牛頓是如何發現“力和運動”的關係?看後才知道牛頓的偉大

前面我給大家分析了狹義相對論是如何分析物體運動的,重點談論愛因斯坦的貢獻,不少網友說我再貶低牛頓,所以這期我談談牛頓的貢獻。

牛頓是如何發現“力和運動”的關係?看後才知道牛頓的偉大

在牛頓的時代人們對物體的運動認知非常少,比如看到一個蘋果落地,人們不知道為什麼會落地,比如地球圍繞太陽轉,人們也不知道內在原理,當時的“天文的運動學”和“我們生活的宏觀世界的運動學”基本上算是兩個分支。

其中天文學以“開普勒”的行星運動三大規律為主,描述了一個行星是如何做圓周運動的:

第一定律:所有行星都是圍繞太陽轉且做橢圓運動,太陽恰好就處於橢圓的焦點

第二定律:行星在相同的時間掃過的面積相等

第三定律:行星的週期的平方和軌道長半軸立方成正比

這三條定律大家不用管具體的含義,你只需知道用這三條定律可以計算出天體的運動情況。

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說完天文學的運動再來談談地面,地面的運動就要複雜的多,因為地面物體可以處於很多力的疊加,所以對力要進行分解或者組合,但是人們當時根本搞不清楚力和運動的關係,所以人們只能依靠自己的經驗和直覺來對物體運動進行判斷。

比如亞里士多德就說過,如果有兩個球放到鐵塔上,一個球輕一個球重,當把兩個球同時放開,重的球會先落地。當然現在我們肯定知道兩個球是一起落地,但是當時人們的經驗卻表示重的物體下落的更快,比如一個石頭放開的一瞬間下落的很快,但是一根羽毛放開的一瞬間會在空中飄會兒才會落地。

牛頓是如何發現“力和運動”的關係?看後才知道牛頓的偉大

不過牛頓卻從這些直覺中脫離出來,用理性戰勝了直覺,牛頓發現一個物體運動其實不需要受力,意思就是力不是維持運動的原因。當時很多人根據經驗都會得出結論,一個物體要想持續運動,甭管做啥運動,你必須要持續給物體一個力,舉個例子,你推一個下推車,你持續用力車就走了,但是你一旦放開車,車慢慢就又會靜止,所以直覺告訴我們,脫離了力物體就會靜止。

當然現在我們也知道,放開手後為啥小推車會靜止,因為小推車受到了地面的摩擦力,所以當初人們的直覺其實是因為對小推車受到的力沒有分析完整,漏掉了摩擦力。

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牛頓提出“運動物體無需受力”這個觀點,在當時看來已經很反直覺了,不少大咖人物都噴這種觀點,不過好在科學的爭論從來不是口舌勝為主,而是實驗數據為主,所以實驗數據支持了牛頓,大咖們也無話可說。當力不再是維持物體運動的原因,那麼力到底對物體運動有啥作用呢?牛頓發現,原來力是改變物體運動狀態的原因,比如一個物體速度是10m/s,如果物體不受力,將繼續保持10m/s,也就是物體做勻速直線運動,無需力的支持就可以進行下去。

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但是一旦給這個物體一個力,物體的速度就可能會變成20m/s或者15m/s,也就是說力是改變物體速度的原因,用正規的表達方式就是:力是改變物體運動狀態的原因。

當牛頓分析出力對物體運動的作用後,相當於把大家從一個長久以來建立的直覺經驗打破了,人們不禁感嘆牛頓的厲害,不過事情並沒有完,牛頓後來發現了一個非常驚人的秘密,這個秘密是啥呢?我們下期再談,我是《小彭來給您解惑》,大家如果喜歡我的內容可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。


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