速下去，这实际上就是原子的惯性思想。这说明了惯性概念开始萌芽了。亚里士多德在《物理学》一书中把一切运动分为两种：第一种是自然运动，第二种是强制运动。亚里士多德还对自然运动进行了定义，称被自身推动的运动者是自然地运动的。物理学史上第一个用严格的科学论证提出惯性律的科学家伽利略在《运动论》手稿中反驳亚里士多德的这种定义，他认为水平面上的物体运动就不具有这种性质，并初步提出惯性概念的想法。他在《关于两种种新科学的对话》中，通过一个理想实验确实论证了水平面上的直线运动是惯性运动。他用理想实验进行论证的原因是，现实中的水平直线运动都是有阻力的，只能近似地而不可能无阻力地进行这种实验。之后的开普勒在研究天体运动规律的时候发现了惯性在天体运动中的作用，他在绥化学院2008届本科毕业论文3《行星的原因》认为惯性是一种与重量类似的东西，天体没有它就不会有有一种力量使它们从所在的地方运动。他还认为所有的物质必须有惯性，只有惯性才能说明运动的差异。他是从物质惯性质量去理解物质的惯性，但从惯性是物质内在属性的观点所做的发展，却遭到笛卡尔和伽桑狄的反对。笛卡尔在《哲学原理》中不承认物质之内存在什么属性，而认为客观存在的只有广延，物质或物体不过是一种广延罢了，物质的本质就是广延的。伽利略、开普勒等人的这些惯性运动概念对牛顿后来的思想都产生了不同程度的影响，而伽利略和笛卡尔的起的影响最大。但是发现了惯性定律并不代表发现了第一运动定律，牛顿在总结研究前人的研究成果的基础上研究惯性运动及其本质，提出惯性是由物体内在的属性——惯性力或质量决定的，在《自然哲学的数学原理》中提出了著名的牛顿运动第一定律。第2节力与运动关系的思想发展力与运动的关系一直是物理学研究的基础，而力与机械运动变化的关系是近代物理学学前期发展的基本课题。从古希腊到牛顿时代，能够沿思辨——定性——定量的顺序进行发展并可用系统的科学实验研究的，只力与机械运动的关系。[2]古代原子论者伊壁鸠鲁提出思辨的运动观：他说原子运动和变化的原因有三种，一种是由重量引起的向下运动，另一种是由冲撞引起的向上或侧向运动，再一种是原子下落过程中因某种原因出现饿偶然偏斜运动。他把作用力与速度的变化联系起来。亚里士多德的的运动观是以作用力和速度比例为特征的，他没有也不可能认识到作用力与速度成比例。近代物理学起源于批判亚里士多德的运动观，特别是从批判重量与速度成比例关系开始，1590年伽利略做了著名的比萨斜塔实验以雄辩的事实批判了亚里士多德的运动观。通过实验数据推出自由落下的路程与时间的平方成比例。从而提出了加速度的概念，发现力与加速度的比例关系，导致落体定律和抛射体运动规律的发现。笛卡尔在力与加速度关系方面对牛顿有着不可低估的影响。其一在分析圆周运动和离心力概念上笛卡尔认为圆周运动的物体同时有两种运动倾向，即径向的和切向的。绥化学院2008届本科毕业论文4其二在关于物体碰撞及其规律上，笛卡尔认