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导读
展示物理学分析问题的方法,从苹果到牛顿、开普勒、卡文迪许和爱因斯坦......物理学整个学科的创立从牛顿1687年的名著《自然哲学的数学原理》开始。哲学中自由的思辨在科学里成为大胆的假设,运用数学和逻辑进行严格的推理。更重要的是必须用实验和观测结果做最终检验真理的标准。物理学就是哲学、数学与实验相结合后产生的科学。
1687年,如日中天的康熙皇帝,独自在后宫跟传教士学几何,玩自鸣钟。但遥远的西方产生了面向大众的科学,一个多世纪后就改变中国的国运。
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和正在学物理的朋友谈物理方法
即便你不是物理专业的,你应该也听说过这个故事:牛顿在苹果园中看见苹果掉在地上(也有说被苹果砸中头的),悟出了万有引力定律。这个故事是否可信?从科学的角度我们可以问,一位训练有素的物理学家,能否在当时的条件下,从苹果的落地推导出万有引力定律?答案是肯定的。
准备知识
要想再现牛顿在苹果园中的思考,我们首先要清楚在那个著名的苹果落地之前,牛顿已经知道什么。牛顿当时掌握的知识,大部分都已经被今天的高中生学到了。
首先是牛顿的力学三定律:
第一定律:如果不受力,物体保持匀速直线运动
第二定律:如果受力,物体的质量乘以加速度等于受力,F = ma
第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力大小相等方向相反
太阳系的结构:经过天文学家的长期努力,破除了宗教迷信,人们已经知道地球和行星都围绕着太阳转。不仅如此,天文学家还对地球和几颗主要行星的轨道进行了精密的观测。这些轨道的数据,对发现万有引力定律起到了决定性的作用。
此外,牛顿掌握的数学工具,比今天的高中生多一些。牛顿发明了微积分,微积分在发现万有引力的过程中,也提供了帮助。
对于物体的下落和重力,物理学早已研究得很清楚了。早期的人类,天真地认为重的物体比轻的物体下落快。也有聪明人意识到这肯定不对,他是这样推导的:
把一个重的物体和一个轻的物体绑在一起,会形成一个更重的物体。如果重物比轻物下落快,那这个更重的物体一定下落更快。另一方面,