【物理科普】开局一个牛顿和若干定律，如何一统力学江湖？
假设您生活在牛顿时代，您将如何根据现有的经验和法律建立学校并创建完整的机械系统？在本文中，让我们尝试回顾牛顿的机械统一过程。
牛顿出生于1642年，首先让我们简要介绍《时代的背景》。那一年，现代科学之父伽利略刚刚去世。开普勒（Kepler）使用“三种行星运动法则”作为天空，他刚刚在12年前去世。提出现代心形理论的哥白尼去世，他于99年前去世。哥伦布发现了新世界。它发生在150年前。当时，资产阶级革命在英国爆发（1640年）。一个世纪前的宗教改革已经使英国无法控制罗马天主教堂，因此牛顿不再像哥白尼和伽利略那样紧张地进行研究。
新时代提出了新的问题，牛顿之前的问题很明显：力量与运动之间有任何关系吗？如果是这样，那是什么样的关系？
01牛顿的沉思
回到牛顿的时代，世界上的一切都在不断移动：蝴蝶在天空中飞来飞去，动物在地面上跑到低矮的地方，标题中的足球会在天空，太阳，月亮和月亮和当地球向东和向西跌落时，星星被包围，为什么它们要移动？什么是共同的规则？
亚里士多德说，力是造成物体运动的原因，伽利略已证明是胡说八道。伽利略通过严格的实验证明，力不是运动的原因，而是改变物体运动状态的原因（加速的原因）。 ）。如果我们在非常光滑的地面上给物体一个初始速度，则该物体将以恒定的速度直线移动，而永远不会停止。那么，为什么在没有一步之后，自行车慢慢停下来呢？那是因为面对地面时，对自行车有摩擦的抗压。正是这种阻力改变了自行车的运动状态并减慢。
这样，可以使用相同的原则清楚地解释所有滚动和滑动，包括人类和动物的步行。人们为什么要通过努力推动地面来向前走？由于一个人可以向前迈进，因此必须有一支向该人行动的前进力量。那么这力量从何而来呢？
目前，我们发现了牛顿第三定律出现的原因：当人们向后推地面时，地面会给您带来前进的摩擦力；当人们穿着滑轮鞋上的墙壁时，他们将沿墙壁相反的方向撤退。 ，那是因为您将墙壁推向墙壁，墙壁也会给您向外推力，这使您移动。通过一些实验验证，牛顿发现了牛顿的第三定律：作用和反作用力的大小相等，方向相反。
有了Niu San的奖金，您在地面上苦苦挣扎和滚动的所有事情都可以以统一的方式来解释，但是还有另一个很难解释的主要类别：人们显然可以在步行和骑行时与地面接触自行车，所以很强大是正常的。 ，但是为什么苹果要掉落在地面上并流到下部？
根据伽利略的说法，由于苹果落在地面上，因此一定有一支向下的力作用在苹果上，但没有什么使苹果碰到的kaiyun全站网页版登录，所以这是什么向下力量？你来自哪里？没有接触而产生某种力量？牛顿的想法被困在这里。
02定量计算
伽利略不仅发现了牛顿的第一定律（惯性定律），而且发现了牛顿的第二定律：力与物体的加速成正比，即f = ma（f是物体所约束的联合外部力量，是物体的惯性质量。有了这种理解，我们可以分析最简单的运动状况：在恒力下对象的运动。
由于对象的加速度与外力成正比，因此，如果对象施加的外力是恒力的力，那么对象的加速度也是一个恒定值，并且对象的速度随时间而均匀地变化。这是最简单的速度线性运动。
伽利略对统一速度变化问题进行了分析：假设对象的初始速度为0，最终速度为V，因为对象随恒定加速度A均匀地变化，则对象的平均速度应为（0 0） +v）/2 = v/2，因此对象移动的距离等于时间（t）平均速度（v/2）的时间（t）：s = tv/2。
此外，由于对象以均匀的速度移动，因此它们的最终速度等于加速度时间：v = at。将此V替换到上面的距离公式中以获取：S = TV/2 = T*at/2 =（at^2）/2。
以上方程获得了均匀可变速度对象移动，加速度和时间的距离之间的关系。由于均匀可变速度对象的加速度是恒定的，因此对象移动的距离与时间平方成正比。
任何中学生现在都知道这个公式，但是当时这是一个非常重要的发现。伽利略发现了均匀加速对象的距离和时间之间的关系，因此他还可以使用此公式来确定运动是否是均匀的加速度。在运动中，它可以测量物体运动距离与时间变化之间的关系。如果距离与时间的二次力量成正比，则可以证明这是统一的加速运动。
然后，伽利略发现了一个重要的事实：自由秋季运动是统一的加速运动。
自由秋季运动是物体在没有其他力量的情况下自由落下的物体运动。例如，当苹果成熟并落在地面上时，作为自由秋季运动，它可能是近似（忽略空气阻力）。自由秋季运动意味着什么？这意味着自由下落运动的加速度是恒定的，根据牛顿的第二定律，加速度与力成正比，因此，移动自由下落运动的物体接收到的力的大小是恒定的。
因此，牛顿在这里理解，使苹果跌落的力是一种恒定的力量，它仅与苹果的质量有关，这将使物体均匀地加速运动。但是我不能再把它推回去！
030,000重力
单词分为两个部分，地面上的东西被卡住了。让我们看一下天空的情况。
半个世纪前，开普勒通过观察Tycho的行星运动数据来总结了行星运动的三个定律。这三个法律的背后，必须有更深入的法律。如果您发现它，您将成为以后来的科学家。任务，牛顿首先发现了普遍的重力定律，该法律以其惊人的数学才能来控制行星的运动：
其中，f是行星暴露的力，m和m是两个物体的重力质量，r是两个对象之间的距离，g是通用引力常数。通过此公式计算得出的行星轨道非常匹配数据（实际上，该公式最初是通过数据〜编制的）。
但是，行星提供了通过这种重力进行圆形运动的中心力，那么如果没有运动，该怎么办？换句话说，如果一个物体是静止的并且没有初始速度，并且仅受到此重力的影响，它的运动会是什么样？
分析也非常简单：牛顿的第二定律告诉我们f = ma（外部力量组合等于惯性的质量乘以加速度）。由于物体是普遍重力的联合外力，然后将上述公式代替重力为牛顿的第二定律，因此可以计算加速度，即：
这里有一个问题。公式的左侧和右侧有一个质量m。可以预约吗？在中学学习物理学时，教师基本上默认情况下预约了。实际上，这两个品质的概念是不同的。左边的M是牛顿第二定律中的群众。该质量代表对象的惯性能力的大小，因此称为惯性质量。右侧的质量M表示物体的重力大小，该质量称为重力质量。这是两个不同的概念，尽管两者都是质量。但是在牛顿时代，每个人都违约了检查它，并认为惯性和重力的质量与质量相同（实验没有发现很小的准确性）。后来，艾因·斯坦（Aiyin Stan）敏锐地捕捉了这种差异，并成为一般相对性灵感的重要来源。
在两侧排列质量M之后，我们得到：a = gm/r^2。
这是什么意思？这意味着，如果一个物体仅受到地球的严重性的约束，则可以像这样写出其加速度，它仅从地球的质量中，距离从物体到地球质量中心的距离R（在地球的表面上，它大约等于地球的半径），并且重力常数与之相关，这三个数字是 - 恒定数字！因此，加速度A也应为固定值。
04最大的大脑
现在，有两个线索出现在天空和地下下方：在地面上，伽利略发现自由秋天运动是通过测量距离与时间之间的关系而统一的加速运动。在天空中，牛顿分析了仅在普遍重力下移动的物体的运动，发现这也是统一的加速运动，其加速度仅与地球的质量，半径和重力常数有关。
但是，尽管牛顿发现了引力常数g，但他无法衡量其价值（实验受到限制kaiyun全站登录网页入口，直到100年后，卡文迪什才测量了引力常数g的价值），因此牛顿只知道那个加速度是一个恒定值，但是无法计算出多少数量，否则可以直接验证它。
仅受到地球重力的自由秋天运动和运动的加速度都是固定值。他们是同样的动作吗？这只是一个巧合，还是背后的基本原因？如果苹果上的地球重力恰好是允许苹果自由掉落的力，那么水流向下部，而球和天空中的弧形和贝壳的弧相同，那么一切都将被解释。
如果这是真的，那么我正在研究地球，而天空也遵循相同的规则。星空的天空将不再是神秘的，太阳系中的上帝将不再有能力发布命令！牛顿，牛顿，你知道你在想什么吗？如果这是真的，那么天空和地球就不会有秘密。这个想法太疯狂了！
经过仔细的考虑，牛顿终于给出了积极的答案。在重力的帮助下，发现了那个时代在地球上移动的所有力量来源。根据牛顿的第二定律，力是加速物体的原因。因此，只要我了解对象所承受的力，我就可以通过niu er知道对象的加速度。一旦知道加速度，我就会知道对象如何移动。以下内容不过是简单或更复杂的计算。
05运动和运动学
因此，将随后的所有问题分为两个部分：部分是分析对象的应力状态。我们现在知道，人类已知的各种力量最终是重力kaiyun官方网站登录入口，电磁力，强力和弱力。在牛顿时代，尚未发现电磁力，强力和弱力，因此重力几乎是唯一的。 。在理解重力的特性之后，我们可以基本分析移动对象的应力，这称为动力学。
分析了对象的所有应力条件后，可以使用牛顿的第二定律计算加速度，然后可以分析对象的运动条件。我们想知道对象在何时何地，其速度是什么，以及对象力量引起的加速度将如何改变对象的运动。该部分称为运动学。
让我们仔细研究牛顿第二定律的方程：f = ma（f是对象受到对象的组合外力，m是对象的惯性质量，a是加速度）。该方程的左侧是f，代表对象的力，对象的右侧是加速度A，代表对象的运动。因此，牛顿的第二定律实际上是动态与运动学之间的联系。它告诉压力对象如何移动，因此非常重要。
06结论
我计划写这样的文章的原因主要是因为当我们在中学学习物理学时，教师从考试的公式开始了更多，并专注于在典型的运动场景中使用哪些公式。由于初中入学考试的物理考试内容不能超过教学大纲，并且不能涉及微积分，因此相对论和量子力学只能涉及一点，而电磁学的内容也不涉及麦克斯韦的方程式。因此，在这种情况下，为了区分候选人的能力，他们可以提出的问题非常有限。
牛顿力学是它的重点，而没有涉及微积分和分析力学，其内容确实很简单。因此，发问者只能不断使体育场景变得复杂。一个小球无济于事。我做了三到五个小球，再加上各种弹簧和各种圆形运动，我可以在一个场景中尽力而为。去更多的事情，所以问题变得困难。另一个想法是，我不遵守规则，也没有测试您的公式的基本应用（实际上，它也是最常用的应用程序）。我将选择一些您无法想象的不受欢迎的应用程序，并创建一些严重与现实的场景。取得意外的结果。
这种治疗方法确实达到了增加问题和区分学生的难度的影响。但是，在此类问题的指导下，学生和老师应该如何面对物理？物理学最初是一门研究自然定律的科学，但是当他们研究物理学时，他们不得不将精力花在人工创造的各种奇怪场景上，熟悉了公式的各种奇怪的变形，以解决测试纸中的不受欢迎的报价。这真的很好吗？
本文粗略地模拟了牛顿建立机械系统的过程。我不想听到很多在听班时从天上掉下来的事情，所以我也希望我的读者可以清楚地知道牛顿是如何逐步知道他如何看待建立机械系统的方式是最重要的。 。一旦这个过程很清楚，这些公式将不再是冷公式，而是具有温暖，有意义和情感的感觉。您会清楚地知道它们来自哪里以及它们要去哪里。
只有这样，只有在思想中才能形成清晰的物理图片，这样我们才能感受到物理学的壮观美。
