1、亞里士多德
最早起源於希臘的力學(xué),被系統(tǒng)地總結(jié)在亞里士多德的物理學(xué)中。根據(jù)這種帶有思辯和人性色彩的物理學(xué)觀點,把常見的運(yùn)動分成三類。第一類是地面上物體的運(yùn)動;第二類是物體在空中下落的運(yùn)動;第三類是天體的運(yùn)動。亞里士多德對運(yùn)動的原因作了解釋,地面上物體的運(yùn)動是強(qiáng)制性的運(yùn)動,推一堆,動一動,不推就不動,所以力是維持物體運(yùn)動的原因;第二類和第三類運(yùn)動屬於天然運(yùn)動。地球是宇宙的中心,是一切空中運(yùn)動物體的天然歸宿。物體的重量越大,其趨向天然位置的傾向也越大,所以其下落的速度也越大;天體是由特殊質(zhì)料構(gòu)成的,具有特殊性質(zhì),天體是神靈們的處所,所以天體的運(yùn)動是沿著最完美的曲線--圓周,以最完美的速度--勻速運(yùn)動。這種經(jīng)不起事實檢驗的解釋顯然是錯誤的,但它竟然影響和統(tǒng)治人們的思想達(dá)二千年之久,直到伽利略、牛頓時代,才得以徹底糾正。這除了與生產(chǎn)力發(fā)展水平低下有關(guān)外,還跟當(dāng)時的社會結(jié)構(gòu)有關(guān)。在古希臘時代把從事實驗操作工作看作是卑賤的事情,應(yīng)該由奴隸或仆役去完成,有身份有"知識"的人是不動的,只是滔滔不絕地演講和論證。傳說亞里士多德常在花園中,邊散步邊給弟子講課,故亞里士多德學(xué)派又稱為逍遙派。因此,古希臘物理學(xué)的致命弱點是沒有充分注意定量實驗。甚至一個很簡單的實驗也可以證實亞里士多德的落體定律是錯誤的。
2.伽利略
伽利略認(rèn)為,我們不能只對運(yùn)動做定性的分析,還要做定量的計算和實驗。應(yīng)該用數(shù)學(xué)定量地描述物體的運(yùn)動,再用實驗去驗證,而不再討論諸如物體的目的、本性這種形而上,無法量化的東西。這就意味著,伽利略放棄了古希臘以來的自然哲學(xué)傳統(tǒng),正式創(chuàng)立了以數(shù)學(xué)和實驗為根基,以“描述自然現(xiàn)象”為任務(wù),而不是嘗試去“解釋自然現(xiàn)象本質(zhì)”的現(xiàn)代科學(xué)。
伽利略是第一個把實驗引進(jìn)力學(xué)的科學(xué)家,他利用實驗和數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法確定了一些重要的力學(xué)定律.1582年前后,他經(jīng)過長久的實驗觀察和數(shù)學(xué)推算,得到了擺的等時性定律.接著在1585年因家庭經(jīng)濟(jì)困難輟學(xué).離開比薩大學(xué)期間,他深入研究古希臘學(xué)者歐幾里得、阿基米德等人的著作.他根據(jù)杠桿原理和浮力原理寫出了第一篇題為《天平》的論文.不久又寫了論文《論重力》,第一次揭示了重力和重心的實質(zhì)并給出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)表達(dá)式,因此聲名大振.與此同時,他對亞里士多德的許多觀點提出質(zhì)疑.
在1589~1591年間,伽利略對落體運(yùn)動作了細(xì)致的觀察.從實驗和理論上否定了統(tǒng)治千余年的亞里士多德關(guān)于“落體運(yùn)動法則”確立了正確的“自由落體定律”,即在忽略空氣阻力條件下,重量不同的球在下落時同時落地,下落的速度與重量無關(guān).根據(jù)伽利略晚年的學(xué)生V.維維亞尼的記載,落體實驗是在比薩斜塔上公開進(jìn)行的:1589年某一天,伽利略將一個重10磅,一個重1磅的鐵球同時拋下,幾乎同時落地,在場的競爭者個個目瞪口呆,他在大笑中聳聳肩走了.(事實上,伽利略并沒有做過比薩斜塔實驗)
伽利略對運(yùn)動基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了詳盡研究并給出了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表達(dá)式.尤其是加速度概念的提出,在力學(xué)史上是一個里程碑.有了加速度的概念,力學(xué)中的動力學(xué)部分才能建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上,而在伽利略之前,只有靜力學(xué)部分有定量的描述.
伽利略曾非正式地提出過慣性定律和外力作用下物體的運(yùn)動規(guī)律, 首先,伽利略從一系列斜坡實驗中發(fā)現(xiàn):一個物體是否運(yùn)動,跟它有沒有受力沒有直接關(guān)系,運(yùn)動不需要外力來維持。
他設(shè)計了一個光滑的斜坡,發(fā)現(xiàn)不管我從左邊多高的地方放下小球,小球基本上都能回到右邊相同高度的地方,這就是著名的伽利略理想實驗。
這為牛頓正式提出運(yùn)動第一、第二定律奠定了基礎(chǔ).在經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)立上,伽利略可以說是牛頓的先驅(qū).
3.牛頓
接下來,牛頓就在這些人工作的基礎(chǔ)上(牛頓曾說過一句著名的話:“如果說我比別人看的更遠(yuǎn)些,那是因為我站在巨人的肩膀上”)建立了一整套描述物體運(yùn)動的理論。這就是大名鼎鼎的牛頓力學(xué),也是高中物理的核心。在八年級物理第七章第一節(jié),同學(xué)們就要學(xué)習(xí)牛頓第一定律。
牛頓第一定律:一切物體在不受力,它將保持靜止或者勻速直線運(yùn)動(即速度的大小和方向都不變)