时间: 2023-07-26 文章来源: 洋蜜蜂Online Tutor
本系列里小编将为大家分享物理学部分分支中一些常见及重要的定理，包括经典力学、电磁学、光学、热力学、量子力学、相对论、原子物理学、凝聚态物理学、粒子物理学、天体物理学等。
今天洋蜜蜂小编要分享的是经典力学及其相关定理。
经典力学是物理学中研究物体运动和相互作用的基础分支。它建立在牛顿的力学定律基础上，并以牛顿的经典力学理论为核心。英国物理学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton）在17世纪晚期发现和提出了三大定律、动能守恒定律、能量守恒定律。这些定理被总结在牛顿的经典力学理论中，该理论奠定了经典力学的基础并成为物理学的重要里程碑。
牛顿通过对物体运动的观察和实验研究，提出这些定律，这对于解释和预测物体的运动行为具有重要意义。牛顿的贡献对于科学的发展和现代物理学的奠基起到了至关重要的作用。他的经典力学理论在当时成为了一种革命性的思想，为后续科学家提供了强大的工具和方法，使他们能够进一步探索自然界的规律和现象。
以下为定律的主要内容：
牛顿第一定律（惯性定律）
物体在没有外力作用下保持静止或匀速直线运动。物体的状态保持不变，直到外力引起其运动状态的改变。换句话说，物体具有惯性，需要力来改变其运动状态。
牛顿第二定律（运动定律）
物体的加速度与作用在其上的力成正比，反比于物体的质量。数学上可以表示为 F = ma，其中 F 是作用力，m 是物体的质量，a 是物体的加速度。这个定律说明了物体的运动是由力决定的，力越大，加速度越大；物体的质量越大，加速度越小。
牛顿第三定律（作用-反作用定律）
对于任何两个物体之间的相互作用力，两个物体所受的力大小相等、方向相反，并且作用在不同的物体上。换句话说，对于任何一个物体施加的力，必然会有一个等大反向的力作用在另一个物体上。
这三条定律共同描述了物体在受力作用下的运动规律和相互作用的特性。它们为解释和预测物体的运动行为提供了基本原理和数学工具。牛顿力学定律适用于中等速度和尺度的物体，在大多数日常生活和工程应用中都是非常准确和实用的。
动量守恒定律
在一个封闭系统中，如果没有外力作用，系统的总动量保持不变。动量是物体的质量乘以其速度，即动量 = 质量 × 速度。这个定律指出，当一个物体给另一个物体施加力时，前者的动量减小，后者的动量增加，但整个系统的总动量保持不变。
能量守恒定律
在一个封闭系统中，能量不会被创造或销毁，只会从一种形式转化为另一种形式。能量可以存在于多种形式，如动能（由物体的运动引起的能量）、势能（由物体的位置或状态引起的能量）等。能量守恒定律指出，封闭系统的总能量保持不变。
尽管这些定理在后来得到广泛接受和验证，但当时也存在一些质疑和争议。质疑主要来自于科学界的其他学者和观察者，包括：
行星运动的椭圆轨道
牛顿的万有引力定律成功地解释了行星运动的椭圆轨道，但是当时还有其他关于行星轨道的理论存在，如基于圆周轨道的传统天文学理论。这些理论对牛顿的观点提出了挑战。
光的性质
牛顿在其《光学》一书中提出了粒子理论，即将光看作是由小颗粒组成的。然而，当时还有其他科学家支持光的波动理论，如荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）提出的波动理论。这引发了光的本质的争议。
非接触力的传播
牛顿的引力定律涉及到非接触力的传播，即物体之间的相互作用不需要直接接触。这一概念在当时也引起了质疑和争议，因为人们对于非接触力如何传播的机制还没有完全理解。
随着时间的推移，通过实验和观测的进一步验证，牛顿的理论逐渐得到了广泛认可。尽管后来相对论和量子力学等新的理论发展了起来，但牛顿的经典力学仍然被视为对于宏观物体运动的准确描述。
牛顿在研究期间比较孤独，很少与其他科学家分享他的工作。他倾向于在私下进行研究，并将其结果保存在笔记中。这使得他的工作在当时并不为广泛人知，也导致了一些争议和争执，尤其是与德国数学家勒布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）之间的关于微积分的优先权争议。微积分是数学中研究变化和求解极限的一个分支，牛顿和勒布尼茨被认为是独立地开发了微积分的基本概念和符号表示法。
1665年至1666年期间，尤其是在伦敦大瘟疫期间，牛顿独立地发展了微积分的思想和方法，并将其应用于物理学和天文学等领域。然而，牛顿在当时并没有将其工作公开发表，而是保存在个人笔记中。
牛顿在研究物体的运动时，遇到了一些难题，例如如何描述速度和加速度的变化，以及如何处理连续性和无穷小量。为了解决这些问题，牛顿独立地发展了差分法和极限概念，并将它们应用于力学问题的求解。
差分法是一种近似方法，通过将连续变化的量分割成小的离散量来处理问题。牛顿将物体的速度和加速度视为连续变化的量，通过差分法来近似描述它们的变化。
极限概念是微积分的核心概念之一，用于处理无穷小量和趋于无穷大的过程。牛顿引入了极限的概念，并使用它来解决物体的运动问题，例如通过将时间间隔无限缩小来确定瞬时速度和瞬时加速度。
勒布尼茨是一位德国数学家，他在1670年代独立地发展了与牛顿类似的微积分理论，并使用了一种新的符号表示法，即微分和积分的符号。勒布尼茨在1684年公开发表了他的微积分理论，并受到了广泛的赞誉和关注。
在后来的几年里，牛顿和勒布尼茨之间的争议逐渐升级，争议的焦点是关于微积分的优先权。双方都声称自己是微积分的真正发明者，并指责对方侵犯了自己的发明权。
争议最终在1711年通过皇家学会的仲裁得到了解决。仲裁委员会认定牛顿在1665年至1666年期间就已经发展了微积分的基本思想，而勒布尼茨在1670年代才独立地发展了自己的微积分理论。因此，牛顿被认定为微积分的优先发明者。
尽管牛顿被认定为微积分的优先发明者，但勒布尼茨的符号表示法和他对微积分的贡献也被广泛采用，并成为了现代微积分的基础。因此，牛顿和勒布尼茨都被视为微积分的重要贡献者，他们的工作共同推动了数学的发展。牛顿发展微积分的动机是为了解决他在物理学研究中遇到的问题。微积分成为他描述和分析物体运动的强大工具，并为其经典力学理论的建立提供了数学基础。尽管他的方法与勒布尼茨的方法有所不同，但牛顿的微积分对物理学和数学的发展有巨大贡献。
经典力学在现代科学和工程领域仍然有广泛的应用。尽管相对论和量子力学等新的理论已经发展起来，但在中等速度和尺度范围内，经典力学仍然是描述物体运动和相互作用的有效工具：
机械工程
用于设计和分析机械系统、运动学和动力学的建模、机械结构的强度分析等。例如，经典力学的力学定律可以应用于汽车工程、航空航天工程、机械设计等领域。
天体力学
天体力学研究天体的运动和相互作用，包括行星、卫星、彗星等天体的轨道和运动行为。经典力学的万有引力定律为研究和预测天体运动提供了基本原理。天体力学的应用包括行星轨道计算、卫星轨道设计、天体引力相互作用的模拟等。
统计力学
统计力学是研究大量粒子系统的力学行为的分支。在统计力学中，经典力学的基本原理被用来描述和分析大量粒子的宏观行为，如气体的状态、热力学性质等。
材料科学
用于分析和设计材料的力学性质。它可以应用于弹性力学、塑性力学、断裂力学等领域，用于预测材料的强度、刚度、变形行为等。
生物力学
生物力学研究生物体的运动和力学特性，包括动物运动、人体运动等。经典力学被用于模拟和解释生物体的运动、肌肉力量、关节力学等。
除了以上领域，经典力学还在许多其他学科和应用中得到使用，如流体力学、声学、振动工程、地球物理学等。虽然在某些情况下需要考虑相对论和量子效应，但经典力学仍然是大多数日常生活和工程应用中的准确描述物体运动的理论。
经典力学相关定理还是非常多的，学习的过程中切忌背公式，反复研究实验无疑是加强定理认知的最佳途径，毕竟熟能生巧嘛！如果是涉及经典力学等物理辅导方面的内容，可以试试洋蜜蜂在线辅导品牌。
我们提供优质的老师为你1v1辅导，提供专业留学辅导：数学Mathematics、物理physics、化学chemistry、生物biological sciences、地球科学earth scaiences、计算机科学computer sciences、医学medicine、工程学Engineering、会计Accounting、统计学statistics、精算科学Actuarial Science等涵盖大学90%以上科目。
