经典力学建立和发展53页PPT
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经典力学的建立
2
自由落体定律
亚里士多德的"重物比轻物下落得快，力是维持物体运动的 原因"等观点，一直被人们深信不疑。一直到1586年比利时的 力学家西蒙· 斯台文在他的著作中对这些结论提出了异议。后来 伽利略也研究落体问题，他首先从逻辑推理上批驳了亚里士多 德的观点。伽利略又通过著名的斜面实验，得出了物体在真空 中做自由落体运动时，下落的快慢都一样。在这个实验中，伽 利略提出了加速度的概念。 在比萨大学任教时期，伽利略就已经开始研究自由落体问 题。1604年，在致萨皮（F. P. Sarpi）的信中，他明确地得 到了在相等的时间间隔内物体下落的距离呈从1开始的奇数序列 的规律。直到1638年，他才在《两门新科学》中系统地论述了 这一研究结果。
1. 运动第一定律(惯性定律); dp d mv 2. 运动第二定律； F dt dt 3. 运动第三定律。 F12 F21
二
万有引力定律的发现
万有引力定律的确立并非牛顿一人之功。
（一） 第谷的贡献
丹麦科学家第谷(Tycho Brahe)(1546-1601)观察天体的运 动，特别是行星的运动；记录了大量的数据。第谷是一个工作 十分认真的人，因此他观察记录的数据十分精确。第谷原打算 用这些数据重新修订星表，但一直到死都未能如愿。他临死之 前，把这些资料交给了他的助手和合作者开普勒。 开普勒是一个"日心论"者，而且有很好的数学修养。开普 勒精心整理第谷的记录，编制出了当时有史以来最精确的天文 表。按第谷的遗愿，这个天文表取名为《鲁道夫天文表》，以 表达第谷对奥地利国王鲁道夫的知遇之恩。
更一般的情形是两个质量不同、运动速度也不同的刚性球 的对心碰撞。惠更斯从一个特例，即两球的速度V1 ，V2 和它们 的质量M1，M2成反比的情况入手，再次采用假设（3），得出了 最一般情况下碰撞后的速度。
经典力学的建立和发展复旦大学精品
量子力学与经典力学是物理学的两大基础理论，它们在描述自然界的规律时具有 不同的适用范围。量子力学适用于微观世界，描述粒子运动和相互作用；而经典 力学适用于宏观世界，描述物体运动和力学的规律。
随着科学技术的发展，量子力学和经典力学的界限逐渐模糊。一些宏观系统表现 出量子效应，需要用量子力学来描述；而一些微观系统则可以用经典力学来近似 处理。因此，量子力学和经典力学的关系成为未来研究的重要方向之一。
牛顿三定律
第一定律（惯性定律）
01
一个物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动
状态。
第二定律（动量定律）
02
物体动量的变化率等于作用在物体上的外力。
第三定律（作用与反作用定律）
03
对于任何作用力，都存在一个大小相等、方向相反的反作用力
。
动量守恒定律
动量守恒定律
在一个封闭系统中，不考虑外力 作用时，系统的总动量保持不变 。
工程学
机械设计
经典力学在工程学中用于机械设计，如分析机械结构的强度、刚 度和稳定性等。
航空航天工程
经典力学在航空航天工程中用于分析飞行器的运动规律和性能，如 飞机、火箭和卫星等。
土木工程
经典力学在土木工程中用于分析建筑结构的承载能力和稳定性，如 桥梁、高层建筑和地下工程等。
航天学
01
02
03
卫星轨道
适用范围
适用于质点、质点系、刚体等孤 立系统。
角动量守恒定律
角动量守恒定律
在一个封闭系统中，不考虑外力矩作 用时，系统的总角动量保持不变。
适用范围
适用于行星运动、卫星轨道、陀螺仪 等转动系统。
万有引力定律
万有引力定律
任何两个物体都相互吸引，引力的大小与两个物体的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
随着科学技术的发展，量子力学和经典力学的界限逐渐模糊。一些宏观系统表现 出量子效应，需要用量子力学来描述；而一些微观系统则可以用经典力学来近似 处理。因此，量子力学和经典力学的关系成为未来研究的重要方向之一。
牛顿三定律
第一定律（惯性定律）
01
一个物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动
状态。
第二定律（动量定律）
02
物体动量的变化率等于作用在物体上的外力。
第三定律（作用与反作用定律）
03
对于任何作用力，都存在一个大小相等、方向相反的反作用力
。
动量守恒定律
动量守恒定律
在一个封闭系统中，不考虑外力 作用时，系统的总动量保持不变 。
工程学
机械设计
经典力学在工程学中用于机械设计，如分析机械结构的强度、刚 度和稳定性等。
航空航天工程
经典力学在航空航天工程中用于分析飞行器的运动规律和性能，如 飞机、火箭和卫星等。
土木工程
经典力学在土木工程中用于分析建筑结构的承载能力和稳定性，如 桥梁、高层建筑和地下工程等。
航天学
01
02
03
卫星轨道
适用范围
适用于质点、质点系、刚体等孤 立系统。
角动量守恒定律
角动量守恒定律
在一个封闭系统中，不考虑外力矩作 用时，系统的总角动量保持不变。
适用范围
适用于行星运动、卫星轨道、陀螺仪 等转动系统。
万有引力定律
万有引力定律
任何两个物体都相互吸引，引力的大小与两个物体的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
第篇 力学发展史 ppt课件
• 过了九年，开普勒又发现了第三定律，即 “周期定律”：行星绕日一周所需时间 （公转周期）的平方，与其和太阳平均距 离的立方成正大价值
• 开普勒的发现不仅对天文学的发展有 着重大意义，而且对自然科学的发展 也有它伟大价值。开普勒从第谷的准 确数据出发，否定了主观的几何模式 和托氏地心体系。他的第一定律否定 了圆形轨道论；第二定律否定了匀速 运动；第三定律建立了各行星之间的 联系。
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11
哥白尼学说影响之深远
• 恩格斯称它为“自然科学的独立宣言”就
可想而知了。哥德说：“哥白尼学说撼动
人类意识之深，自古以来无一种创见、无
一种发明可与伦比，当大地是球形被哥伦
布证明以后不久，地球为宇宙主宰尊号也
被剥夺了，自古以来没有这样天翻地覆地
把人类意识倒转来过，如果地球不是宇宙
中心，无数古人相信的事将成为一场空事，
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21
三、伽利略在天文学上的功绩
• 伽利略所观测到木星有四颗卫 星和金星的周相变化有重要意 义，它否定了古代关于游动的 天体只有七个的断言，这是对 哥白尼的重要支持。
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22
伽利略的主要功绩
• 伽利略的主要功绩之一，是把 哥白尼、开普勒所开创的新世 界观加以证实和普遍宣传，并 以自己在教庭下的牺牲唤起了 人们对日心说的公认。
伽利略的思想”。这就是说，应该全面认识伽
利略所首创的实验、物理思维和数学演绎三者 巧妙结合的科学方法。
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31
伽利略非常重视观察和实验
• 伽利略非常重视观察和实验，在观察和实 验的基础上提出假说，再用数学分析和逻 辑推理证明假说，最后用实验验证理论的 正确。概括起来就是实验—数学推理方法， 这一方法，在伽利略以后很多年代里为很 多人所重视。爱因斯坦和英费尔德在《物 理学的进化》一书中评论说：“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，而且标志着 物理学的真正开端”。
• 开普勒的发现不仅对天文学的发展有 着重大意义，而且对自然科学的发展 也有它伟大价值。开普勒从第谷的准 确数据出发，否定了主观的几何模式 和托氏地心体系。他的第一定律否定 了圆形轨道论；第二定律否定了匀速 运动；第三定律建立了各行星之间的 联系。
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哥白尼学说影响之深远
• 恩格斯称它为“自然科学的独立宣言”就
可想而知了。哥德说：“哥白尼学说撼动
人类意识之深，自古以来无一种创见、无
一种发明可与伦比，当大地是球形被哥伦
布证明以后不久，地球为宇宙主宰尊号也
被剥夺了，自古以来没有这样天翻地覆地
把人类意识倒转来过，如果地球不是宇宙
中心，无数古人相信的事将成为一场空事，
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21
三、伽利略在天文学上的功绩
• 伽利略所观测到木星有四颗卫 星和金星的周相变化有重要意 义，它否定了古代关于游动的 天体只有七个的断言，这是对 哥白尼的重要支持。
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22
伽利略的主要功绩
• 伽利略的主要功绩之一，是把 哥白尼、开普勒所开创的新世 界观加以证实和普遍宣传，并 以自己在教庭下的牺牲唤起了 人们对日心说的公认。
伽利略的思想”。这就是说，应该全面认识伽
利略所首创的实验、物理思维和数学演绎三者 巧妙结合的科学方法。
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31
伽利略非常重视观察和实验
• 伽利略非常重视观察和实验，在观察和实 验的基础上提出假说，再用数学分析和逻 辑推理证明假说，最后用实验验证理论的 正确。概括起来就是实验—数学推理方法， 这一方法，在伽利略以后很多年代里为很 多人所重视。爱因斯坦和英费尔德在《物 理学的进化》一书中评论说：“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，而且标志着 物理学的真正开端”。
经典力学的建立和发展
F G
m1 m 2 R
2
万有引力的实验验证—卡文迪许扭称
卡文迪许测得：
G 6.67261011 N•m2/kg2
目前的国际公认值： G 6.7541011 N•m2/kg2
旋吊线
悬吊在半空中可以 自由转动的木杆
小铅球
卡文迪许
大铅球
卡文迪许扭称
理论预言的实践检验——哈雷彗星和海王 星的发现（预言运行轨道，出现周期）
时间T（秒,
s）：
宇宙年龄：1018
地球年龄： 1017 出现古人类： 1014 人类文明史： 1011 人类寿命： 109 地球公转周期： 107 地球自转周期： 104 钟摆周期： 100 基本粒子的寿命： 10-6—10-25
§2.4 牛顿与经典力学
英国著名诗人Pope写道：
Nature and Nature’s law lay hid in night, God said “let Newton be” and all was light. 自然界和自然界的规律隐藏在黑暗中，
《自然哲学的数学原理》
牛顿的研究方法：归纳 — 演绎法 归纳法：从实验出发，由特殊到一般
演绎法：以理论为主，由一般到特殊
值得思考：
牛顿不仅讲了研究目的，还讲了科学研究方法：特殊 （现象）到一般（规律），再从一般回到特殊。
•前者是英国哲学家培根强调的“归纳法”，它以实验为 基础；
•数学家兼哲学家的笛卡儿所强调的“演绎法”，它要用 数学工具。
因果性原理：对于自然界中同一类结果，必须尽可
能归之于同一种原因。 统一性原理：物体的属性，凡是既不能增强也不能 减弱者，又为我们实验所能及的范围的一切物体所具 有者，就应视为所有物理的普遍属性。 简单性原理：除那些真实而已足够说明其现象者外， 不必再去寻求自然界事物的其他原因。
经典力学体系的建立
第七章经典力学体系的建立经过许多科学家的努力，在天文学和力学方面已经积累了丰富的资料。
在此基础上，牛顿实现了天上力学和地上力学的综合，形成了统一的力学体系。
这是人类认识自然历史的第一次大飞跃和理论大综合。
它开辟了一个新的时代，并对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响。
牛顿力学的建立是科学形态上的重要变革，标志着近代理论自然科学的诞生，并成为其他各门自然科学的典范。
然而，在十七八世纪里其他自然科学仍处在积累资料的阶段。
第一节经典力学体系化的知识基础以研究机械运动为对象的力学，在17世纪下半叶建立了一个普遍的力学体系，绝不是偶然的，是由多方面的原因造成的结果。
欧洲经过16世纪百余年的宗教和政治改革的大变动之后，到17世纪下半叶进入了一个政治上较为安宁，经济上趋于繁荣的时期。
生产实践为力学研究提出了许多问题，这就给科学的发展以推动力。
推动科学家们研究天体运动规律的另一个原因则是由于科学自身发展的要求。
例哥白尼学说提出了许多悬而未决的问题。
诸如行星运动的轨道形状问题，为什么行星要沿着一定的轨道绕日运行问题等等。
这些问题的研究并不是出于某种实用的目的，但它对科学未来的发展却具有极重要的价值。
正是这种研究为近代力学的体系化奠定了知识基础。
为牛顿力学的建立打下重要基础的有一系列的科学家，特别是伽利略与开普勒（1571～1630）对牛顿力学的建立有着非常重要的影响。
伽利略通过对自由落体的研究，已经发现了惯性运动和在重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想。
伽利略关于抛物体运动定律的发现，对牛顿万有引力的学说也有深刻的启示作用。
天文学家开普勒所发现的行星运动定律则是牛顿万有引力学说产生的最重要前提。
1609年，开普勒出版了他的《新天文学》一书，公布了太阳系行星运动的两条基本定律：行星运动第一定律：行星的轨道为椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上；行星运动第二定律：在相等的时间内，行星和太阳的联线所扫过的面积相等，亦称面积定律。
物理与文化 第二章经典力学的建立与发展
物理与文化
§2 从哥白尼到开普勒第二章 经典力学
2.1 哥白尼革命
古代人们对宇宙天体结构认识的两种不同见解：
• 宇宙以地球为中心
• 地球不是宇宙的中心
早在两千多年前古希腊哲学家 亚里士 多德（Aristotle，384BC–322BC）等人最 先提出了“宇宙以地球为中心”的观点 。
物理与文化
中国古代
大地也是一个球，这个球 浮在水上，回旋漂荡,后来又有 物理与文化 人认为地球是浮于气上的。
3.宣夜说——《晋书· 天文志》说：“宣夜之书亡，惟汉秘书郎郄萌记先师相
传云，天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀（mào，音冒）精绝，故苍苍然 也。 。。
第二章 经典力学
宣夜说认为宇宙是无限的，宇宙中充满着气体，所有天体都在 气体中漂浮运动。星辰日月的运动规律是由它们各自的特性所决定 的，决没有坚硬的天球或是什么本轮、均轮来束缚它们，宣夜说打 破了固体天球的观念，这在古代众多的宇宙学说中是非常难得的。
物理与文化
用数学方法研究物理问题，原非伽利略首倡，可以追溯到 第二章 经典力学 公元前3世纪的阿基米德，14世纪的牛津学派和巴黎学派，以 及15、16世纪的意大利学术界等，但他们并未将实验方法放 在首位，因而在思想上未能有所突破。 伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公 爵夫人的一封信上的话：“我要请求这些聪明细心的神父们 认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间 的区别。 要知道，做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿 望来决定的。” 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，标志着物理学的开端。 ——爱因斯坦
2.浑天说
可能始于战国时期。代表人物是东汉
第二章 经典力学
§2 从哥白尼到开普勒第二章 经典力学
2.1 哥白尼革命
古代人们对宇宙天体结构认识的两种不同见解：
• 宇宙以地球为中心
• 地球不是宇宙的中心
早在两千多年前古希腊哲学家 亚里士 多德（Aristotle，384BC–322BC）等人最 先提出了“宇宙以地球为中心”的观点 。
物理与文化
中国古代
大地也是一个球，这个球 浮在水上，回旋漂荡,后来又有 物理与文化 人认为地球是浮于气上的。
3.宣夜说——《晋书· 天文志》说：“宣夜之书亡，惟汉秘书郎郄萌记先师相
传云，天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼瞀（mào，音冒）精绝，故苍苍然 也。 。。
第二章 经典力学
宣夜说认为宇宙是无限的，宇宙中充满着气体，所有天体都在 气体中漂浮运动。星辰日月的运动规律是由它们各自的特性所决定 的，决没有坚硬的天球或是什么本轮、均轮来束缚它们，宣夜说打 破了固体天球的观念，这在古代众多的宇宙学说中是非常难得的。
物理与文化
用数学方法研究物理问题，原非伽利略首倡，可以追溯到 第二章 经典力学 公元前3世纪的阿基米德，14世纪的牛津学派和巴黎学派，以 及15、16世纪的意大利学术界等，但他们并未将实验方法放 在首位，因而在思想上未能有所突破。 伽利略重视实验的思想可见于1615年他写给克利斯廷娜公 爵夫人的一封信上的话：“我要请求这些聪明细心的神父们 认真考虑一下臆测性的原理和由实验证实了的原理二者之间 的区别。 要知道，做实验工作的教授们的主张并不是只凭主观愿 望来决定的。” 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，标志着物理学的开端。 ——爱因斯坦
2.浑天说
可能始于战国时期。代表人物是东汉
第二章 经典力学
力学的发展史PPT课件
4、运动的时空性 时间不能脱离运动，并且任何
运动是连续的。 .
9
归纳起来可以看出 , 亚氏的运动有三个 要素 , 既运动者 ,运动所需要的时间 , 运 动所涉及的内容 , 即空间 , 状态 , 形式或 量 .自然作为本原是物质的 ,物质是运动 的 ,运动不 是孤立的 ,它与时间和空间相 联。
运动与静止
影响
可以发现，所谓冲力与伟大的物理学家牛顿后来提
出的惯性定律有一定程度上的接近，可以说是惯性
的雏形，体现了科学思想不断完善的过程。
.
13
五、阿基米德对力学的发展
阿基米德(Archimedes，约公元前 287～212)是古希腊物理学家、数学 家，静力学和流体静力学的奠基人。
阿基米德在力学方面的成绩最为突出， 他系统并严格的证明了杠杆定律，为 静力学奠定了基础。在总结前人经验 的基础上，阿基米德系统地研究了物 体的重心和杠杆原理，提出了精确地 确定物体重心的方法，指出在物体的 中心处支起来，就能使物体保持平衡。
.
1
版权所有, 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc.
一、力学总体介绍 二、力学的起源
三、亚里士多德对力学的影响 四、冲力学的发展
五、阿基米德对力学的发展 . 六、哥白尼及其日心说 2
七、伽利略对力学发展的贡献 八、开普勒定律 九、牛顿经典力学 十、卡文迪许与引力常量的测量
.
5
理论力学是研究物体的机械运动规律及 其应用的科学，理论力学是力学的学科 基础
它可分为静力学、运动学和动力学三部
分：①静力学：研究物体在平衡状态下
的受力规律；②运动学：研究物体机械
运动的描述，如速度、切向加速度、法
经典力学建立和发展
2 拓展资料
1、假定时间和空间是绝对的，长度和 时间间隔的测量与观测者的运动无关， 物质间相互 作用的传递是瞬时到达的； 2、一切可观测的物理量在原定只适用于宏观物体。在 微观系统中，所有物理量在原则上 不可能 同时被精确测定。因此经典力学的 定律一般只是宏观物体低速运动时 的近似定律。
式中:m0是物体静止时的质 量
m是物体速度为v时的频量 (称为相对质
c是真空中的光速
结论：经典力学适用于低速运动的物体
5 经典力学中速度叠加原理不同
设河流中的水相对于河岸的 速度为V水岸，船相对于水的 速度为V船水， 则在经典力学中,船相对于岸 的速度为
船岸=Y船水+v水岸(矢量和)
这似乎是天经地义的。但是, 这个关系式涉及两个不同的 惯性参考系,而速度总是与位 移(空间长度)及时间间隔的测 量相联系。 相对论认为,同一过程的位移 和时间的测量在不同参考系 中是不同的,因而上式不能成 立
学基础．
勒内·笛卡尔
第一次完整地表达了 惯性定律，并强调了 伽利略没有明确表述 的惯性运动的直线
性．
艾萨克·牛顿
在伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯等人 研究的基础上，采用归纳与演绎、综合与 分析的方法，总结出牛顿运动定律和万有 引力定律，建立了完整的经典力学体系．
克里斯蒂安·惠更斯 约翰尼斯·开普勒
全面细致地解决了完 全弹性碰撞问题．
方向相 同。 公式：F(合）＝kma【当F(合）、m和a采用国际单位制N、kg和m/s2时，k=1】
牛顿第三定律： 两个物体之间的作用力与反作用力大小相等，方向相反，并且在同一条直线上。
经典力学三大定律应用范围： 它在许多场合非常准确。经典力学可用于描述人体尺寸物体的运动（如陀螺和棒球），许 多天体（如行星和星系）的运动，以及一些微尺度物体（如有机分子）。在低速运动的物 体中，经典力学非常实用，虽然爱因斯坦提出了相对论，但是在生活中，我们几乎不会遇 见高速运动（光速级别），因此，我们还是会以经典力学解释各种现象。但是在高速运动 或极大质量物体之间，经典力学就“心有余而力不足”了。这也正是现代物理学的范畴。