当前课程知识点：力学与生活 > 第2章 影响力学发展的历史人物 > 2.5 牛顿 > 2.5.1 牛顿
学习牛顿的力学贡献，数学贡献，光学贡献，热学，天文学贡献等内容。
同学们大家好 这一讲 我们学习牛顿
划时代的
科学家
首先 让我们了解一下牛顿
牛顿 是人类历史上
最伟大的科学家
不是之一 是最伟大的科学家
这一张图片
非常的典型
它基本上把牛顿
对科学的主要贡献
都给在这一张图片里边反映出来了
我们可以了解一下
在这一张图片里头 第一个
就是
牛顿后边
有一个苹果树
而这一个苹果树
是反映了牛顿
这个发现了万有引力定律 就是所谓的
苹果的故事
这一块
而前面这一个
是牛顿的
发明的折射式
望远镜
而牛顿手里拿着的这一个
三棱镜
是牛顿在光学方面的贡献
他呢对光 就是白色的光
通过三棱镜进行了
分解
然后呢 把光的七种颜色
通过三棱镜
分解出来
另外呢 在牛顿前面
还有一本书 这一块儿是竖着的
这个书
这个书就是牛顿
非常
有名的一个 就是自然哲学的数学原理
而这一部著作 是划时代的著作
我们说
这一个科学发展史上
第一个呢 划分的节点 就是以这一个著作的
出版
作为一个
这一个科学发展史的一个
划分的节点
这是呢 我们大概
先了解一下 牛顿
那么我们第一个问题
给大家介绍一下 牛顿的力学贡献
牛顿的力学贡献 我们说非常非常的多 在这一块儿 我们给大家大概总结一下
第一个 就是牛顿提出了物体运动三定律
而这一个定律的意义在于 奠定了
经典力学的基础
我们下边儿 对于这三个定律
做一个
初步的了解
第一个定律 我们把它称为惯性定律
这个定律 就是说
如果说物体不受外力
或者说所受外力的合力为零
那么 物体保持原有的运动状态不变
即原来静止的
永远静止
原来运动的
永远做匀速直线运动
这是第一定律
而这个第一定律不是牛顿
第一次提出来的
在牛顿之前呢
有多位科学家来都提出过
其中第一定律的
内容 伽利略
曾经
最早提出过
后来这个笛卡尔
做过形式上的改进
那么牛顿
在这两位科学家的
工作的基础上
对这个惯性定律
做了一个完善
这是第一定律
第二定律
这个定律 我们说是整个动力学的基础
这个定律 我们把它称为物体运动定律
他描述了物体所受的力
与这一个物体的加速度之间的关系
就是非常著名的
F=ma
那么在这一块 要理解这一个
大家要注意两个方面的问题
第一个就是力的大小
等于质量与加速度的乘积
这是大小关系
另外 还有一个 力的方向就是我们上面打的这个矢量符号
力的方向
与加速度的方向一致
这一个定律 我们说伽利略
也曾经提出过
但是
非正式的
所以说最后 牛顿把它总结
完善
作为牛顿第二定律
出现了
第三个定律 这个定律比较简单
这个定律 我们说是作用与反作用定律
我们前面给大家介绍过力的定义
所谓力就是物体之间相互的机械作用
而这个就
一个呢 就是作用力 还有一个反作用力 相互之间作用的时候
有一个作用力
而另外相对应的呢 有一个反作用力
那么 这一个定律的内容是什么呢
作用力和反作用力同时存在
同时消失
并且他们等值
反向
共线
那么这个定律呢 也不是牛顿
第一次提出来的
也是让他在前人工作的基础上
进行了总结完善
而这个定理 在前头做出
一定贡献的人 我们说有这个
雷恩
沃利斯 还有呢 惠更斯
等人
在第三定律这一个呢
形成的过程中
都做了各自的贡献
那么我们这一块呢
三位科学家这一个
画像我们在这一块儿给大家
展示一下
这是呢 牛顿三定律
而这三个定律
构成了经典力学的基础
我们说 所谓的经典力学的
就是以牛顿三定律
作为基础的力学
我们都把他们称之为的
经典力学
那么牛顿运动定律 就三个运动定律
它的意义是什么呢
我们说非常的重大 就是
这是一个划时代的
著作 所以说呢 他实现了
自然科学的第一次大统一
统一的内容是什么呢 就是将天体力学
和地球上物体的力学
统一到一个
力学体系里面去了
所以说呢 我们说 使人类认识世界
的一次飞跃
这是呢 我们说 第一个意义
第二个意义 就是这一个 三个定律
正确地反映了宏观物体低速运动时的规律
以三个定律为基础 我们就
创立了整个经典力学体系
那么在这一块 需要提醒一下
宏观物体
低速运动
如果说 对于微观物体
还有高速运动
这三个定律
就不适用了
这是呢 我们说 后边呢 我们再给大家介绍
第三个意义 奠定了经典力学之基础
我们在这儿 不多说了
第二个力学方面的贡献
就是万有引力
定律的发现
那么万有引力定律是整个
天体力学的基础
那么这是呢 我们说非常重要的一个定律
就是
物体之间相互吸引力的大小
等于引力常数
m1 m2是两个物体的质量
那么r
是两个物体之间的距离
那么任何两个物体之间呢 都有相互的吸引力
而吸引力的大小
就等于这样一个表达式
那么 实际万有引力这一个呢 发现过程
我们说也是非常的
漫长的
实际上呢 并不是牛顿
独立的发现的
也是在前人工作的基础上
做出了总结 最后形成的
那么实际上我们看一下 发现的过程 万有引力定律
实际上 最早对万有引力定律作出贡献的
就是这个开普勒
开普勒在1609年到1618年之间
开普勒提出了
行星运动三定律 就是天体力学的基础
那么
再后边一点 就是伽利略
在1632年提出了
离心力和向心力的
初步说法
实际上呢 我们这一块讲的所谓的力
就是一个向心力
向心力 万有引力
还有布里阿德在1645年
提出了平方比关系
也就是这一块儿 就是引力的大小
和两个物体之间距离的平方成反比
这一个关系 就平方比关系
在1645年
这一个
布里阿德提出来的
后来 在这个胡克 哈雷
牛顿都证明了
圆形轨道上的引力平方反比关系 也就是说一块
对圆形轨道上的这一个引力的这个平方反比关系
做了一个数学上的证明
这多位科学家 都做了
但是实际上我们知道
行星运动这一个
轨迹 是一个椭圆
而关于椭圆的这一个证明
只有牛顿能证明
前提条件 就是牛顿
他对这个
那个微积分掌握的比较好 只有通过他才能够证明
这一个呢 椭圆轨道上的
其他人都做不了
这一个定律的发表
就是第一次 提出 就是1687年
在这一个自然哲学的数学原理里面
才发表了
算正式发表了
所以说呢 这一个时间节点呢 刚好呢也是划时代的一个时间点
这是第二个定律 万有引力定律
后面呢 我们稍微快一点
就是
流体力学方面
牛顿啊 也做出了比较多的贡献
第一个
提出了 粘性流体的这一个阻力
而这一个阻力公式呢
我们说到现在还在用
而满足这一个阻力计算公式的那个
流体
我们把他统称为牛顿流体
如果说不满足这一种呢
就是不能用这一个公式 去计算这一个阻力
那么我们称之为
非牛顿流体
这是第一个贡献
直到现在
我们还在用
第二个
给出了平板在气流中
所受到的阻力的计算
这一个计算呢
是牛顿的一个失误
他呢是对于气体采用了粒子模型
然后呢 得出了阻力与攻角的
正弦平方成正比的这一个结论
而这一个结论
影响了
好几百年
影响好几百年了 那么这一个结论
后来呢 我们说
非常伟大的另外一个科学家
冯卡门
在总结空气动力学发展的时候说
牛顿
让飞机晚上天了100年
原因是什么呢 原因就是牛顿 太厉害了
太伟大了
他提出的这一个结论 别人
很少 就是说牛顿还犯错误
所以说呢 导致了这一个呢
导致了后面的结果 就是牛顿
让飞机晚上天了100年
实际上呢 科学发展总是有一个过程的
也不是这样的 绝对的说的
所以说知道这么回事就可以了
还有下面 就是第二个
牛顿在数学方面的贡献
非常非常的多 不光是伟大的数学家
力学家 而且还是一个非常伟大的数学家
第一个
发明了正流数术和反流数术
这就是微积分
微分是正流数
而反流数是积分
那么
这里正流数术和反流数术
流数术
决定了
这一个
牛顿是微积分的创始人之一
由于微积分是高等数学的
就是说 高等数学的基础
整个高等数学
都是以微积分作为基础的
所以说呢 牛顿是现代科学
大厦的缔造者
就是由于有微积分
第二个 建立了二项式定理 二项式定理 就是a+b的n次方
的计算公式 这一块不多说了
在代数方面
几何方面
特别是数值分析方面
牛顿 都做出了非常多的贡献
我们在这一块 大家看一下
我们在后边研究生阶段 如果说有人要上研究生
在研究生阶段呢 有一门课程
就叫数值分析
而数值分析里边
有许许多多
以牛顿的名字
命名的公式
大家就可以看出来 牛顿在这一方面的贡献 有多大
另外
牛顿 在概率论方面
也作出了贡献
他是几何概率的
最早研究者
也就是说是始祖
还有微积分的拓展做出了非常大的贡献 也就是说
重积分
那么 这一块儿牛顿 作出了很多的贡献
还有变分法的研究
也做出了
很多的贡献
这是牛顿在数学方面的贡献
下面呢 第三个 介绍一下 牛顿在光学方面的贡献
第一个贡献就是我们在图片里头呢
就是这一个光谱分析
就是说把这一个
光的这个颜色进行了分解
通过三棱镜
第二个就是我们现在大学物理 中学物理里边的光学部分
要做一个实验
就是牛顿环
而这个牛顿环的这一个出现的是牛顿
首先发现的
我们以他的名字命名
就叫牛顿环
还有牛顿 创立了光的微粒说
但是呢 牛顿
不反对光的波动说
我们说光学里边儿有两种学说 一个是微粒说
一个呢是波动说
好多科学家样的选其中之一
作为他认可的正确的
但是牛顿 对两个都认可
但是呢 牛顿是微粒说的
创始人 创始人
1704年
出版了他的光学一书
这是
第三个
第四个热学方面的贡献
我们一直都在用
就是
冷却定律
冷却定律
也就是当物体表面与周围有温差的时候
单位面积散发的热量
与温差成正比
那么 这一个结论
一直 我们到现在
都在用
第五个天文学方面的贡献
也非常的多
第一个
自己创制了反射式望远镜
在之前呢
没有的 牛顿第一个做出来了
说明了潮汐现象
并且预言了
地球了 不是正球体
那么呢 这一块呢 还提出了摄动的概念
到底 什么东西呢 对这一个
轨道有影响
那么就提出了摄动的概念
这一块呢 我们说是天文学方面的贡献
那么关于牛顿的科学贡献
我们这一讲呢
就给大家讲到这
谢谢大家
-1.1课程介绍
--1.1.2课程介绍测验
-1.2力学简史
--1.2.2力学简史测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-2.1亚里士多德
--2.1.2 亚里士多德测试
-2.2阿基米德
--2.2.2 阿基米德测试
-2.3达·芬奇
--2.3.2 达·芬奇测试
-2.4 伽利略
--2.4.2 伽利略测试
-2.5 牛顿
--2.5.1 牛顿
--2.5.2 牛顿测试
-2.6 不完美的牛顿（1）
--2.6.2 不完美的牛顿（1）测试
-2.7 不完美的牛顿（2）
--2.7.2 不完美的牛顿（2）测试
-2.8 不完美的牛顿（3）
--2.8.2 不完美的牛顿（3）测试
-2.9 不完美的牛顿（4）
-2.10 爱因斯坦
--2.10.2 爱因斯坦测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-3.1 科学与技术
--3.1.2 科学与技术测试
-3.2历史的启迪
--3.2.2 历史的启迪测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-4.1 莱特兄弟（上）
--4.1.3 莱特兄弟测试
-4.2 运动中采集活力
--4.2.2 运动中采集活力测试
-4.3 运动的相对性原理
--4.3.2 运动的相对性原理测试
-4.4 流体阻力
--4.4.2 流体阻力测试
-4.5 飞机的升力
--4.5.2 飞机的升力测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-5.1 固定翼飞机的组成
--5.1.2 飞机的组成测试
-5.2 飞机的飞行姿态控制
--5.2.2 飞行姿态测试
-5.3 机翼（1）
--5.3.2 机翼（1）测试
-5.4 机翼（2）
--5.4.2 机翼（2）测试
-5.5 机翼（3）
--5.5.2 机翼（3）测试
-5.6 鸟撞
--5.6.1 鸟撞
--5.6.2 鸟撞测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-6.1 碰撞基本原理
--6.1.2 碰撞基本原理测试
--撞西瓜1
--撞椰子2
-6.2 安全带
--6.2.2 安全带测试
--安全带(1)
--15公里碰撞2
--冲击力3
--有安全带实验5
-6.3 安全气囊
--6.3.2 安全气囊测试
--《原来如此》-3
--汽车安全气囊6
-6.4 公路桥梁的坍塌
--6.4.2 公路桥梁的坍塌测试
-6.5 安全玻璃简介
--6.5.2 安全玻璃测试
-6.6 如何打碎车窗玻璃
--6.6.2 如何打碎玻璃测试
--《原来如此》22
-6.7 逃出落水车
--6.7.2 逃出落水车测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-讨论四
-7.1 桥梁的发展历程（1）
--7.1.2 桥梁的发展历程（1）测试
-7.2 桥梁的发展历程（2）
--7.2.2 桥梁的发展历程（2）测试
-7.3 压杆稳定——魁北克大桥
--7.3.2 压杆稳定测试
-7.4 弯矩与福斯桥
--7.4.2 弯矩与福斯桥测试
-7.5 那些匪夷所思的桥梁
--7.5.2 那些匪夷所思的桥梁测试
-7.6 港珠澳大桥——细数中国桥梁之最
--7.6.2 港珠澳大桥测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-8.1 科氏惯性力与物体运动（1）
--8.1.2 科氏惯性力与物体运动（1）测试
-8.2 科氏惯性力与物体运动（2）
--8.2.2 科氏惯性力与物体运动（2）测试
-8.3 陀螺与惯性导航
--8.3.2 陀螺与惯性导航测试
-8.4 高速旋转机械与陀螺效应
--8.4.2 高速旋转机械中的陀螺效应测试
-讨论一
-讨论二
-讨论三
-9.1 乒乓球的跳舞
--9.1.2 乒乓球的跳舞测试
--高压锅漂鸡蛋10
--乒乓球跳舞 45
--乒乓球跳舞2 4
-9.2 音乐喷泉
--9.2.2 音乐喷泉测试
--多级液压缸
--西湖音乐喷泉2
-9.3 金属（气流）切割
--9.3.2 金属（气流）切割测试
--20火焰切割12
-9.4 射流的应用
--9.4.2 射流的应用测试
--水刀切割
--合引水拉沙00
--引水拉沙(3)
-9.5 气体保护焊
--9.5.2 气体保护焊测试
--电弧焊(3)
-9.6 水下焊接与切割
--9.6.2 水下焊接与切割测试
--水下切割37
-讨论一
-讨论二
-讨论三
