什么是经典力学,什么是静力学与动力学
远在古希腊时代,伟大的数学家兼物理学家阿基米德就发展了相当丰富的古代力学理论,使力学走向完备的则是牛顿,牛顿所创立的力学被称为经典力学。
经典力学又可以分为静力学与动力学两部分。静力学研究物体在平衡的时候受力的情形。这时候,物体看上去是静止的,但这并不说明它没有受到力的作用,而只是说明它所受到的各种力之间达到了一种平衡,彼此抵消,因此物体表现为静止。
研究静力学有着十分重要的实际意义,例如我们建筑一座房屋或者一座桥梁时,就要研究静力学的问题,也就是要考虑它们所受到的负荷,确保负荷在它们的承受力范围之内,假使这种负荷超过它们结构的承受力,就会发生大问题了。
如果一个物体受到力的作用——这些力常常是多种的,并且这些力之不能达到平衡时,物体就会产生运动,这时候就属于动力学研究的范畴了。
以前,人们一度理所当然地认为,物体的运动需要力的推动,如果要物体持续不断地运动就要持续不断地给它以力的推动,就像推动一辆失去动力的汽车一样,一旦不施加力的作用它就会停下来。
这种观点就像亚里士多德认为的轻物体比重物体落得慢一样,看上去有道理而实际上没道理。例如吧,一支箭从弦上射出固然是因为有力在推动它,然而当它脱离弦之后呢?它还在运动,这时明显地已经没有了弦的推力,这又是为什么?
与此相似的情形在生活中所在多有,例如扔出一块石头、关上一扇门等,用前面那种想当然的方法显然不能做出解释。
当牛顿提出他那了不起的“牛一”——这是对“牛顿第一定律”的简称,后面的“牛二”
“牛三”与此相类,这类问题就迎刃而解了。
牛顿认为,当物体没有受到外力的作用时,它将保持静止或者匀速直线运动,只有当要改变物体的运动状态时,例如使之由静止走向运动、由匀速运动变为加速运动、由直线运动变为曲线运动,也就是改变物体的运动方向时,它才需要力的作用。
用更简明扼要的话来说就是“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止”。这就是“牛一”了。
从“牛一”可以看出来,静止或者匀速直线运动都是物体最“自然”的状态,如果物体没有受到外力的作用,它将永远保持这种状态。这就根本地改变了原来人们想当然地认为的必需用力才能让物体运动的旧观念。
物体这种保持原有的静止或者匀速直线运动状态直到有力的作用才改变的特性被称为“惯性”,因此,“牛一”又被称为惯性定律。
惯性我们可见得太多了,坐汽车时,当车突然来一个急刹车,人就会猛地往前一冲。这就是惯性在作怪了。箭之所以能够离弦之后仍然射得飞快、门一碰就能自己关上,都是由于惯性的缘故。具体原因是: