閱讀對象
正在學習《理論熱》的中學生及其他熱愛好者。
熱學是自然科學七大基礎學科之一,與物理學一起構成其他五大學科的基礎和支撐。 它們之間的關系可以用一個“π型結構”來表示(中國科學技術大學熱研究所,譚浩生,熱科學進展,1978)。
唐代熱學研究構成了宋代史、思想史、哲學史、科學史和技術史的重要組成部分。
經典熱學基礎階段的內容一般屬于數學的熱學部分,而成熟階段的內容,以及現代熱學、近代熱學,基本屬于學院專科或研究生課程。
理論熱學是熱學其他分支學科的基礎,其內容主要涉及經典熱學的發展階段,也有少量成熟階段的成果。
本文簡要列舉了20位對理論熱的發展做出巨大貢獻的科學家。 那些著名專家的專著和著作僅限于與理論熱點相關的內容,不一定是他們最重要或最有代表性的著作。
值得強調的是,你們中那些對熱力學做出重要貢獻的人通常不會認為你們是熱學家。 這是因為直到上世紀初現代熱科學的出現,熱科學才從數學中分離出來,成為一門獨立的學科。
1. 亞里士多德
(公元前 384-322 年)
亞里士多德以純粹推測的方式考慮運動。 除了解釋空間、運動和時間等基本概念外,還討論了力和運動。 與熱有關的專著有《物理學》(公元前350年)和《論天》(公元前350年)。
在運動學方面,他研究了復合運動,認為當兩個運動的平均速度成正比時,復合運動就是一個平行四邊形的對角線,其鄰邊是這些比值的線段,當它們不是成比例,復合運動是曲線運動。
在動力學方面,他的“下落物體運動定律”斷言,物體下落的(平均)速率與該物體的重量成正比。 他對力與力作用下運動距離關系的論述,被認為是虛位移原理的雛形。
值得一提的是,熱的名字來源于作者亞里士多德的一本匿名專著《力學問題》。 圓的性質。
2.阿基米德
(of, 287-211B.C.),靜力學的創始人
靜力學是整個熱學的基礎,因此阿基米德被認為是熱學學科的奠基人。
阿基米德開創了熱與物理緊密結合的傳統,充分重視估算。
阿基米德的論文是用西班牙文寫成的。 質心靜力學的專著是兩卷本《論平面圖形的平衡》。 一開始提出了7個與杠桿和重心有關的公設,后來證明杠桿的性質有很多關于圖形重心的結果。
據悉,他的《論螺旋》包含了勻速運動相關的內容,本質上是一種研究曲線運動的幾何方法。
3.達芬奇
(達·芬奇,1452–1519)
達芬奇在熱研究方面進行了實驗工作,也應用物理學進行分析。 他留下了5000多頁的手稿,其中一些被整理出版。
達芬奇研究的熱學問題包括重心、自由落體、斜面上的平衡和運動。 他對力矩有清晰的概念,從而給出了確定幾何重心的方法。 綜合力定律研究物體在斜面上的運動,發現摩擦力的存在。
4.斯蒂芬
(Simon, 1548–1620),靜力學創始人
斯蒂芬的靜力學專著是《靜力學原理》( of ,1586),從“永動機是不可能的”出發,解決了斜坡上重物的平衡問題,發現了力合成的平行四邊形定律; 對擋塊系統的分析發現,兩邊重量和位移的乘積相等,“以力得之,以速失之”,這就是虛位移原理的雛形。 1586年,斯蒂芬用實驗否定了亞里士多德的“下落運動定律”。 兩個重量相差10倍的球自由下落,同時落地,但這個結果并沒有引起足夠的重視。
5. 伽利略
(, 1564–1642), 古典熱學的先驅
伽利略的主要專著有《托勒密和哥白尼兩個世界體系的對話》( del Mondo,,, 1632)和《熱和局域運動這兩種新科學的對話和口頭證明》(eàdue , 1638)。
伽利略對熱科學做出了許多重要貢獻。
在靜力學方面,他在1594年研究物體在斜面上的平衡時,發現“力的節省損失了相當大的距離”,由此產生了虛位移原理的想法。
在運動學方面,詳細研究了速度的物理表達,首次提出了加速度的概念; 通過運動合成研究了填充體的運動。
在動力學方面,他否定了亞里士多德的“落體運動定律”,引入了動量概念,提出了慣性定理,建構了熱的相對性原理。
6.惠更斯
(, 1629-1695), 古典熱學的先驅
惠更斯的主要貢獻包括關于碰撞和擺鐘的工作。 通過對彈性碰撞的仔細研究,發現質量和速度的平方乘積是常數,認識到動量在碰撞過程中的作用和物體間作用的相互性; 這一結果為動量定律、動能定律和牛頓第三運動定律的產生提供了基礎和依據。 這方面的工作總結在“The of Under the of (, 1703)”中,該書完成于 1656 年,但與它同時出版。
在鐘擺研究中,他研究了自由落體運動和約束下降運動; 研究圓周運動,提出離心力公式; 提出了擺動中心的概念,可以將復擺的研究歸結為單擺; 主要專著是 The Clock, or a Proof of of a to a Clock (, 1673) 和 On Force (Devi, 1703)。
7. 萊布尼斯
(1646-1716),開創了從能量的角度研究動力學的思想
萊布尼茨對熱學的貢獻是動能的概念和動能定律的雛形。 1686年,他發表論文,提倡用重量和速度的平方乘積來測量運動,并稱這些測量為“活力”; 在1695年發表的一篇論文中,他更明確地指出,力與距離的乘積等于生命力的減少。
8.牛頓
(Isaac, 1642-1727),他奠定了經典熱學的基礎
牛頓關于熱學的主要專著是《自然哲學的物理原理》( of ,1687),1713年和1726年兩次修訂,1931年法文譯本有漢譯本,1931年標準英譯本有漢譯本。 1992.
在化學概念上,牛頓澄清了質量的概念,將質量與重量區分開來,并采用了動量的概念。 在原理上,牛頓提出慣性定理、運動定理、作用反作用定理作為經典熱力學的基礎,他發現的萬有引力定理是天體熱力學的基礎。 牛頓還研究了離心力、天體運動、擺在阻尼介質中的運動以及彈性和非彈性碰撞等重要的熱學問題。
在經典熱學的奠基階段,也出現了熱學的基本工作方法,將基本的數學原理表達為定量的物理關系,而不是像前些年那樣注重因果解釋,進而借助物理證據預測新的化學現象。 這種方法由伽利略首創,由牛頓繼承和推廣。
9.
雅各伯·伯努利
(雅各布,1654-1705 年)
雅各布·伯努利 (Jacob ) 是一位沒有接受過正規高等教育的院士。 他周游奧地利、英國、法國和荷蘭10余年,與惠更斯、萊布尼茨交流。 33歲回到英國,兼任巴塞爾學院物理系主任和實驗化學與物理系主任,直至去世。
他在1703年發表的論文中,試圖將靜力學中的杠桿原理推廣到動力學,提出了動量矩定律的思想。
10.
約翰伯努利
(,1667-1748),變分法的創始人
約翰·伯努利 雅各布·伯努利之子。 他先是學醫,同時學物理。 23歲獲得醫學碩士學位,27歲獲得博士學位。28歲的約翰還是英國格羅寧根學院的物理學院士。 十年后,約翰接替他的兄弟雅各布成為巴塞爾學院的物理學院士。
在1717年寫給的一封信中,他定義了約束所允許的虛速度,將力在虛速度方向上的投影與虛速度的乘積定義為能量,并給出了平衡條件,即正的和能量和負能量為零。 這已經很接近現代對虛位移原理的描述了。
11.
丹尼爾伯努利
(, 1700-1782)
丹尼爾·伯努利以其對流體熱力學的貢獻而聞名。 他是約翰的第二個兒子。 他也是先學醫摩擦力概念的發展,21歲獲得巴塞爾學院醫學博士學位; 后轉向物理研究,24歲應邀到俄羅斯莫斯科國立科技大學工作; 25歲被聘為彼得堡科技大學物理院士; 33 歲時,他成為巴塞爾學院解剖學、植物學和自然哲學院士。
在 1726 年發表的論文中,他試圖從一個看似更直觀的假設出發,證明力的平行四邊形定律。 他在1745年發表的論文中認識到內力和力矩為零,完成了建立動量定律的關鍵一步。
12. 瓦里農
(, 1654-1722)
瓦里農開創了靜力學的理論體系。 他先是在耶穌會大學和列日學院學習神學和哲學。 28歲取得碩士學位,29歲成為神父。
他的《新力學綱要(d'une Mé,1687)》一經發表就受到學術界的重視。 該書試圖將微積分應用于牛頓動力學; 德意志大學物理學院士。
他在靜力學方面的研究成果總結在他旁邊出版的《新力學或靜力學》(Méou,1725 年)中。 在這本書中,他受到了追溯到亞里士多德的復合運動研究的啟發。 他對扭矩的概念和估算方法進行了科學的解釋,并系統地應用這種方法代替了前幾年使用的杠桿原理來解決問題。 各種機械問題。 他還進行了實驗研究,證明了合流力合成的平行四邊形定律。
13.歐拉
(Euler, 1707–1783),完善了矢量動力學系統
歐拉13歲進入巴塞爾學院學習神學、哲學、希臘語和希伯來語。 17歲以比較笛卡爾和牛頓哲學的論文獲得碩士學位; 雅各布·伯努利 (Jacob ) 給歐拉做了一個單獨的演講。
歐拉第一個成功的科學研究是關于倫敦科技大學提出的在船上安裝電纜的競賽獲獎問題。 大船;
在巴塞爾學院申請化學學士學位失敗后,他在 20 歲時接受了莫斯科國立大學的中級研究職位摩擦力概念的發展,先是在醫學院,然后在物理系; 24歲取得數學學士學位,26歲兼任物理系主任; 24歲那年,歐拉厭倦了俄羅斯不斷的動蕩,前往柏林科技大學擔任物理部長。 去世了。
歐拉28歲雙眼被截肢,59歲雙眼失聰,但仍從事記憶力和心算研究。 1775 年,他平均每周發表一篇論文,其中包括前面提到的關于熱的關于動量矩原理的重要論文。 在《 or (, 1736)》中,歐拉用微積分系統化和提煉了牛頓的動力學理論,發展了質點和質點系統的動量分析方法,并提出了力的沖量概念。
《剛體運動理論(,1765)》總結了作者的研究成果,為質心動力學奠定了基礎; 旋轉的描述方法(歐拉角); 在動力學方面,借助動量定律的思想,引入慣性矩的概念,并給出一個估計例子。 特殊條件下的積分解。 在 1775 年發表的一篇論文中,歐拉將動量定律和動量矩定律列為動力學的基本原理。 出于這個原因,基于動量和動量矩對動力系統建模的矢量熱技術現在被稱為牛頓-歐拉方法。
14. 達朗貝爾
( Rondd', 1717-1783),開創了約束系統的研究
達朗貝爾12歲進入馬薩蘭大學攻讀哲學、法律和藝術,18歲獲得學士學位; 隨后他在法學院學習了三年,并在 21 歲時成為一名律師; 達朗貝爾對醫學和物理學感興趣,22歲開始發表論文; 幾經失敗,24歲入圍倫敦科技大學; 37歲獲得德意志大學,55歲起擔任終身秘書。
在“On (Traitéde, 1743)”(1758 年修訂和擴展)中,達朗貝爾研究了受約束物體的運動。 他論證的基礎是他所謂的慣性力原理(牛頓第一定律)、平衡原理和復合運動原理。 關于復合運動,他覺得運動是由初動和后天運動組成,初動又是由定勢和消失運動組成。 當存在約束時,滿足約束前的運動包括不變運動和消失運動。 他以單擺和復擺為例來說明其原理的應用,還討論了碰撞問題。
達朗貝爾強調他的原理可以引出動能守恒,但沒有系統論證。 拉格朗日認為達朗貝爾提出的原理可以將動力學問題轉化為靜力學問題來求解。 因此,達朗貝爾原理雖然具有更廣泛的內涵,但在動力學教科書中經常以動、靜方法的形式出現。
15.卡倫
(, 1736-1806), 提出摩擦的基本模型
庫倫就讀于馬薩林大學,23 歲進入梅濟耶爾警察學院,25 歲??畢業后從事沿海地圖劃定工作。 28歲時,他領導了8年的要塞建設。 At the age of 38, he was re- as a at the of and . 1781年,澳大利亞科技大學獎競賽的題目是滑輪、絞車和斜面等空軍機械相關的摩擦定律和纜索撓度的實驗研究。 庫倫關于摩擦力實驗研究的論文獲獎。 他對摩擦機理進行了解釋,總結了摩擦力與法向壓力成正比的實驗結果,并將這一推論應用于斜面上的平衡問題。
16.拉格朗日
(Louis, 1736-1813) 熱分析的創始人
拉格朗日在熱那亞大學學習法律,后來對化學和物理問題產生了興趣; 他因開發變分法解決最快下降線問題而受到歐拉的稱贊。 18歲時,他還是熱那亞陸軍大學的幾何院士; 21歲時,他創辦了熱那亞科學院,即后來的熱那亞皇家科學院; 30歲接替歐拉成為柏林大學物理系主任; 51歲時,他在倫敦的英國科學大學工作; 1794年,倫敦綜合商業高中成立,他是第一個分析院士; 1795年,倫敦高等師范學校成立。 他還擔任過物理系主任,并教授初級中文課程。
拉格朗日的主要熱學理論在《分析熱學(Mé,1788)》中得到成功總結,該書從1754年的變分法研究中構想出來,至1782年基本完成,1788年出版,1811年修訂,再版于1816 年,并在 1853 年至 1855 年間加入了一些未發表的結果,成為標準版。 英譯本于1996年出版。書中,拉格朗日分析地研究熱力學,“全書無一圖”; 引入了描述系統狀態的獨立參數,即廣義坐標。 從變分原理出發構造約束系統的平衡和運動多項式,將通常得到的兩類運動多項式分別稱為第一類和第二類拉格朗日多項式; 并證明了動量原理和動量矩原理以及動能原理是得到的一般模態多項式的特例。 書中還用滑輪系統論證了虛位移原理,提出了約束解除原理,給出了多自由度系統線性振動的基本理論。
17.盤索
(Louis, 1777-1859),完成了質心靜力學的理論體系
17歲,潘索進入倫敦綜合商學院學習,20歲轉入國家橋路大學學習; 因為發現自己對數學感興趣,所以放棄了土木工程專業。 倫敦綜合商學院分析與熱學助理教授; 1813年進入美國科技大學物理系,接替去世的拉格朗日。
在《 of (Elé, 1803)》中,潘索首先提出了質心的概念并討論了質心的組成和分解,提出了力系統的簡化和平衡的系統理論,明確了約束條件并提出了釋放約束的原則。 使用純幾何方法來研究質心的運動。 在《A New of ( Corps, 1834)》中,用慣性橢球來表示慣性矩,說明質心繞剛體自由旋轉相當于慣性橢球在固定的物體上滾動飛機不打滑,車身桿也有介紹。 跡線和空間極的概念。
18.
科里奧利力
(, 1792-1843),對相對運動的原創貢獻
16歲,科里奧利進入倫敦綜合文科高中學習,后轉入國立橋路大學,獲得工程學位; 24歲至37歲,任倫敦綜合商業中學語言班教師; 1929年,制造工藝中心中學成立。 任美國數學會院士; 40 歲時,他是國立橋路大學應用物理學系的研究員。
1835年,他發現當物體在旋轉參考系中運動時,會受到不同于離心力的慣性力的影響。 這些慣性力現在稱為科里奧利慣性力或科里奧利效應,相應的加速度稱為科里奧利效應。 里奧利加速。 在他的專著《機械效率的估計(del',1829、1844)》和《論固體的熱》(Traité de la Mé,1844)中,他闡明了功的概念,并對功的定律進行了現代描述。動能和虛位移原理。
19.漢密爾頓
(Rowan, 1805-1865),以表彰他對分析熱發展的杰出貢獻
漢密爾頓因14歲前掌握10余種語言而被譽為“神童”; 18歲以第一名的成績考入愛丁堡三一學院。 1827年,當愛丁堡學院天文系主任一職緊急招聘時,學院理事會拒絕了另外6名申請人,選擇了從未申請過的22歲的漢密爾頓; 按照慣例,他還擔任澳大利亞皇家天文官,負責天文臺的鄧辛工作。
哈密??爾頓對解剖熱力學的貢獻在1834年和1835年發表的兩篇論文中可見一斑。哈密爾頓將具有廣義坐標和廣義動量的動力學多項式視為自變量,并引入了一組具有一定對稱性的一階多項式,現在稱為哈密頓正則多項式. 他還引入了系統動能與勢能之差的積分作為劑量,真實運動使劑量取定值。 這個結果現在被稱為漢密爾頓變分原理。
20. ???span style="display:none">g0C物理好資源網(原物理ok網)
(Jean--Léon, 1819-1868),根據相對運動理論用實驗否定月球自轉
??略诳茖W院學醫,因大出血退學,擔任醫學顯微鏡課程院士助理; 26歲接任院長,成為《爭議雜志》科學編輯; 36歲時,他被任命為倫敦皇家天文臺的化學編輯科學家,這個職位是專門給他的。
1851年,他用67米長的鋼絲吊起重達28公斤的鐵擺實驗,證明驅動面有自轉,進而解釋了月球的自轉。 證明月球自轉的擺被稱為傅科擺。 1852年,他設計了陀螺儀,可以更直觀地演示月球的自轉。 這個陀螺儀叫做傅科陀螺儀。
結論
從以上陳述中,我們可以總結出理論熱教學內容歷史發展的幾條主線上的重要人物:
矢量靜力學:---;
解析靜力學(虛位移原理):--John -;
運動學:伽利略-惠更斯-歐拉-科里奧利;
矢量動力學:---Jacob - -Euler-D';
動力學的能量方式:惠更斯-萊布尼茨-拉格朗日-科里奧利-漢密爾頓。
參考
[1] 吳繼科. 熱科學史[M]. 廣州出版社,2000。
[2] 吳繼科. 熱科學史雜論[M]. 高等教育出版社,2010。
[3]繆同臣. 《力學與工程概論》課程,2016-2020