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欢迎大家再次来到《力学与现代生活-

开启科学人生》的课堂！

今天我们开始课程的第二大部分：

也就是“第二章 力学浇灌科技开花-

历史的启迪”

在这一章里 我们将给大家讲解

三个方面的知识点--

第一 ：力学发展的三个阶段；

第二 ：科技开花与力学浇灌；

第三：必须点赞的科学四巨人。

在这节课程里，

我们首先给大家介绍

力学发展的‘三大阶段’，

包括：“古代力学、

近代力学、现代力学”，

还有 我们‘中国在古代力学发展

取得的光辉成就’

它们大致 可以用 ‘三个基本常数’

来表征。

下面我们先来看看

“力学发展的三大阶段”。

讲解这一部分之前呢，

请大家注意 如下 一些问题，

希望大家通过我们的讲解呢

来搞清楚 这些问题的答案：

第一个： 我们为什么说

力学能够浇灌着

科学与技术发展的花朵？

第二：

力学经历了 哪三个主要的发展阶段？

它们的分别的时间

及其代表人物是谁？

第三个：我们看看

这个物理学基本常数

里面有三个重要常数，

它们有什么特别的意涵？

第四个： 就是 古往今来

世界科技发展历史状况是怎么样的？

包括：“我们中华文明、希腊文明、

伊斯兰文明、文艺复兴时期”

有什么特点和影响？

第五个：看我们近代的五百年

世界重要的科技发展有哪些大事件？

有哪些重大的科技成就、亮点？

它们的影响怎样？

第六个：中国历代

对世界科技的贡献是怎么样的？

还有 第七个： 我们近代--

也就是 近代20世纪100年，

世界各大 主要大国

科技贡献率怎么样？

中国为什么缺席？

中国的前景如何？

最后呢 我们了解一下：

这个‘科学四巨匠’--

具有重大贡献的四位科学巨星，

他们有 怎么样的、不同的经历、贡献

和缺憾？

从这些问题里面

我们着重注意 有哪些重要的缴(xi,口误)文、

重大的理论、

重大的发明

以及得到一些什么样的启迪？

那么力学呢

事实上是发展最早的、

也是持续最长的自然科学

至今依然不断地焕发着青春！

因此呢 我们说力学的发展历史

本质上就是的科学技术发展历史。

我们在 第一大知识点里面 讲过：

从人类对宇宙天地--

从宏观到微观世界、

物质界到非物质界的认识，

以及4种基本相互作用力的认识，

还有到我们现代生活中的

力学工程应用问题，

它(们)的一一解决，

都是科技发展历史

所积累的成果！

简单回顾这个力学发展历史呢，

可以清晰地感受到：

科技和人类社会发展的

推动的力量源泉、

科技发展历史脉搏的跳动，

以及科技发展和现代生活的魅力成就。

大家可以 现在脑海里边 想一想--

第一时间 你脑子里边 出现那些大科学家？

世界上有些什么重大的科技成就？

可以考虑一下。

现在我们 先介绍一下

“力学发展的三个阶段”

第一阶段：我们叫‘古代力学’

就是从远古时期--

人类的‘远古时期’

到‘牛顿时期’，

也就是 1687年之前。

在这个远古时期 一直到5世纪啊

我们对这个‘力的平衡’以及‘运动’

有了初步的认识；

到中世纪--

也就是 6 到16世纪，

“力、运动以及它们的关系”

这方面的认识呢 有些进展。

在这个十个世纪里面

中国总体是领先的！

我们有 大量的古文献，

有关‘力’和‘速度’的文献描述，

但是始终呢 没有‘加速度’的概念。

在明朝末年--

1368年 到1644年 这个期间，

我们有 宋应星 编著的《天工开物》，

它是我们 古代力学里边的

中国的力学代表作。

那么 后面出现西方的‘实验力学’，

就终结了中国的‘经验力学’。

这个《天工开物》实际上

是 代表着中国的经验力学--

它的著作。

后面经过 众多科学家

做了不可磨灭的贡献、积累，

其中最有代表、具有影响力的

就是阿基米德 这个时间，

阿基米德--

公元前 287年 到212年；

还有伽利略--1564到1642年，

这些科学巨匠的贡献。

最终呢 由牛顿 归纳

整理成了划时代的巨著--

就是《自然哲学的的数学原理》，

我们看这是它的一个封面--

《自然哲学的的数学原理》。

这本书 总结了 前人 在力学方面的

经验的贡献，

最终呢 由‘三大定律’

和‘万有引力定律’

都在这本书里面

有总结。

当然这本书里边还包括:

“阻尼介质的运动”

像：这个“自由落体、抛物体、滚动、

单摆复摆、波动、

自转、公转、回归点、章动...”

这里面呢 对 空气这个介质、

还有其他流体介质的‘阻力’

做了这样的一个结论。

这本书里面 还描述了 气体、

还作为弹性体、

还有可压缩性的气体，

进行了分析和论证，

得到了‘声音速度’的公式。

那么关于这个 宇宙、

天文方面，

对宇宙的体系 进行了描述，

包括“太阳系、彗星、

潮汐现象，

以及‘多体问题’的摄动现象”

都有论述。

其中最有名的

就是我们知道的‘万有引力公式’--

这个万有引力 跟这个质量的乘积(m1xm2) 成正比、

跟这个距离的平方 成反比(1/r平方)。

那么我们这里呢 简单地回顾一下

牛顿的三定律--

大家在初中、高中 可能接触到过：

第一定律呢 讲的是:

孤立的物体

(也就是用质点来表示的)

表示 孤立物体呢 它保持静止

或者 做匀速直线运动。

那么按照 牛顿的数学描述呢

就是这个 合力等于质量 乘上 加速度

如果说 合力等于0 的话，

那么 加速度就等于0，

这时候它的速度保持不变的；

第二定律呢 是这样描述的：

首先 动量呢 是物体在外力作用下，

它 随时间的变化率(dP/dt)

与 物体 受到的力(F) 成正比，

方向呢 跟外力(F)是一致的。

实际上 简单的表达 就是我们说的

力(等于F) 等于ma。

那么对于力呢 做了一个数学上的描述--

就是 动量随时间的变化率，

看到这里是一个导数关系。

物体的运动加速度 a呢

(它是个矢量)

与作用在该物体 它上面的力F 成正比，

方向 与F 是相同的；

第三定律呢 讲的是：相互作用的两个物体,

（比如说 质点）

它们之间的相互作用力(F12），

与反作用力(F21) 总是大小相等、方向相反、

作用在同一直线上，

我们用公式表示的是这样的--

F12等于负的F21。

在牛顿三定律里边，

对这个“质量、力、重量、速度、加速度、

位移”都做了定义，

并且 引用了“质量守恒定律”。

三大定律的发表

具有重大的工程和历史意义！

那么 像：第二定律

它说明了 力的含义--

就是“力是改变物体运动状态的原因”；

第二定律还指出了

力的作用效果--

它表明“力使得物体获得加速度”；

第三定律呢 实际上 揭示了力的本质--

“它是物体之间的相互作用的结果”。

好 我们再看看“近代力学”--

也就是从牛顿 到爱因斯坦 这个阶段。

从1687年 牛顿的划时代的巨著发表

到1900年‘量子’概念的提出--

普朗克提出‘量子’概念，

后面 到1905年--

爱因斯坦提出了‘光量子’的概念。

这个阶段 是 从17 到18世纪开始，

我们这个“经典力学”呢，

这时候 处于一种建立

和不断完善的阶段。

这时候的力学呢，

还属于物理学 范畴。

我们说的“经典力学”就是指“牛顿力学”--

建立在牛顿三大定律以及万有引力

理论的基础上。

当然 经典力学还包括这个

“定常的理想流体”力学--

我们后边会讲一讲，

这里边呢 有重要的‘伯努利 方程’。

到19世纪

力学的各个应用分支呢 开始建立，

这时候 力学逐渐脱离了物理学。

比如说 1823年的Navier

建立了“固体力学”；

1845年

Navier-Stokes 建立了粘磁性的

“计算流体力学”；

还有 1850年 到 1890年

建立了“热力学”--

包括‘热力学第一定律、第二定律’，

还有出现的 波兹曼“统计力学”；

1873年 Maxwell建立了“电动力学”--

当然 这里边

它是 总结了 一系列 前人的

相关的研究成果，

包括：库仑、高斯、欧姆、安培、

毕奥、萨伐尔、法拉第，

以及麦克斯韦尔本人的

一系列的科研成果，

那么 以一本书

叫《电磁学通论》发表--

在这本书里边，

建立了四个方程组，

从这个四个方程组

可以预言：光 是电磁波！

如果说从贡献来说，

Maxwell的贡献

仅次于牛顿和爱因斯坦，

开启了“电力时代”！

那么到 1900年 到1915年 这十五年期间呢，

我们“近代力学”诞生--

以这个 1900年的“量子力学”、

量子概念的提出

和这个 1905年

爱因斯坦提出“狭义相对论”

和1915年 建立“广义相对论”为标志。

可以说 “量子力学”和“相对论”

是 我们现代物理学的两大支柱！

像人的两条腿一样的，

非常的重要！

第三阶段 就是“现代力学”--

就是从 爱因斯坦 到现在。

我们以 1900年到1930年 这个期间呢，

前三十年呢 是量子力学发展成熟的阶段；

1930年 到1960年--

这三十年呢 “应用力学”不断完善，

各个分支呢 基于这个各种实验

不断地完善；

到了 1960年以后，

“IT技术” 出现，

使得现代力学呢 进入了‘理论’

加上‘数值计算与模拟’阶段--

整个 这个阶段里边，

量子力学、相对论

发展完善，

应用力学 各个分支， 也不断地进行完善。

那么其中 在整个这个三个阶段里面，

大家 现在关注一下

“三个重要的常数”。

我们说 物理学里边有‘基本的物理常数’，

包括这个‘万有引力常数’，

还有这个‘普朗克常数’、

‘电子质量’、‘质子质量...’

这些基本常数呢 约25个，

再加上它们的组合 有40到50个，

那么彼此呢 当然不是独立的，

有些深刻的联系。

现在我们关注其中的3个重要的常数--

就是 分别由牛顿引入的‘万有引力常数’，

还有普朗克引入的

量子物理的‘普朗克常数’，

还有 爱因斯坦提出的“光速不变原理”--

也就是‘光速’作为第三个常数。

那么量子力学呢 最早是由 1900年

普朗克 在研究‘黑体辐射’的时候提出的

‘量子’--

也就是黑体辐射能量呢

是以一份一份的能量 辐射出来的，

所以叫‘能量子’。

那么 辐射的能量子呢

能量有多大呢?

一份能量 就是普朗克常数h

乘上这个 辐射的电磁波频率 v。

普朗克常数是多少呢？

是6.62 大概 乘上这个10的 -34次方 [焦耳.秒]。

那么这三个常数啊

有非常重要的意义！

我们看看这个万有引力常数，

它的大小呢 大概是6.67，加上一个误差，

乘10的 负11次方

[每公斤 秒平方.米立方]；

普朗克常数--

刚才我已经说了

6.26 乘10的 -34次方[焦耳.秒]；

那么光速呢 每秒 大概是

3.0 3万公里吧。

那么 光速啊 它实际上

这里指的是 ‘真空光速’，

在不同的介质里面 它是不一样的！

这三个常数 分别 具有它 重要的意义：

其中 从人文价值来说，

这个万有引力常数G

(大写的G) 代表着“牛顿时代”;

光速呢 c 呢 代表着 麦克斯韦“电动力学时代”;

这个普朗克常数h呢

代表着 我们叫“狄拉克量子时代”。

(狄拉克对量子力学贡献很大的)

从哲学意义上来说,

这个 万有引力常数 G呢 把万物相连;

这个光速呢 把将‘光、电、磁’相统一,

甚至 后面的 根据 相对论

能把这个 时间和空间 建立联系;

普朗克常数呢

将这个微观的‘粒子性和波动性’建立联系。

当然 它们的力学价值 分别 代表着

“牛顿力学、电动力学 和量子力学”。

还有一些未知的价值，

我们可以去想象--

这个万有引力常数 G

和普朗克常数(h) 它(们)代表着

‘宏观宇宙’和‘微观的物质界’；

而光速(c)呢 我们可以理解为

‘物质界’和‘非物质界’之间的‘临界’--

这么一个状况。

也许呢 还会隐藏着 更深的“恒常法则”！

那么某种法则呢 我们可以自己去想象去...

这一部分 我们先介绍到这里。