牛頓經典力學中什麼叫弱引

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㈢ 什麼是經典力學

經典力學
經典力學的基本定律是牛頓運動定律或與牛頓定律有關且等價的其他力學原理，它是20世紀以前的力學，有兩個基本假定：其一是假定時間和空間是絕對的，長度和時間間隔的測量與觀測者的運動無關，物質間相互作用的傳遞是瞬時到達的；其二是一切可觀測的物理量在原則上可以無限精確地加以測定。20世紀以來，由於物理學的發展，經典力學的局限性暴露出來。如第一個假定，實際上只適用於與光速相比低速運動的情況。在高速運動情況下，時間和長度不能再認為與觀測者的運動無關。第二個假定只適用於宏觀物體。在微觀系統中，所有物理量在原則上不可能同時被精確測定。因此經典力學的定律一般只是宏觀物體低速運動時的近似定律。
力學是物理學中發展較早的一個分支。古希臘著名的哲學家亞里士多德曾對「力和運動」提出過許多觀點，他的著作一度被當作古代世界學術的網路全書，在西方有著極大的影響，以致他的很多錯誤觀點在長達2000年的歲月中被大多數人所接受。
16世紀以後，人們開始通過科學實驗，對力學現象進行准確的研究。許多物理學家、天文學家如哥白尼、布魯諾、伽利略、開普勒等，做了很多艱巨的工作，力學逐漸擺脫傳統觀念的束縛，有了很大的進展。
英國科學家牛頓在前人研究和實踐的基礎上，經過長期的實驗觀測、數學計算和深入思考，提出了力學三大定律和萬有引力定律，把天體力學和地球上物體的力學統一起來，建立了系統的經典力學理論。其主要內容是：
牛頓第一定律：一切物體沒有受外力作用時，總保持勻速直線狀態或靜止狀態,直到有外力迫使它改變這種狀態為止。
牛頓第二定律：物體的加速度與所受外力成正比，與物體的質量成反比，加速度的方向與外力的方向相同。公式：F（合）=ma
牛頓第三定律：兩個物體之間的作用力與反作用力大小相等，方向相反，並且在同一條直線上。
萬有引力定律：自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的大小與物體（質點）的質量乘積成正比，與它們之間距離的平方正反比。
現代力學推翻了絕對空間的概念：即在不同空間發生的事件是絕然不同的。例如，靜掛在移動的火車車廂內的時鍾，對於站在車廂外的觀察者來說是呈移動狀態的。但是，經典力學仍然確認時間是絕對不變的。
由伽利略和牛頓等人發展出來的力學，著重於分析位移、速度、加速度、力等等矢量間的關系，又稱為矢量力學。它是工程和日常生活中最常用的表述方式，但並不是唯一的表述方式：拉格朗日、哈密頓、卡爾·雅可比等發展了經典力學的新的表述形式，即所謂分析力學。分析力學所建立的框架是現代物理的基礎，如量子場論、廣義相對論、量子引力等。
微分幾何的發展為經典力學注入了蒸蒸日盛的生命力，是研究現代經典力學的主要數學工具。在日常經驗范圍中，採用經典力學可以計算出精確的結果。但是，在接近光速的高速度或強大引力場的系統中，經典力學已被相對論力學取代；在小距離尺度系統中又被量子力學取代；在同時具有上述兩種特性的系統中則被相對論性量子場論取代。雖然如此，經典力學仍舊是非常有用的。因為：
它比上述理論簡單且易於應用。
它在許多場合非常准確。經典力學可用於描述人體尺寸物體的運動（例如陀螺和棒球），許多天體（如行星和星系）的運動，以及一些微尺度物體（如有機分子）。
雖然經典力學和其他「經典」理論（如經典電磁學和熱力學）大致相容，在十九世紀末，還是發現出有些只有現代物理才能解釋的不一致性。特別是，經典非相對論電動力學預言光速在以太內是常數，經典力學無法解釋這預測，並導致了狹義相對論的發展。經典力學和經典熱力學的結合又導出吉布斯佯謬（熵無定義）和紫外災難（黑體發射無窮能量）。為解決這些問題的努力造成了量子力學的發展。
[編輯本段]理論的表述
經典力學有許多不同的理論表述方式：
牛頓力學（矢量力學）的表述方式。
拉格朗日力學的表述方式。
哈密頓力學的表述方式。
以下介紹經典力學的幾個基本概念。為簡單起見，經典力學常使用質點來模擬實際物體。質點的尺寸大小可以被忽略。質點的運動可以用一些參數描述：位移、質量、和作用在其上的力。
實際而言，經典力學可以描述的物體總是具有非零的尺寸。（真正的質點，例如電子, 必須用量子力學才能正確描述）。非零尺寸的物體比虛構的質點有更復雜的行為，這是因為自由度的增加 - 例如，棒球在移動的時候可以旋轉。雖然如此，質點的概念也可以用來研究這種物體，因為這種物體可以被認知為由大量質點組成的復合物。如果復合物的尺寸極小於所研究問題的距離尺寸，則可以推斷復合物的質心與質點的行為相似。因此，使用質點也適合於研究這類問題。
[編輯本段]歷史
古希臘的哲學家，包括亞里士多德在內，可能是最早提出「萬有之本，必涵其因」論點，以及用抽象的哲理嘗試敲解大自然奧秘的思想家。當然，對於現代讀者而言，許多仍舊存留下來的思想是蠻有道理的，但並沒有無懈可擊的數學理論與對照實驗來闡明跟證實。而這些方法乃現代科學，如經典力學，能形成的最基本因素。
開普勒是第一位要求用因果關系來詮釋星體運動的科學家。他從第谷·布拉赫對火星的天文觀測資料里發現了火星公轉的軌道是橢圓形的。這與中世紀思維的切割大約發生在西元1600年。差不多於同時，伽利略用抽象的數學定律來解釋質點運動。傳說他曾經做過一個著名的實驗：從比薩斜塔扔下兩個不同質量的球來試驗它們是否同時落地。雖然這傳說很可能不實，但他確實做過斜面上滾球的數量實驗；他的加速運動論顯然是由這些結果推導出的，而且成為了經典力學上的基石。
牛頓在他的巨著《自然哲學的數學原理》里發表了三條牛頓運動定律；慣性定律，加速度定律，和作用與反作用定律。他示範了這些定律能支配著普通物體與天體的運動。特別值得一提的是，他研究出開普勒定律在理論方面的詳解。牛頓先前已創發的微積分是研究經典力學所必備的數學工具。
牛頓和大多數那個年代的同仁，除了惠更斯著名的例外，都認為經典力學應可以詮釋所有大自然顯示的現象，包括用其分支，幾何光學，來解釋光波。甚至於當他發現了牛頓環（一個光波干涉現象），牛頓仍然使用自己的光微粒學說來解釋。
十九世紀後期，尖端的理論與實驗挖掘出許多撲碩迷離的難題。經典力學與熱力學的連結導至出經典統計力學的吉布斯佯謬（熵混合不連續特性）。在原子物理的領域，原子輻射呈現線狀光譜，而不是連續光譜。眾位大師盡心竭力研究這些難題，引導發展出現代的量子力學。同樣的，因為經典電磁學和經典力學在座標變換時的互相矛盾，終就創發出驚世的相對論。
自二十世紀末後，不再能虎山獨行的經典力學，已與經典電磁學被牢牢的嵌入相對論和量子力學裡面，成為在非相對論性和非量子力學性的極限，研究質點的學問
[編輯本段]有效范圍
許多經典力學的分支乃是更精準理論的簡化或近似。兩個最精準的例子是廣義相對論和相對論性統計力學。幾何光學乃量子光學的近似，並沒有比它更優秀的理論了。
[編輯本段]經典力學的完善:

牛頓力學的輝煌成就，決定著後來物理學家的思想、研究和實踐的方向。《原理》採用的是歐幾里得幾何學的表述方式，處理的是質點力學問題，以後牛頓力學被推廣到流體和剛體，並逐漸發展成嚴密的解析形式。
1736年，歐拉寫成了《力學》一書，把牛頓的質點力學推廣到剛體的場合，引入了慣量的概念，論述了剛體運動的問題 。
牛頓在他的巨著《自然哲學的數學原理》里發表了三條牛頓運動定律；慣性定律，加速度定律，和作用與反作用定律。他示範了這些定律能支配著普通物體與天體的運動。特別值得一提的是，他研究出開普勒定律在理論方面的詳解。牛頓先前已創發的微積分是研究經典力學所必備的數學工具。；1738年，伯努利出版了《流體力學》，解決了流體運動問題；達朗貝爾進而於1743年出版了《力學研究》，把動力學問題化為靜力學來處理，提出了所謂達朗貝爾原理；莫培督接著在1744年提出了最小作用原理。
把解析方法進一步貫徹到底的是拉格朗日1788年的《分析力學》和拉普拉斯的《天體力學》(在1799～1825年間完成)。前者雖說是一本力學書，可是沒有畫一張圖，自始至終採用的都是純粹的解析法，因而十分出名，運用廣義坐標的拉格朗日方程就在其中。後者專門用牛頓力學處理天體問題，解決了各種各樣的疑難。《分析力學》和《天體力學》可以說是經典力學的頂峰。 在分析力學方面做出傑出貢獻的還有其他一批人，他們使經典力學在邏輯上和形式上更加令人滿意。就這樣，經過牛頓的精心構造和後人的著意雕飾，到了十八世紀初期，經典力學這一宏偉建築巍然矗立，無論外部造型之雅緻，還是內藏珍品之精美，在當時的科學建築群中都是無與倫比的。經典力學正確地反映了弱引力情況下、低速宏觀物體運動的客觀規律，使人類對物質運動的認識大大地向前跨進了一步。二十世紀末後，不再能虎山獨行的經典力學，已與經典電磁學被牢牢的嵌入相對論和量子力學裡面，成為在非相對論性和非量子力學性的極限，研究質點的學問。
[編輯本段]相關補充：
經典力學是研究宏觀物體做低速機械運動的現象和規律的學科。宏觀是相對於原子等微觀粒子而言的；低速是相對於光速而言的。物體的空間位置隨時間變化稱為機械運動。人們日常生活直接接觸到的並首先加以研究的都是宏觀低速的機械運動。
自遠古以來，由於農業生產需要確定季節，人們就進行天文觀察。16世紀後期，伽利略的望遠鏡人們對行星繞太陽的運動進行了詳細、精密的觀察。17世紀開普勒從這些觀察結果中總結出了行星繞日運動的三條經驗規律。差不多在同一時期，伽利略進行了落體和拋物體的實驗研究，從而提出關於機械運動現象的初步理論。
牛頓深入研究了這些經驗規律和初步的現象性理論，發現了宏觀低速機械運動的基本規律，為經典力學奠定了基礎。亞當斯根據對天王星的詳細天文觀察，並根據牛頓的理論，預言了海王星的存在，以後果然在天文觀察中發現了海王星。於是牛頓所提出的力學定律和萬有引力定律被普遍接受了。
經典力學中的基本物理量是質點的空間坐標和動量：一個力學系統在某一時刻的狀態，由它的某一個質點在這一時刻的空間坐標和動量表示。對於一個不受外界影響，也不影響外界，不包含其他運動形式(如熱運動、電磁運動等)的力學系統來說，它的總機械能就是每一個質點的空間坐標和動量的函數，其狀態隨時間的變化由總能量決定。
在經典力學中，力學系統的總能量和總動量有特別重要的意義。物理學的發展表明，任何一個孤立的物理系統，無論怎樣變化，其總能量和總動量數值是不變的。這種守恆性質的適用范圍已經遠遠超出了經典力學的范圍，現在還沒有發現它們的局限性。
早在19世紀，經典力學就已經成為物理學中十分成熟的分支學科，它包含了豐富的內容。例如：質點力學、剛體力學、分析力學、彈性力學、塑性力學、流體力學等。經典力學的應用范圍，涉及到能源、航空、航天、機械、建築、水利、礦山建設直到安全防護等各個領域。當然，工程技術問題常常是綜合性的問題，還需要許多學科進行綜合研究，才能完全解決。紙錐揚聲器的振動模式
機械運動中，很普遍的一種運動形式就是振動和波動。聲學就是研究這種運動的產生、傳播、轉化和吸收的分支學科。人們通過聲波傳遞信息，有許多物體不易為光波和電磁波透過，卻能為聲波透過；頻率非常低的聲波能在大氣和海洋中傳播到遙遠的地方，因此能迅速傳遞地球上任何地方發生的地震、火山爆發或核爆炸的信息；頻率很高的聲波和聲表面波已經用於固體的研究、微波技術、醫療診斷等領域；非常強的聲波已經用於工業加工等。