探究牛顿力学的发展史

甘霖

摘要：牛顿力学属于经典力学的范畴，主要研究物体的运动状态，通常将需要研究的物体看作质点，然后对质点进行受力分析讨论物体的受力状态以及运动状态。牛顿力学从形成到逐渐完善，影响了广大人民的观念，人们使用另一种严谨科学的观念看待世界，探索大自然。牛顿力学具有其广泛性也有其局限性，跟所有物理研究的方式极其类似的是，牛顿力学在实际考虑物体的运动状态时要有选择地排除物理因素的干扰。文章以高中生视角对牛顿力学知识分析与阐述，并探究牛顿力学的发展史。

关键词：牛顿力学；发展史；经典力学；高中生视角

牛顿力学跟其他经典物理学中的实验方式并没有什么不同，都是采用控制变量法将不相关的因素进行分析排除，不断改变物理参数记录实验数据从而得出自变量与因变量之间的关系。而牛顿力学与其他经典物理学在于它更多是对研究的物体进行假设与分析，在不断地假设中排除各种干扰因素，最后在一步步分析引导中得出答案。

一、牛顿力学研究的相关内容

物理学根据研究内容的不同分为五大版块，分别是声、力、热、光、电，牛顿力学属于力学板块，力学研究的主要内容是对物体的受力状态，运动方式以及所受阻力进行分析与判断，牛顿力学在其中起到了理论性的指导意义。牛顿力学着重于对物体的运动状态的改变和物体所受力改变对物体本身造成的影响研究与分析。牛顿力学研究的相关内容很多，以下将列举三个方面：

1.根据物体受力以及运动状态判断出其他力的大小。牛顿力学包括牛顿第一第二第三定律，其中第一定律认为，当物体不受力时，将保持静止或者匀速直线运动。因此物理学中可以根据这个定律判断物体所受某一个力的大小。举个例子，七十五公斤的小明躺在床上静止不动，从而推断出他受力为零，但地球上的所有人都受到地心引力的影响，计算得出小明所受的地心引力为七百三十五牛顿，推断出小明受力为零并非不受任何力的作用，而是受力互相抵消，于是判断出支持力为七百三十五牛顿，与地心引力相抵消。

2.分析作用力与反作用力。牛顿第三定律认为，作用力与反作用力是互相存在的，并且必然会存在。比如小明拿鸡蛋砸石头，鸡蛋会给石头一个作用力，石头也会给鸡蛋同样的作用力，两种力方向相反，大小相等，鸡蛋会碎掉是因为鸡蛋质地柔软，自身硬度不够。假设只有作用力没有反作用力，那么鸡蛋会给石头力，石头绝不会给鸡蛋力，因此无论小明使用多大的力道将鸡蛋砸向石头，鸡蛋都绝不可能碎掉，这在现实生活中显然是不可能发生的，作用力与反作用力的必然存在可以使人们研究物体的受力状态。

3.判断物体运动状态的改变。牛顿第二定律认为，加速度与合外力方向是相同的，物体必将沿着加速度方向改变自身运动状态，牛顿第二定律将物体视为质点，将质点所受的力相互抵消，相互结合，最后只要是非匀速直线运动或是静止的物体都会受到假想却真实存在的“合力”影响。如小明体重735N，所受合力为735N方向向右，计算他的加速度为一米每二次方秒，如果他此前的奔跑方向直线向左，那么速度将不断减少直到停止，最后往右边加速奔跑，如果他此前的奔跑方向直线向右，那么速度将不断增加。

二、牛顿力学的发展史

牛顿力学是牛顿经典力学的简称，在物理学中有着无可比拟不可动摇的权威地位。牛顿经典力学并不仅仅局限于对物体运动状态，运动方式以及受力情况进行分析研究，还对能量的做功与转换，能量的总体守恒提出了新的设想，这种设想最终得以证实，被广泛运动到人们的生活与生产中。在十七十八世纪工业革命改造世界时，牛顿经典力学为科技的进步提供了坚实的理论依据，起到了不可磨灭的贡献作用，对牛顿力学的发展史进行研究分析，将其划分为三个阶段：

1.伽利略对物体所受的加速度与运动状态进行研究一直以来，人们对受力与运动状态的理解非常有限，人们认为物体质量与运动速度有直接并必然的联系，而伽利略却将信将疑，来回思索。某天伽利略作出大胆的假设，他认为物体质量与运动状态无关，也跟受力大小无关，人们不以为然，认为他的想法非常荒谬。伽利略在比萨斜塔将十公斤与一公斤的铁球同时放下，结果两个铁球同时落地，他用事实推翻了人们的误解。按照以前人们的理解，十公斤的铁球必然先落地，因为它受力大或者质量大，但实际上是万有引力产生的加速度一直作用在铁球上，实验成功地消除了人们物理知识上的误区。除此之外，伽利略还发现无论运动或静止的物体都具有惯性。

2.开普勒，哥白尼等科学家对数学与光学方面的研究牛顿经典力学发展的第二个阶段，这个时间段自然科学已经逐渐完善，哥白尼著有《天体运行论》，他用大量的数据论证得出地球并不是宇宙的中心，所有恒星与星辰的轨迹围绕太阳而变化，因此太阳才是宇宙的中心，为牛顿万有引力的理论提供了理论依据。开普勒通过大量数据研究发现了行星运行的规律，同时对光学、数学也起到一定的贡献。

3.牛顿集前人之长，完善牛顿力学通过前人对物体运动状态，天文学，数学，光学等进行的研究与思想启蒙，牛顿先是发现万有引力，然后在研究物体的受力状态这一过程中发现牛一牛二牛三定律。除此之外，他还对物体的能量进行假设性论证，他认为运动的物体具备一定的能量，并在这个过程中不断转换能量的形式，但能量是一定守恒的。牛顿力学的假设性研究在整个经典力学的体系中占据着至关重要的作用，被人们广泛运用到生活与生产中，促进了科技的进步与社会生产力的发展。

牛顿力学是现代经典力学中的重要版块，至今在物理学的研究中都有极为重要的指导与研究意义，在人类物理学上起到里程碑式的贡献。牛顿力学不仅对物体受力与运动状态的改变进行分析，还对物体做功与能量转换的关系进行研究，牛顿在借鉴前人的基础上逐渐完善，至今影响着人们的生活与生产方式。

参考文献：

[1]高奋忠.基于现代物理的牛顿力学发展[J].科技视界.2013年4月

[2]陳华.牛顿力学与现代物理[J].科技资讯.2006年9月endprint