小編整理: 以下是牛頓力學(xué)的幾個(gè)基本特點(diǎn):
1. 以質(zhì)點(diǎn)作為研究對(duì)象,關(guān)注力的作用關(guān)系。
2. 強(qiáng)調(diào)分別考慮各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所受的力,然后推斷整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
3. 認(rèn)為質(zhì)量和能量各自獨(dú)立存在,且各自守恒。
4. 只適用于物體運(yùn)動(dòng)的慣性參照系。
5. 較多采用直觀的幾何方法,如平行四邊形定則等。
總的來說,牛頓力學(xué)是一種基于直觀幾何方法的經(jīng)典力學(xué),主要關(guān)注質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和力的作用關(guān)系,適用于解決簡單的力學(xué)問題。相比之下,分析力學(xué)則更加注重?cái)?shù)學(xué)和物理
公式 的推導(dǎo)和證明,可以解決更加復(fù)雜的力學(xué)問題。
牛頓力學(xué) 以牛頓運(yùn)動(dòng)定律等為基礎(chǔ)的定律
牛頓力學(xué)屬于 經(jīng)典力學(xué) 范疇,是以質(zhì)點(diǎn)作為研究對(duì)象,著眼于力的作用關(guān)系,在處理質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)問題時(shí),強(qiáng)調(diào)分別考慮各個(gè)質(zhì)點(diǎn)所受的力,然后來推斷整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);牛頓力學(xué)認(rèn)為 質(zhì)量和能量 各自獨(dú)立存在,且各自守恒;它只適用于物體運(yùn)動(dòng)的 慣性參照系 ;牛頓力學(xué)較多采用直觀的幾何方法,在解決簡單的力學(xué)問題時(shí),比分析力學(xué)方便簡單。
定義 牛頓力學(xué)(Newtonianmechanics)以 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 和 萬有引力 定律(見萬有引力)為基礎(chǔ),研究速度遠(yuǎn)小于光速的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 狹義相對(duì)論 研究速度能與光速比擬的物體的運(yùn)動(dòng),量子力學(xué)研究電子、 質(zhì)子 等 微觀粒子 的運(yùn)動(dòng)。從研究的范疇來說,牛頓力學(xué)同相對(duì)論和 量子力學(xué) 相區(qū)別,牛頓力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的組成部分。繼I. 牛頓 以后,J.-L.拉格朗日和W.R. 哈密頓 相繼發(fā)展了新的 力學(xué)體系。牛頓力學(xué)所著重的量如力、動(dòng)量等都具有 矢量 性質(zhì),而且 牛頓方程 是用矢量形式表達(dá)的,故牛頓力學(xué)可稱為矢量力學(xué);拉格朗日體系和哈密頓體系所著重的量是系統(tǒng)的能,它具有標(biāo)量的性質(zhì),可以通過力學(xué)的 變分原理 建立系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,故拉格朗日體系和哈密頓體系等可統(tǒng)稱為 分析力學(xué) 。因此,從力學(xué)的研究方法和體系來說,牛頓力學(xué)同拉格朗日體系和哈密頓體系相區(qū)別;但從經(jīng)典力學(xué)的基本原理來說, 拉格朗日方程 和哈密頓原理同牛頓定律是等價(jià)的。然而, 哈密頓原理 能應(yīng)用于較廣泛的物理現(xiàn)象。將拉格朗日體系和哈密頓體系(尤其是后者)應(yīng)用于物理學(xué)和天體力學(xué)中廣泛出現(xiàn)的保守系統(tǒng),有極大的優(yōu)點(diǎn)。例如,這兩個(gè)體系的觀點(diǎn)和方法對(duì)天體力學(xué)的 攝動(dòng)理論 和經(jīng)典 統(tǒng)計(jì)力學(xué) 的 理論性研究 有較大價(jià)值。
介紹 牛頓于1643年1月4日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村。1661年入英國 劍橋大學(xué)圣三一學(xué)院,1665年獲文學(xué)士學(xué)位。隨后兩年在家鄉(xiāng)躲避 鼠疫 ,他在此間制定 了一生大多數(shù)重要科學(xué)創(chuàng)造的藍(lán)圖。1667年牛頓回劍橋后當(dāng)選為劍橋大學(xué)三一學(xué)院院委,次年獲碩士學(xué)位。1669年任 劍橋大學(xué) 盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位 直到1701年。1696年任皇家造幣廠監(jiān)督,并移居倫敦。1703年任英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長。1706年受 英國女王 安娜封爵。在晚年,牛頓潛心于自然哲學(xué)與神學(xué)。1727年3月20日,牛頓在倫敦病逝,享年84歲。 備注:牛頓是 儒略歷 1642年12月25日,即格里歷(陽歷)1643年1月4日,所以正確的出生日期是1月4號(hào)。
由來 牛頓力學(xué)(Newton's Mechanics)是以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ),在17世紀(jì)以后發(fā)展起來的。直接以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為出發(fā)點(diǎn)來研究質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),這就是牛頓力學(xué)。
艾薩克牛頓爵士試圖使用慣性與力的概念描述所有物體的運(yùn)動(dòng),所以他找尋出它們服從確定的守恒定律。在1687年,牛頓接著出版了他的 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 論文。在這里牛頓開創(chuàng)了三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律,到了 今日還是描述力的方式。
其他 牛頓力學(xué)涉及很多方面,他們都涉及最基本的三個(gè)定律。
定律
第一定律 內(nèi)容:一切物體在沒有受到力或合力為零的作用時(shí),總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
說明:物體都有維持靜止和作勻速直線運(yùn)動(dòng)的趨勢,因此物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由它的運(yùn)動(dòng)速度決定的,沒有外力,它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不會(huì)改變的。物體的這種性質(zhì)稱為慣性。所以 牛頓第一定律 也稱為 慣性定律 。第一定律也闡明了力的概念。明確了力是物體間的相互作用,指出了是力改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)榧铀俣仁敲鑼懳矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,所以力是和加速度相聯(lián)系的,而不是和速度相聯(lián)系的。在日常生活中不注意這點(diǎn),往往容易產(chǎn)生錯(cuò)覺。 注意:牛頓第一定律并不是在所有的參照系里都成立,實(shí)際上它只在慣性參照系里才成立。因此常常把牛頓第一定律是否成立,作為一個(gè)參照系是否慣性參照系的判據(jù)。
第二定律 內(nèi)容:物體在受到合外力的作用會(huì)產(chǎn)生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小與合外力的大小成正比,與物體的 慣性質(zhì)量 成反比。 牛頓第二定律定量描述了力作用的效果,定量地量度了物體的慣性大小。它是矢量式,并且是瞬時(shí)關(guān)系。
要強(qiáng)調(diào)的是,物體受到的不為零合外力,會(huì)產(chǎn)生加速度,使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或速度發(fā)生改變,但是這種改變是和物體本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的。
局限:該定律只適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)。
第三定律 內(nèi)容:兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力,在同一條直線上,大小相等,方向相反。
需要注意:
(1)作用力和反作用力是沒有主次、先后之分。同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失。
(2)這一對(duì)力是作用在不同物體上,不可能抵消。
(3)作用力和反作用力必須是同一性質(zhì)的力。
(4)與參照系無關(guān)。
動(dòng)量 質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m與其速度v的乘積(mv)。動(dòng)量是矢量,用符號(hào)p表示。質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)量為組內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量的矢量和。物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)都不是孤立地發(fā)生的,它與周圍物體間存在著相互作用,這種相互作用表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)物體與周圍物體間發(fā)生著機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞(或轉(zhuǎn)移)過程,動(dòng)量正是從機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳遞這個(gè)角度量度機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物理量,這種傳遞是等量地進(jìn)行的,物體2把多少機(jī)械運(yùn)動(dòng)(動(dòng)量)傳遞給物體1,物體2將失去等量的動(dòng)量,傳遞的結(jié)果是兩者的總動(dòng)量保持不變。從動(dòng)力學(xué)角度看,力反映了動(dòng)量傳遞快慢的情況。與實(shí)物一樣,電磁場也具有動(dòng)量。例如 光子 的動(dòng)量為 ,其中h為普朗克常量,k為波長,其大小為 (λ為波長),方向沿波傳播方向。在國際單位制中,動(dòng)量的單位為千克·米/秒(kg·m/s)。 動(dòng)量守恒定律是最早發(fā)現(xiàn)的一條守恒定律,它起源于16~17世紀(jì)西歐的哲學(xué)家們對(duì)宇宙運(yùn)動(dòng)的哲學(xué)思考。
觀察周圍運(yùn)動(dòng)著的物體,我們看到它們中的大多數(shù),例如跳動(dòng)的皮球、飛行的子彈、走動(dòng)的時(shí)鐘、運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器,都會(huì)停下來。看來宇宙間運(yùn)動(dòng)的總量似乎在減少。整個(gè)宇宙是不是也像一架機(jī)器那樣,總有一天會(huì)停下來呢?但是,千百年來對(duì) 天體運(yùn)動(dòng) 的觀測,并沒有發(fā)現(xiàn)宇宙運(yùn)動(dòng)有減少的跡象。生活在16、17世紀(jì)的許多哲學(xué)家認(rèn)為,宇宙間運(yùn)動(dòng)的總量是不會(huì)減少的,只要能找到一個(gè)合適的物理量來量度運(yùn)動(dòng),就會(huì)看到運(yùn)動(dòng)的總量是守恒的。這個(gè)合適的物理量到底是什么呢? 法國哲學(xué)家兼數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家笛卡兒提出,質(zhì)量和速率的乘積是一個(gè)合適的物理量??墒呛髞?,荷蘭數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家 惠更斯 (1629—1695)在研究碰撞問題時(shí)發(fā)現(xiàn):按照笛卡兒的定義,兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的總量在碰撞前后不一定守恒。 牛頓在總結(jié)這些人工作的基礎(chǔ)上,把笛卡兒的定義作了重要的修改,即不用質(zhì)量和速率的乘積,而用質(zhì)量和速度的乘積,這樣就找到了量度運(yùn)動(dòng)的合適的物理量。牛頓把它叫做“運(yùn)動(dòng)量”,就是我們現(xiàn)今說的動(dòng)量。1687年,牛頓在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中指出:某一方 向的運(yùn)動(dòng)的總和減去相反方向的運(yùn)動(dòng)的總和所得的運(yùn)動(dòng)量,不因物體間的相互作用而發(fā)生變化;還指出了兩個(gè)或兩個(gè)以上相互作用的物體的共同重心的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),也不因這些物體間的相互作用而改變,總是保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 動(dòng)量守恒定律的適用范圍比牛頓運(yùn)動(dòng)定律更廣
近代的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論分析都表明:在自然界中,大到天體間的相互作用,小到如質(zhì)子 、中子等 基本粒子 間的相互作用,都遵守動(dòng)量守恒定律。因此,它是自然界中最重要、最普遍的 客觀規(guī)律 之一,比牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍更廣。下面舉一個(gè)牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用而動(dòng)量守恒定律適用的例子。 在我們考察光的發(fā)射和吸收時(shí),會(huì)看到這樣一種現(xiàn)象:在 宇宙空間 中某個(gè)地方有時(shí)會(huì)突然發(fā)出非常明亮的光,這就是超新星。可是它很快就逐漸暗淡下來。光從這樣一顆超新星出發(fā)到達(dá)地球需要幾百萬年,而相比之下超新星從發(fā)光到熄滅的時(shí)間就顯得太短了。 當(dāng)光從超新星到達(dá)地球時(shí),它給地球一個(gè)輕微的推動(dòng),而與此同時(shí)地球卻無法給超新星一個(gè)輕微的推動(dòng),因?yàn)樗呀?jīng)消失了。因此,如果我們想像一下地球與超新星之間的相互作用,在同一瞬間就不是大小相等、方向相反了。這時(shí),牛頓第三定律顯然已不適用了。
雖然如此,動(dòng)量守恒定律還是正確的。不過,我們必須把光也考慮在內(nèi)。當(dāng)超新星發(fā)射光時(shí),星體反沖,得到動(dòng)量,同時(shí)光也帶走了大小相等而方向相反的動(dòng)量。等經(jīng)過幾百萬年之后光到達(dá)地球時(shí),光把它的動(dòng)量傳給了地球。這里要注意的是:動(dòng)量不僅可以為實(shí)物所攜帶,而且可以隨著光輻射一起傳播。當(dāng)我們考慮到上述這點(diǎn)時(shí),動(dòng)量守恒定律還是正確的。
意義
開辟新時(shí)代 牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立開辟了科學(xué)發(fā)展的一個(gè)新天地、新時(shí)代。經(jīng)典力學(xué)的廣泛傳播和運(yùn)用對(duì)人們的生活和思想產(chǎn)生了重大影響,在一定程度上推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步。但經(jīng)典力學(xué)存在的固有缺點(diǎn)和局限性也在一定程度上阻礙了人類社會(huì)的進(jìn)步,產(chǎn)生了消極作用。本文將以經(jīng)典力學(xué)的建立背景為起點(diǎn),進(jìn)一步用辯證的方法分析經(jīng)典力學(xué)在人類歷史與現(xiàn)實(shí)中發(fā)揮的作用與產(chǎn)生的不良影響。
17世紀(jì)的歐洲,經(jīng)過許多科學(xué)家的努力,在天文學(xué)和力學(xué)方面積累了豐富資料的基礎(chǔ)上,英國科學(xué)家牛頓實(shí)現(xiàn)了天上力學(xué)和地上力學(xué)的綜合,形成了統(tǒng)一的力學(xué)體系——經(jīng)典力學(xué)。經(jīng)典力學(xué)體系的建立,是人類認(rèn)識(shí)自然及歷史的第一次大飛躍和理論的大綜合,它開辟了一個(gè)新的時(shí)代,并對(duì)科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程以及人類生產(chǎn)生活和思維方式產(chǎn)生極其深刻的影響。牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立是科學(xué)形態(tài)上的重要變革,標(biāo)志著近代理論自然科學(xué)的誕生,并成為其他各門自然科學(xué)的典范。
條件和原因 牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立得益于已有的科學(xué)成就。 哥白尼 、 伽利略 、開普勒、 笛卡爾 等人在天文學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、數(shù)學(xué)等方面的貢獻(xiàn),為經(jīng)典力學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),特別是伽利略與開普勒對(duì)牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立更是有著極其重要的影響。 伽利略通過對(duì)自由落體的研究,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了慣性運(yùn)動(dòng)和在重力作用下的 勻加速運(yùn)動(dòng) ,奠定了牛頓第一定律和第二定律的基本思想。伽利略關(guān)于拋物體運(yùn)動(dòng)定律的發(fā)現(xiàn),對(duì)牛頓萬有引力的學(xué)說也有深刻的啟示作用。開普勒所發(fā)現(xiàn)的行星 運(yùn)動(dòng)定律則是牛頓萬有引力學(xué)說產(chǎn)生的最重要前提。牛頓非常善于廣泛汲取前人的科學(xué)成果并綜合運(yùn)用多方面的知識(shí)進(jìn)行跨學(xué)科的研究,通過吸收前人的科學(xué)研究成果,牛頓為經(jīng)典力學(xué)體系的建立充實(shí)了知識(shí)準(zhǔn)備。 雖然經(jīng)典力學(xué)建立在豐富的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)之上,但經(jīng)典力學(xué)的建立和牛頓的個(gè)人原因有不可分割的關(guān)系。牛頓從青少年時(shí)代就對(duì)科學(xué)抱有濃厚的興趣、極強(qiáng)的求知欲和探索欲望,學(xué)習(xí)非常勤奮。但他從不死讀書,喜歡通過實(shí)驗(yàn)來取得真知,并親自動(dòng)手設(shè)計(jì)和制作了許多機(jī)械裝置和用品,這使他打下了廣博而扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ),同時(shí)也具有創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。雖然牛頓是天才,智力水平很高,但他的天才還來源于他的勤奮。他在研究中十分投入,而且常常夜以繼日地學(xué)習(xí)、工作。這些都培養(yǎng)和鍛煉了牛頓的科學(xué)精神,為日后的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
牛頓經(jīng)典力學(xué)的建立,還與他所處的時(shí)代和社會(huì)有關(guān)。歐洲經(jīng)過16世紀(jì)百余年的宗教和政治改革的大變動(dòng)之后,到17世紀(jì)下半葉進(jìn)入了一個(gè)政治上轉(zhuǎn)為安寧,經(jīng)濟(jì)上趨于繁榮的時(shí)期。生產(chǎn)實(shí)踐為力學(xué)研究提出了許多問題,這就給科學(xué)的發(fā)展以推動(dòng)力。經(jīng)過16世紀(jì)的宗教改革運(yùn)動(dòng)和17世紀(jì)中后期的資產(chǎn)階級(jí)革命運(yùn)動(dòng),英國科學(xué)家擁有了當(dāng)時(shí)世界上最為寬松自由的學(xué)術(shù)環(huán)境。學(xué)術(shù)環(huán)境的改變,使得對(duì)力學(xué)的研究擺脫了不必要的束縛,催生了經(jīng)典力學(xué)體系。
個(gè)人因素,前人經(jīng)驗(yàn),寬松的學(xué)術(shù)環(huán)境和生產(chǎn)實(shí)踐的發(fā)展,構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)體系建立的條件和基礎(chǔ)。
經(jīng)典力學(xué) 不難預(yù)料,經(jīng)典力學(xué)的巨大成功將對(duì)人類社會(huì)在各方面將會(huì)產(chǎn)生不可估量的影響。
(一)對(duì)自然觀念的影響
牛頓經(jīng)典力學(xué)的成就之大使得它得以廣泛傳播,深深地改變了人們的自然觀。人們往往用力學(xué)的尺度去衡量一切,用力學(xué)的原理去解釋一切自然現(xiàn)象,將一切運(yùn)動(dòng)都?xì)w結(jié)為機(jī)械運(yùn)動(dòng),一切運(yùn)動(dòng)的原因都?xì)w結(jié)為力,自然界是一架按照力學(xué)規(guī)律運(yùn)動(dòng)著的機(jī)器。這種 機(jī)械唯物主義自然觀 在當(dāng)時(shí)是有進(jìn)步作用的。由于它把自然界中起作用的原因都?xì)w結(jié)為自然界本身規(guī)律的作用,有利于促使科學(xué)家去探索自然界的規(guī)律。它能刺激人們運(yùn)用分析和解剖的方式,從觀察和實(shí)驗(yàn)中取得更多的經(jīng)驗(yàn)材料,這對(duì)科學(xué)的發(fā)展來說也是必要的。但這種思維方式在一定程度上忽視了理論思維的作用,忽視了事物之間的聯(lián)系和發(fā)展,因而又有著嚴(yán)重的缺陷。 (二)對(duì)自然科學(xué)的影響
牛頓經(jīng)典力學(xué)的內(nèi)容和研究方法對(duì)自然科學(xué),特別是物理學(xué)起了重大的推動(dòng)作用,但也存在著消極影響。
牛頓建立的經(jīng)典力學(xué)體系以及他的力學(xué)研究綱領(lǐng)所獲得的成功,在當(dāng)時(shí)使科學(xué)家們以為牛頓經(jīng)典力學(xué)就是整個(gè)物理學(xué),甚至是全部自然科學(xué)的可靠的最終的基礎(chǔ)。在相當(dāng)長的歷史時(shí)期內(nèi),牛頓經(jīng)典力學(xué)名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書成為了科學(xué)家們共同遵循的規(guī)范,它支配了當(dāng)時(shí)整個(gè)自然科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程。他研究問題的科學(xué)方法和原理也普遍得到贊賞和采用。牛頓研究經(jīng)典力學(xué)的科學(xué)方法論和認(rèn)識(shí)論,如運(yùn)用分析和綜合相結(jié)合的方法與 公理化方法 及科學(xué)的 簡單性原則 、尋求因果關(guān)系中相似性統(tǒng)一性原則、以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)物體的普遍性原則和正確對(duì)待歸納結(jié)論的原則,對(duì)后世科學(xué)的發(fā)展也影響深遠(yuǎn)。
社會(huì)科學(xué) 經(jīng)典力學(xué)不但對(duì)自然科學(xué)產(chǎn)生了很大影響,在社會(huì)科學(xué)方面,特別是對(duì)哲學(xué)和人類思想發(fā)展,也產(chǎn)生了重大影響。
在經(jīng)典力學(xué)的直接影響下,英國的 霍布斯 和洛克建立和發(fā)展了 機(jī)械唯物主義 哲學(xué),并由于其強(qiáng)大的影響力,使得唯物論從宗教神學(xué)那里爭得了發(fā)言權(quán),并在隨后形成了人類歷史上 唯物主義 和 唯心主義 斗爭最為激烈的一段時(shí)期。經(jīng)過康德和黑格爾對(duì)辯證法和機(jī)械唯物主義的研究和發(fā)展,以及馬克思和 恩格斯 對(duì)哲學(xué)已有研究成果的吸收,結(jié)合當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展成果,最終建立了唯物主義辯證法。唯物主義辯證法的建立,在很大程度上得益于牛頓經(jīng)典力學(xué)體系的建立。 近現(xiàn)代科學(xué)和哲學(xué)是發(fā)軔于經(jīng)典力學(xué)的,正是從牛頓建立經(jīng)典力學(xué)開始,人類在思想觀念上才開始真正走向科學(xué)化和現(xiàn)代化,而它對(duì)人類思想領(lǐng)域的影響也是極其廣泛而深刻的。
得失
概述 事物總是辯證統(tǒng)一、一分為二的。雖然科學(xué)家在運(yùn)用牛頓經(jīng)典力學(xué)方法及成果時(shí)使自然科學(xué)得到了長足發(fā)展,但當(dāng)時(shí)人們在接受和運(yùn)用牛頓的科學(xué)成果之時(shí),沒有搞清它的適用范圍,也作出了不適當(dāng)?shù)目浯?。例如,?dāng)初有科學(xué)家認(rèn)為所有涉及到的物理學(xué)問題都可以歸結(jié)為不變的引力和斥力,因而只要把自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為力就行了。結(jié)果到后來,“力”成了對(duì)現(xiàn)象和規(guī)律缺乏認(rèn)識(shí)的避難所 ,把當(dāng)時(shí)無法解釋的各種現(xiàn)象都冠以各種不同力的名稱。因此,牛頓經(jīng)典力學(xué)的內(nèi)容及其研究方法在推動(dòng)自然科學(xué)發(fā)展的同時(shí),也有產(chǎn)生了很大的消極影響。
偉大成就 經(jīng)典力學(xué)把人類對(duì)整個(gè)自然界的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到一個(gè)新水平,牛頓把天上運(yùn)動(dòng)和地上運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來,從力學(xué)上證明了自然界的統(tǒng)一性,這是人類認(rèn)識(shí)自然歷史的第一次大飛躍和理論大綜合,它開辟了一個(gè)新時(shí)代,并對(duì)學(xué)科發(fā)展的進(jìn)程以及后代科學(xué)家們產(chǎn)生了極其深刻的影響。
經(jīng)典力學(xué)的建立首次明確了一切自然科學(xué)理論應(yīng)有的基本特征,這標(biāo)志著近代理論自然科學(xué)的誕生,也成為其他各門自然科學(xué)的典范。牛頓運(yùn)用 歸納與演繹 、綜合與分析的方法極其明晰地得出了完善的力學(xué)體系,被后人稱為科學(xué)美的典范,顯示出物理學(xué)家在研究物理時(shí),都傾向于選擇 和諧與自洽的體系,追求最簡潔、最理想的形式。 經(jīng)典力學(xué)的建立對(duì)自然科學(xué)和科技的發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步具有深遠(yuǎn)影響。一是科學(xué)的研究方法推廣應(yīng)用到物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科上,對(duì) 經(jīng)典物理學(xué) 的建立意義重大;二是經(jīng)典力學(xué)與其他基礎(chǔ)科學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生了許多交叉學(xué)科,促進(jìn)了自然科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。三是經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)技術(shù)上有廣泛的應(yīng)用,促進(jìn)了社會(huì)文明的發(fā)展。
適用范圍 經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用受到物體運(yùn)動(dòng)速率的限制,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速率接近真空中的 光速 時(shí),經(jīng)典力學(xué)的許多觀念將發(fā)生重大變化。如經(jīng)典力學(xué)中認(rèn)為物體的質(zhì)量不僅不變,并且與物體的速度或能量無關(guān),但相對(duì)論研究則表明,物體的質(zhì)量將隨著運(yùn)動(dòng)速率的增加而增大,物體的質(zhì)量和能量之間存在著密切的聯(lián)系。但當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)的速度遠(yuǎn)小于真空中的光速時(shí),經(jīng)典力學(xué)仍然適用。 牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用于微觀領(lǐng)域中物質(zhì)結(jié)構(gòu)和能量不連續(xù)現(xiàn)象。19世紀(jì)和20世紀(jì)之交,物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn),即 X射線 的發(fā)現(xiàn)、電子的發(fā)現(xiàn)和放射性的發(fā)現(xiàn),使物理學(xué)的研究由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域,特別是20世紀(jì)初量子力學(xué)的建立,出現(xiàn)了與經(jīng)典觀念不同的新觀念。例如:量子力學(xué)的研究表明,微觀粒子既表現(xiàn)為 粒子性 又表現(xiàn)為波動(dòng)性,粒子的能量等物理量只能取分立的數(shù)值,粒子的速度和位置具有不確定性,粒子的狀態(tài)只能用粒子在空間出現(xiàn)的概率來描述等。但量子力學(xué)的建立并不是對(duì)經(jīng)典力學(xué)的否定,對(duì)于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),量子現(xiàn)象并不顯著,經(jīng)典力學(xué)依然適用。 現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展,并沒有使經(jīng)典力學(xué)失去存在的價(jià)值,只是拓寬了人們的視野,經(jīng)典力學(xué)仍將在它適用的范圍內(nèi)大放異彩。