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龚明

教师姓名:龚明
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学位:博士
职称:教授
所属院系:物理学院
学科:物理学    
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力学
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力学发展历史


关于早期人类的讨论


人类起源于非洲,后来在10万年前开始扩散到地球的其它地方。这些人为了适应恶劣的环境,艰苦地生存着。他们需要发明语言、文字,以便于交流;需要驯服动物和植物,需要发明工具,需要认识世界的基本规律,这样才能生存下来。所以,无论我们今天有还是没有相关记载,早期的人类肯定在这场与自然的拼斗中积累了相当多的经验。比如他们知道如何使用火,如何治疗一些简单的疾病,如何制造和使用工具,如何使用轮子、船和杠杆等以节省力气等。所以,无论这些重要的经验是否以文字的方式流传下来,它们必然存在。


力学发展过程中,为什么浮力、杠杆最早发现?而力学、电磁学、热学要慢得多?


我们注意到,关于物理学定律,最早是杠杆和浮力,后来才是牛顿力学、热力学、光学和电磁学等。尽管力和运动的关系、自由落体、热等更接近日常生活。背后的原因是,杠杆定律最容易被实验检验。在古希腊,由于存在几何和比例,以及《几何原本》,杠杆的规律可以很容易用公理体系建立。相比之下,力学中力和运动的关系,如何定义运动等,尽管看起来很简单,真正要找到背后的原因并不容易。至于后面的热学,就更复杂了,因为我们很难清楚地知道为什么有些东西热,有些凉, 在没有温度计的时候,我们也很难知道热的本质是什么。科学的发展,总是由简单到复杂,逐步进展的。


古代力学发展


首先介绍古代地力学。我们在6000年前的古埃及的壁画中可以见到很多力学方面地知识,包括天平、船、杠杆等。同时期的中国古人也会使用船、杠杆等。显然,它们都是省力工具。古代的人,当然也知道物体会下落,并可能会思考背后的原因,无论有没有相关的记载,或者是说他们的理解是否正确 --- 他们缺乏实验,所以肯定是不正确的。在这些检验中,有一些检验是值得称道和讨论的,即力和运动的关系。比如墨子说,“力,刑【形】之所以奋也。”这里,形表示形状、状态,奋,表示活跃或运动,所以这句话的意思非常接近于力是运动或者状态改变的原因。中国古代的文字,往往只有只言片语,缺乏系统的逻辑和论证过程,所以仅凭借这几个文字很难真的辨析出它的真实意思。在古代,一般来说很难区分力是运动的原因,还是运动状态改变的原因。很久以后,到了伽利略,这些概念才被真的弄明白。


后来,在古希腊时代,力学开始系统化、数学化和功利化。其中最容易弄明白的是杠杆和浮力,而且古希腊的几何中比例的概念,已经足够描述这些物理。