力学基本规律的形成.ppt

1,第一章　力学基本规律的形成§1.1　历史概述,,2,3,4,5,6,7,8,,,9,《墨经》,《墨经》是《墨子》书中的重要部分，约完成于周安王14年癸巳（公元前388年）《墨子》是我国战国时期墨家著作的总集，是墨翟（人称墨子）和他的弟子们写的墨翟是鲁国人（约公元前468～376），他是一个制造机械的手工业者，精通木工墨子一派人中多数是直接参加劳动的，接近自然，热心于对自然科学的研究，又有比较正确的认识论和方法论的思想，他们把自己的科学知识、言论、主张、活动等集中起来，汇编成《墨子》《墨经》有《经上》《经下》《经上说》《经下说》四篇（一说还包括《大取》《小取》共六篇）《经说》是对《经》的解释或补充也有人认为《经》是墨家创始人墨翟主持编写成自著，《经说》则是其弟子们所著录10,《墨经》,《墨经》的内容，逻辑学方面所占的比例最大，自然科学次之，其中几何学的10余条，专论物理方面的约20余条，主要包括力学和几何光学方面的内容此外，还有伦理、心理、政法、经济、建筑等方面的条文《墨经》中有8条论述了几何光学知识，它阐述了影、小孔成像、平面镜、凹面镜、凸面镜成像，还说明了焦距和物体成像的关系，这些比古希腊欧几里德（约公元前330～275）的光学记载早百余年。

在力学方面的论说也是古代力学的代表作对力的定义、杠杆、滑轮、轮轴、斜面及物体沉浮、平衡和重心都有论述而且这些论述大都来自实践11,鲁班,我国春秋时期著名的发明家和建筑工匠姓公输，名般，鲁国人出生于手工业奴隶家庭由于班与般同音，故称鲁班 鲁班的一生有很多发明，还出色地完成了许多建筑工程他的发明以木工工具为多，一生又多为从事木瓦工和建筑工程工作，故旧时，木工、泥瓦工等建筑工匠都尊称他为“祖师” 相传，木工工具如刨、锯、墨斗、曲尺等都是鲁班发明的特别是攻城的云梯和磨粉的碾都是他的重要创造，这对军事和生产都有重要作用民间还广泛流传着他的许多发明故事如传说鲁班制成的木鸟在天上飞了三天，他发明的木马，由一个木人驾驶，可以自动行走这些传说虽不完全符合实际，但足见他的发明才能确是相当高超的12,根据亚里士多德的观点，物体的运动(亚里士多德称之为“位置运动”)也可用下列的目的论来说明首先，空间是各向同性、无限广延的；其次，在宇宙中心，即地球中心的外围，形成了一些层次，在这种层次式的宇宙中，各物体都具有其固有位置物体如果处于固有位置，它就继续保持稳定而静止的状态，一旦受到外力的作用，就要移到其他的位置上，由于其本性，它便开始作返回固有位置的运动，这样的运动叫做自然运动。

重的物体在下方(靠近宇宙中心的地方)具有固有位置，于是取掉它的支撑物，它就会落向下方非自然运动都是由某些外部的作用因引起的，因此称为强制运动自然运动、强制运动,13,自然运动、强制运动,亚里土多德自然哲学的另一个特点，就是对天和地严加区别如前所述，既然空间是分层次的，天地之间当然存在着质的差异，其分界在月球处：月球之上的天，是摆脱了一切变化的完美无缺的世界，天体运行的自然运动描绘出完整的圆形在月球之下的世界里，万物皆变，生灭不息，物体的自然运动为直线地上的世界是由土、水、空气、火四种元素构成的而天则是由有灵魂的第五种元素以太构成的天由几层同心球形成，各个球和附着在它上面的星星一起围绕地球旋转14,阿基米德与数学,亚里士多德重视经验，却拒绝在自然学中使用数学他认为，用脱离经验的抽象数学来处理具有不完美性特征的地上事物，本质上是不能采纳的从目前来看，正是和原子论相媲美的数学，才是希腊留给近代科学的伟大遗产以明确的一定格式化的公理和定义作为出发点，根据严密的逻辑推理，相继导出新命题，这种论证知识的数学，公元前四世纪已经在希腊诞生了而且，阿基米德(Archimedes，公元前约287—212)早就运用数学方法证明了杠杆原理，讨论了浮力。

这在当时只是一个例外，只是到了近代科学建立的黎明时期，阿基米德才成为人们敬仰的楷模15,蔡伦,蔡伦(？一121）， 我国著名的造纸技术发明人东汉挂阳(今湖南郴州市)人 蔡伦于东汉永平末年进入皇宫当差和帝时，为中常待，曾任主管制造御用器物的尚方令安帝元初元年(公元114年)封为龙亭侯他经历了五代皇帝，在宫中任职长达46年 蔡伦的伟大功绩是在总结前人实践经验的基础上，发明了造纸术，这不但对我国，而且对世界的科学文化技术的发展作出了不可磨灭的卓越贡献16,蔡伦,1957年的考古发现证实了西汉早期就有灞桥纸；1958年又发现了西汉麻纸，但这些纸系用大麻纤维制成，很粗糙，技术传播也缓慢，很可能没有得到推广和生产使用公元105年(考古发现最早的蔡伦纸是公元150年左右生产的)．蔡伦主管造纸他在总结劳动人民实践经验基础上，对造纸术进行了改革，他利用树皮、麻头、破布、旧鱼网等为原料，制出了平整、光滑、廉价、实用的纸，很快得到推广，当时人们称这种纸为蔡侯纸 蔡伦的造纸术，随着中外文化的交往，先后传到了朝鲜、越南、日本（7世纪)、阿拉伯(8世纪)等地，13世纪后开始在欧洲广泛生产和使用17,张衡,我国东汉伟大的科学家、文学家。

字子平出生于河南南阳西鄂石桥镇(今河南南阳市北)一个破落地主家庭公元112年，他34岁时从《太玄经》中开始接触数学和天文学以后的二十余年中，他的全部精力集中于自然科学他曾两度担任执管天文的太史令从公元115年任太史令主持天文观测工作开始，他用了多年时间广泛深入研究天文学上的不同学派的观点，创造性地发展了浑天说思想，写出了《灵宪》这一著名著作18,张衡,在汉代以前，我国的宇宙理论，大体分为三种一种是盖天说它认为，天是—个半球形的盖，南高北低，象斜放着的伞，盖于地面之上环绕大地的是海洋，天盖在大地边沿浸入海中，天地都由它们下面的气所撑起天与地之间相距八万里《敕勒歌》“天似穹庐，笼盖四野”,天圆地方，天尊地卑；天坛为圆形，地坛为方形19,另一种是宣夜说此说认为，除了地和天以外，字宙无形亦无质，空间是虚空和无限》的天体是浮于“元气”或“刚气”之上自由运动的宣夜说没有涉及天地形状和天体的运动，主要是一种哲学观点关于宣夜说的命名，清代邹伯奇说："宣劳午夜，斯为谈天家之宣夜乎？"宣夜说之得名，是因为观测星星常常闹到夜半不睡觉宣夜说的历史渊源，可上溯到战国时代的庄子《庄子·逍遥游》："天之苍苍，其正色邪？其远而无所有至极邪？"用提问的方式表达了自己对宇宙无限的猜测。

宣夜说自然观的基础是元气学说20,浑天说在我国古代是始终占主要地位的宇宙论它一直被认为是正统的官方的学说从汉代开始以后的千余年中长期广泛流行，支配着历代的天文观测和历法的制定浑天说主张大地是个球形，外裹着一个球形的天穹，地球浮于天表内的水上汉代天文学家张衡在《浑天仪图注》中说："浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄天地各乘气而立，载水而浮．．．．．．天转如车毂之运也，周旋无端其形浑浑，故曰浑天",张衡,21,,张衡的浑天说认为，天是一个卵形的球体，直径为200万里，南北向比东西向短1000里；地在天之中，天似蛋壳而地似蛋黄；地靠水浮着，天靠气支撑，半边天在地上，‘半边天在地下，日月星辰则附于天壳之上，随天周日旋转后来张衡又把地浮于水上改为地悬于气中张衡的浑天说奠定了我国天文理论的基础浑天说的基本思想是地心说，认为大地是不动的22,张衡,张衡不但是一位精通天文历算的理论科学家，而且更是一位实验科学家和发明家他曾制作了多种天文仪器和其他仪器，创制了世界上最早的利用水力转动的浑象，即浑天仪水动浑象是一个铜球，天空中的星辰都布于球面上利用水力推动铜球一天转动一周，星辰的出没升降与实际天象相吻合。

公元132年张衡创作的候风地动仪，是世界上最早测定地震的仪器候风地动仪系铜铸，形如大酒樽，顶置凸起盖子，周围八个方向各有一个龙头，口含一粒铜球；下面对着张开口的蛤蟆，哪里发生地震，对准那个方向的龙头嘴便张开，铜球便落入蛤蟆口中据记载，它的灵敏度很高它比外国的地震仪器早1700多年 张街认识到宇宙是无限的，在《灵宪》中，明确提出了“宇之表无极，宙之端无穷”的观点他还认识到行星运动的快慢与距离地球的远近有关张衡第一次正确地解释了月食的成因，说明了月光是日光的反照，月食是由于月球进入地球影中而形成的 张衡对数学也有研究他曾计算出圆周宰为3.16，比印度和阿拉伯的数学家算得的同样结果早500余年23,托勒密,古希腊天文、数学、地理、地图学家生于埃及生活在罗马时代(前30年埃及已被罗马征服)公元127到151年，居住在亚历山大城，并且在那里一直从事自然科学工作，特别是进行天文观测工作关于他的生平，人们几乎一无所知托勒密是中世纪在欧洲占统治地位的地心说的主要代表他的主要著作《至大论》(亦称《天文大全》，在中世纪被推崇为标准的权威天文著作此书中心是论述宇宙的地心体系，又称“托勒密体系”。

这个体系认为，地球居于宇宙中心不动，日、月、行星都环绕地球运行托勒密体系在天文学界统治了一千多年托勒密体系是在进一步完善了希帕克等人的地心说基础上发展起来的托勒密致力于改进和发展三角学，力求把天文学建立在数学的基础上他把描述日、月、行星运动的本轮和均轮的数目增加了，可以更精确地计算星体的运动他的计算结果更接近于实际观测，因而为地心说提供了数学基础，使之更有利于广泛传播24,托勒密,托勒密的地心说宇宙模型：　继承了古希腊的所谓圆球观念，把宇宙设计成为大球套小球，小球边上甚至还要穿插小小球的复杂圆球体系这个圆球的球心就是地球的球心，而恒星、太阳和月亮分布在大小不同的球面上围绕着地球作圆运动；诸行星（水星、金星、火星、木星和土星）既要在各自的小球上围绕地球作圆运动，又要围绕各自的小小球的球心作圆运动，这样才能解释为什么表观上看到的它们既有顺行运动又有逆行运动的现象25,托勒密,托勒密的地心说与张衡的浑天说有很大相似之处，但也有若干不同之处，特别是在数学的运用上，浑天说仅仅停留在定性的认识上，对地球的大小没有科学的认识托勒密的地心说有较为深厚的数学依据托勒密本人对数学、物理学、地理学和地图学都有深入的研究。

他所计算的月亮与地球的平均距离，为29．5倍地球直径，比希帕克的计算结果更接近于现代数值他进行了古代最后一项重要的地理工作，完成了希帕克曾提出的测定和收集重要城市和沿海岸据点的经纬度的设想托勒密所著《地理学指南》8卷，是当时有关数学、地理知识的总结，策1卷为一般慨述，认为地理学的对象是整个地球，主要研究地球的形状要、大小、经纬度的测定及地图投影法，其他各卷提供了绘图的材料，如各地的经纬度数值等8000多个；有6卷都是用经纬度标明的地点位置表26,托勒密,托勒密的地心说不是科学真理，但也有着定量认识和重于运用数学方法揭示天体运动规律的合理成分，显然托勒密体系比浑天说更进步一些由于充分利用数学方法研究天体运动，托勒密体系很符合人们的经验感觉，因而它曾长期被人们所推崇，直到哥白尼的日心说建立为止托勒密的世界知识也很丰富，比他的前辈对世界情况熟悉得多他对地图学很有研究，并且知道东方的马来西亚和中国27,为什么地心说能占统治地位？,人站在地球上看天象，很自然地就会认为日月星辰都是围绕着在地旋转因为目视天文观测的精度很低，按地心说预报行星位置，又与实际位置相差不多这一学说与《圣经》的内容相符，因而得到教会的大力保护。

28,,在十四世纪，许多经院哲学家热衷于追求冲力理论到了十九世纪末以后，主要是由于迪昂(P．Duhem，1861一1916)的研究，人们才明白了他们当时得出的结论是什么，了解到他们得出了许多与近代科学一致的结论由此，有人说，伽利略力学的大部分已经在十四世纪被发现了然而，不管他们的理论所包含的各个命题单独看来与近代科学多么相似，却不能说这些命题具有近代力学的概念，这些命题是在什么样的目标之下，用什么样的概念框架，以什么样的世界观得出的呢?如果按照当时的历史状况进行考察，就可以明显地看到，不管它们在表面上多么相似，也是和近代科学的发展路线截然不同的要建立近代科学，必须使世界观、概念框架和方法来一个大变革。