牛顿是如何发现“力和运动”的关系?看后才知道牛顿的伟大

前面我给大家分析了狭义相对论是如何分析物体运动的,重点谈论爱因斯坦的贡献,不少网友说我再贬低牛顿,所以这期我谈谈牛顿的贡献。

在牛顿的时代人们对物体的运动认知非常少,比如看到一个苹果落地,人们不知道为什么会落地,比如地球围绕太阳转,人们也不知道内在原理,当时的“天文的运动学”和“我们生活的宏观世界的运动学”基本上算是两个分支。

其中天文学以“开普勒”的行星运动三大规律为主,描述了一个行星是如何做圆周运动的:

第一定律:所有行星都是围绕太阳转且做椭圆运动,太阳恰好就处于椭圆的焦点

第二定律:行星在相同的时间扫过的面积相等

第三定律:行星的周期的平方和轨道长半轴立方成正比

这三条定律大家不用管具体的含义,你只需知道用这三条定律可以计算出天体的运动情况。

说完天文学的运动再来谈谈地面,地面的运动就要复杂的多,因为地面物体可以处于很多力的叠加,所以对力要进行分解或者组合,但是人们当时根本搞不清楚力和运动的关系,所以人们只能依靠自己的经验和直觉来对物体运动进行判断。

比如亚里士多德就说过,如果有两个球放到铁塔上,一个球轻一个球重,当把两个球同时放开,重的球会先落地。当然现在我们肯定知道两个球是一起落地,但是当时人们的经验却表示重的物体下落的更快,比如一个石头放开的一瞬间下落的很快,但是一根羽毛放开的一瞬间会在空中飘会儿才会落地。

不过牛顿却从这些直觉中脱离出来,用理性战胜了直觉,牛顿发现一个物体运动其实不需要受力,意思就是力不是维持运动的原因。当时很多人根据经验都会得出结论,一个物体要想持续运动,甭管做啥运动,你必须要持续给物体一个力,举个例子,你推一个下推车,你持续用力车就走了,但是你一旦放开车,车慢慢就又会静止,所以直觉告诉我们,脱离了力物体就会静止。

当然现在我们也知道,放开手后为啥小推车会静止,因为小推车受到了地面的摩擦力,所以当初人们的直觉其实是因为对小推车受到的力没有分析完整,漏掉了摩擦力。

牛顿提出“运动物体无需受力”这个观点,在当时看来已经很反直觉了,不少大咖人物都喷这种观点,不过好在科学的争论从来不是口舌胜为主,而是实验数据为主,所以实验数据支持了牛顿,大咖们也无话可说。当力不再是维持物体运动的原因,那么力到底对物体运动有啥作用呢?牛顿发现,原来力是改变物体运动状态的原因,比如一个物体速度是10m/s,如果物体不受力,将继续保持10m/s,也就是物体做匀速直线运动,无需力的支持就可以进行下去。

但是一旦给这个物体一个力,物体的速度就可能会变成20m/s或者15m/s,也就是说力是改变物体速度的原因,用正规的表达方式就是:力是改变物体运动状态的原因。

当牛顿分析出力对物体运动的作用后,相当于把大家从一个长久以来建立的直觉经验打破了,人们不禁感叹牛顿的厉害,不过事情并没有完,牛顿后来发现了一个非常惊人的秘密,这个秘密是啥呢?我们下期再谈,我是《小彭来给您解惑》,大家如果喜欢我的内容可以关注我,如果对文章有异议可以留言评论。