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数学原理牛顿怎么样

发布时间:2023-07-03 19:30:27

㈠ 牛顿是一个怎样的物理学家

艾萨克·牛顿(Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日),英国着名的物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家,被誉为“近代物理学之父”。 1687年,他发表《自然哲学的数学原理》,阐述了万有引力和三大运动定律,奠定了此后三个世纪里力学和天文学的基础,成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;为太阳中心学说提供了强而有力的理论支持,并推动了科学革命。
1679年,牛顿重新回到力学的研究中:引力及其对行星轨道的作用、开普勒的行星运动定律、与胡克和弗拉姆斯蒂德在力学上的讨论。他将自己的成果归结在《物体在轨道中之运动》(1684年)一书中,该书中包含有初步的、后来在《原理》中形成的运动定律。[3]

《自然哲学的数学原理》(现常简称作《原理》)在埃德蒙·哈雷的鼓励和支持下出版于1687年7月5日。该书中牛顿阐述了其后两百年间都被视作真理的三大运动定律。牛顿使用拉丁单词“gravitas”(沉重)来为现今的引力(gravity)命名,并定义了万有引力定律。在这本书中,他还基于波义耳定律提出了首个分析测定空气中音速的方法。[3]

由于《原理》的成就,牛顿得到了国际性的认可,并为他赢得了一大群支持者:牛顿与其中的瑞士数学家尼古拉·法蒂奥·丢勒建立了非常亲密的关系,直到1693年他们的友谊破裂。这场友谊的结束让牛顿患上了神经衰弱。[3]

牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究,总结出了物体运动的三个基本定律(牛顿三定律)

㈡ 简述牛顿的着作《自然哲学的数学原理》的内容和影响

内容

《自然哲学的数学原理》提出了经典力学的三个基本定律和万有引力定律,这些定律都是建立在客观研究的基础上。牛顿十分重视科学研究的方法和态度,他指明了研究自然的四条基本规则,这四条规则的核心问题是强调研究的客观性,即坚持对自然研究的唯物主义的态度。他自身的研究就是建立在长期实际观察的基础上。
同时他通过定律对自然现象的解释,是以大量的数学分析为基础的,在本书的第一编第一章中,牛顿讲述了有关微积分及几何学方面的内容。这些内容实际上是全书的数学基础。牛顿本来是微积分的发明人之一,但为了便于读者接受,他在这本书中却尽量避免使用比较困难的微积分的方法。他用的数学工具严格地限于几何。
书的开头部分有很长的“说明”,对书中所运用的一些概念的基本定义,诸如力、天体、力学、运动等进行必要的解释说明。
在“说明”之后,牛顿认真详细地介绍了“运动之基本定理或定律”,即牛顿关于物体运动的三个定律。这就是我们现在所说的经典力学的三个基本定律。
第一定律:每个物体如果没有外界影响使其改变状态,那么该物 苹果的故事体仍保持其原来静止的或等速直线运动的状态。牛顿认为这是一个基本的普遍的自然界的事实,也是无可争辩的。由这条定律出发,外力是改变物体运动状态的原因,而不是维持原有状态的原因。例如炮弹会停止和下落,是因为空气的阻力和重力的影响,如果不存在这种外力,那么炮弹将保持它匀速运动的状态。
第二定律:运动的变化与所施加的力成正比,并沿力的作用方向发生。这其实就是今天我们所说的动量问题,动量等于物体的质量与速度的乘积,速度的变化就是加速度。对同一个物体而言,所施加的力与由此产生的加速度成正比。
第三定律:对于每一个作用力,总存在一个与之相等的反作用力和它对抗;或者说,两个物质彼此施加的相互作用力恒等,方向则恰恰相反。根据这个定律,牛顿指出,相互作用的两个物体不管表面上是否产生运动状态的变化,它们之间的作用力和反作用力都是成对出现或同时存在的。例如人用桨划船前进的运动中,船能前进,就在于人用桨划入水中时,对水有作用力,水产生了一个相等的反作用力,推动船的前进。第三定律同样也适用于圆周运动中的向心力和离心力。 《自然哲学的数学原理》
《原理》的主要内容是万有引力定律的确立及其应用。《原理》第一编第二章就是“论向心力之法”。从这章开始,牛顿通过对各种涉及到向心力的特殊运动形态的仔细认真地研究,逐步扩展到第三编论宇宙系统。他在第三编第一章论宇宙系统之原因的开头部分,用三个定理分别说明“使木星恒离开直线运动而留在其轨道内之力”,“使行星恒离开直线运动而留在其轨道内之力”,和“使月球不能离开其轨道的力”,都是一种向心力(其心分别为木星、太阳和地球),这些向心力均与其心的距离平方成反比。他在区别引力与磁力的不同之后,做出结论:一切物体均有重力(即引力),而且与其所含的物质之量(即质量)相比即成正比。牛顿提出了关于万有引力定律的比较完整的也是经典的叙述:
定理:两个球之物质相互间有重量,即相互间有吸引力,假如此物质在其距中心相等处为均匀的,则其一球对于其他球之重量即二者之间的吸引力,与二中心间距离之平方成反比。
在对万有引力定律进行了经典的表述之后,牛顿立即用它解释大量的实际问题,也就是从大量的自然事实来说明万有引力的存在。他所举的自然事实,包括月球运动的偏差、潮汐的大小变化、岁差的长短不一等等。

影响和评价

《自然哲学的数学原理》无论从科学史还是整个人类文明史来看,牛顿的《自然哲学的数学原理》都是一部划时代的巨着。在科学的历史上,《自然哲学的数学原理》是经典力学的第一部经典着作,也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及遍布经典自然科学的所有领域,在其后的300年时间里一再取得丰硕成果。从科学研究内部来看,《自然哲学的数学原理》示范了一种现代科学理论体系的样板,包括理论体系结构、研究方法和研究态度、如何处理人与自然的关系等多个方面的内容。此外,《自然哲学的数学原理》及其作者与同时代着名人物的互动关系也是科学史研究和其它学术史研究中经久不息的话题。

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