天文学到万有引力.doc

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse莁从行星的运动到万有引力定律蒇建水职教中心:蔡云兵羅大约在公前4世纪或者3世纪,希腊天文学家阿里斯塔克指出,地球和所有行星都是围太阳而转动的,他是人类历史上第一个提出有关太阳系结构的所谓日心说的人。1543年,波科学家哥白尼的《天体运行论》印刷出版,对日心说有了更具体地论述和数学论证,是科学史上的一次革命。对天文学的研究起到了极大的促进作用,在牛顿之前,很多人对力学的发展做出了贡献,具有代表性的成就是,开普勒奠定了经典天文学的基础,牛顿提出了万有引力定律,卡文迪许测出引力常量。芄开普勒——天体立法者袀开普勒家境贫寒,一生艰辛,凭借勇于创新、执着探索的可贵精神,发现了著名的行星运动三定律。膇第一定律(轨道定律):所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上围绕太阳运动,太阳位于椭圆的一个焦点上。羇第二定律(面积定律):每一行星的矢径(行星中心到太阳中心的连线)在相等的时间内扫过相等的面积。莂第三定律(周期定律):行星绕太阳运动的周期T的二次方与该行星的椭圆半长轴r的三次方成正比。(所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相待)芀开普勒发现这些定律,经历了艰苦的探索历程,期间,1600年他成为"星学之父"第谷的助手,,为了编制包括一千个天体的星表,二十年如一日持续观测,积累了大量可靠资料,测量误差不超过2ˊ。第谷1601年去世,这笔宝贵的科学财富就留给了开普勒。而他和第谷犹如天文学中一对互补的双星,他从第谷的资料中发现了真理。如果以匀速圆周运动来研究和第谷的观测结果比较,至少相差8ˊ以上,而第谷数据的误差不允许大于2ˊ。顽强的探索使开普勒突破了匀速率运动和圆轨道两个传统观念的束缚,于是误差消除,第一、第二定律随之诞生。想象和直觉第三次引导开普勒,使他感到还有秘密:杂散的数据中应该有统一,不协调中应该有和谐,后来终于发现:如果将地球的周期和轨道半长轴都设为1个单位,则所有行星的T2都等于r3((见下表),这就是第三定律。羈行星螄偏心率e螅r3(r地=1)虿T2(T地=1),是猜想行星运动定律只是某一个更普遍定律的表现,并着手从物理原因,即太阳的作用去寻找这个定律。开普勒没有完成这次探索,但方向无疑是正确的。蚆开普勒定律以极简明的结论代替了庞大复杂的系统,使得计算行星的轨道半径和它们的位置工作大大简化。他不愧为天体力学的奠基人。肁从运动现象研究力——万有引力定律的建立罿1687年,牛顿发表了《自然哲学的数学原理》。这部巨著总结了力的研究成果,标志了经典力学体系的建立。这是物理学史上的一次大综合,是天文学、数学和力学发展的产物。薇牛顿在《自然哲学的数学原理》的前言中说:“我奉献这一作品,作为哲学的数学原理,因为哲学的全部责任似乎在于——从运动的现象去研究自然界中的力,然后从这些力去说明其他现象。”万有引力定律的建立,体现了牛顿“从运动现象研究力,从力去说明