达?芬奇对力与运动的研究

廖妍 张宇 杨东燃

摘 要：達·芬奇是意大利文艺复兴时期多项领域的博学家，他不仅是文艺复兴时期杰出的艺术家，在物理领域也有深入的研究.本文重点介绍他对力与运动的认识及研究方法的突破.

关键词：达·芬奇;力与运动;研究方法

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）03-0064-02

作者简介：廖妍（1986-），女，黑龙江绥化人，硕士，中学一级教师，研究方向：高中物理学科教学;

张宇（1973-），男，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，中学高级教师，研究方向：高中物理学科教学;

杨东燃（1992-），男，黑龙江鸡西人，硕士，中学二级教师，研究方向;高中物理学科教学.

1 人物简介

达·芬奇全名为莱昂纳多·达·芬奇（1452-1519），是意大利文艺复兴时期多项领域的博学家，除了是画家，他还是雕刻家、建筑师、音乐家、数学家、工程师、发明家、解剖学家、地质学家、制图师、植物学家和作家.他无穷的好奇与创意使得他成为文艺复兴时期典型的艺术家，与米开朗基罗和拉斐尔并称“文艺复兴三杰”.

在达·芬奇去世后，人们从他留下的13000页笔记手稿中发现他在运动学、动力学、波动理论和光学等方面都有很有价值的贡献，但因为多种原因未被重视，没有发挥其历史作用.

2 研究时代背景

中世纪（Middle Ages）指从公元5世纪后期到公元15世纪中期，是欧洲HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E6%AC%A7%E6%B4%B2/145550"＼t"_blank"历史三大传统划分（古典时代HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%8F%A4%E5%85%B8%E6%97%B6%E4%BB%A3/2798891"＼t"_blank"、中世纪、近现代）的一个中间时期.始于公元476年西罗马帝国HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E8%A5%BF%E7%BD%97%E9%A9%AC%E5%B8%9D%E5%9B%BD/9542907"＼t"_blank"的灭亡，终于公元1453年东罗马帝国HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E4%B8%9C%E7%BD%97%E9%A9%AC%E5%B8%9D%E5%9B%BD/7471260"＼t"_blank"的灭亡，最终融入文艺复兴运动HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E6%96%87%E8%89%BA%E5%A4%8D%E5%85%B4%E8%BF%90%E5%8A%A8/7068745"＼t"_blank"和大航海时代HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E8%88%AA%E6%B5%B7%E6%97%B6%E4%BB%A3/10391"＼t"_blank"（地理大发现HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%9C%B0%E7%90%86%E5%A4%A7%E5%8F%91%E7%8E%B0/1413768"＼t"_blank"）中.中世纪在欧洲历史上是一个比较特殊的时期，从公元500-1000年，因为社会的动荡，西欧处于一个科学发展的低潮期.在11、12世纪，通过犹太人的拉丁文翻译运动，使得此前保存完好的科学成就传入西欧，此后西欧的科学活动逐渐活跃起来.由于此前古希腊科学文化的盛行，在12到14世纪，欧洲陆续建立了一批大学和学院.到15世纪初，遍布西欧各国已有近30所大学.对于科学发展，中世纪后期与古希腊相比有两个特点，一是亚里士多德学说在学术界和教育界居于主流地位;二是大学培养了一批学术精英.达·芬奇在这样的社会背景下，也开始了自己对物理学的一些研究.

3 对力与运动的认识

在此之前，一些学者对力与运动的关系进行了研究，亚里士多德在《物理学》一书中确立了一条动力学原理：物体的运动总是推动者一起的.这条原理引导着中世纪的学者们继续探讨各种运动现象的原因[1].人们用“内阻力”解释所有“自然运动”，根据“内阻力”，托马斯·布雷德沃丁和萨克森的阿尔伯特也建立了自己的学说.关于抛体运动的原因，巴黎大学校长布里丹对于“冲力”的解释代表了当时人们的认识，布里丹把冲力设想为由初始推动者传递给抛体的动力，冲力的强度用物体的速度和质量来量度[2].这些研究无不对达·芬奇有着深远的影响，达·芬奇对力和运动也提出了自己的一些见解.

3.1 对力、重力、冲力概念进行解释

达·芬奇认为力是一种精神能力，一种看不见的力量.我们现在都知道力的表现形式和作用效果，但是力没有形状和体积，在当时要解释清楚力的内涵很困难.

对于重力，达·芬奇也给出了自己的见解，即力总是等于产生它的重量的大小：“向地球中心运动的重力称为重量，每个重力都沿着宇宙的中心线，从各处指向宇宙中心”.在当时，人们认为地球是宇宙的中心，在达·芬奇看来重力是物体在趋向地球中心表现出来的形式[2].

达·芬奇对冲力的认识与中世纪以布里丹为代表的冲力学派的观点相似.他认为冲力是被推动的物体运动延续的原因，推动者向运动者传递的运动效果就是冲力.

3.2 对运动进行分类，初现运动合成与分解思想

达·芬奇按照运动的复杂程度将运动分为简单运动和复杂运动，他所说的简单运动实际上就是平动和转动.

3.3 对运动原因进行探讨，体现力的合成分解思想

在此之前，亚里士多德提出力是维持物体运动的原因.达·芬奇也认为没有力就没有运动，他当时已经提出了力的合成和分解的思想.他也用自己的观点解释了几根绳子系一重物的现象.他认为：（1）每段绳子平均分配物体的重力;（2）每根绳子的倾斜角相同，他们承受的重量也相同.

3.4 阐明力和运动的关系

达·芬奇继承了亚里士多德的观点，并有所改进.他认为推动物体的力不能太小，否则不能推动物体.他意识到了摩擦力的存在，他还指出摩擦作用的大小和接触面的粗糙程度有关.

4 理论与实验结合，突破原有研究方法

由于达·芬奇没有受过系统的学校教育，是自学成才.因此他的研究更注重经验，具有明显的工匠传统.在此之前，学者们研究问题以思辨为主导.而达·芬奇在研究方法上实现突破，多次通过理论与实验相结合，进行物理问题的研究.

实验1：在关于运动原因探讨时，做了几根绳子悬挂物体的实验.

实验2：研究碰撞现象时，曾做过玻璃球撞击石头的实验.实验过程如下：用一个小玻璃球撞击表面已被打磨光滑的石头.让一人拿着一根长木棒，并用不同的颜色将木棒从头至尾标上刻度，你站在某一位置观察球每次反弹的最高点在标尺上对应什么颜色，并对他们进行记录[2].

实验3：在自由落体运动的研究中，所做实验如下：将大小相同、质量相等的两只球，一个放在另一个上方一定高度处，他们同时下落.

达·芬奇除了在力学方面有深入的研究，他对波动现象、光学现象等方面也有着全面深入的研究.他对研究的热爱、对物理问题的钻研精神，值得我们学习.

参考文献：

[1]爱德华·格兰特著，郝刘祥译.中世纪的物理科学思想[M].上海：复旦大学出版社，2000.

[2]胡化凯.物理学史二十讲[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2009.

[3]李远俊.中学物理教学中引入物理学史的作用研究[D].重庆：西南师范大学，2002.

[4]鲁斌.折射定律的发展及其教学内涵[J].中学物理，2020，38（15）：60-65.

（收稿日期：2020-12-04）