第二節：力學體系的建立第二節：力學體系的建立近代力學知識的積累1.伽利略的力學貢獻2.開普勒三定律的發現3.惠更斯、胡克等人的貢獻牛頓力學體系的建立1.近代最偉大的科學家——牛頓2.牛頓經典力學體系的創立本節教學目的和要求1.了解近代資本主義工場手工業技術進步對近代力學的推動作用；2.把握牛頓之前近代力學發展的基本線索，重點掌握伽利略的力學成就和實驗方法的意義；3.深入認識牛頓在力學上的重大成就及其意義；4.全面理解牛頓力學產生的歷史必然性，尤其是牛頓力學的社會經濟根源。一、近代力學知識的積累1.伽利略的力學貢獻

伽利略（GalileoGalilei）1564年2月15日生于比薩1.伽利略的力學貢獻

單擺的發明早在1581年，伽利略有一次到教堂去做禮拜，他看著搖晃的蠟燭架子擺動越來越小，最后慢慢停了下來。伽利略尋思：每次擺動的時間是否也越來越短？對此他數著脈搏作了測量。結果令他奇怪，盡管每次擺動的幅度越來越小，但每擺動一次的時間總是一樣的。回家后伽利略用一根繩子綁了不同重量的石頭重復了這個實驗，發現結果都是一樣的。發現：對于給定的繩子長度，不管綁的是重石頭還是輕石頭，擺動周期都相同。這就是我們現在都熟悉的單擺裝置的問世。落體

單擺的運動是重力引起下落的特例。如果我們放開一塊石頭，沒有東西拴住它，它就會一直掉到地上。但是石頭如果拴在繩子的一端，繩子的另一端固定在天花板上，那么石頭被迫沿著一段圓弧下落。不管輕的或重的石頭，它們拴在同一根繩子上，到達最低點的時間總是相同的。那么，這兩塊石頭在同一高度放手后，掉到地上的時間也一定相同。這個結論與當時公認的亞里士多德的觀點相抵觸——后者認為重的東西比輕的東西下落的快！

比薩斜塔上的實驗

為了向別人證明自己是正確的，伽利略從比薩斜塔上扔下了兩個重量不同的球，結果兩個同時扔下的球同時著了地。歷史考證似乎證明這次演示沒有真得做過，但是伽利略肯定做過類似的實驗——也許不在塔頂上，而是在自家房屋頂上。

“稀釋重力”

伽利略在實驗中觀察到，當石頭被放開后，它在空中下落的速度越來越快。伽利略想知道這種越來越快的下落運動符合什么樣的數學定律。由于自由落體運動得太快，伽利略沒有現代的高速照相機，所以無法對落體運動進行詳細研究。但是，伽利略想出了“稀釋重力”的辦法。他用球在斜面上滾動，斜面越陡，球滾動的越快。在垂直面的極限情況下，球沿這個面自由落下。

“稀釋重力”和水鐘

在這個實驗中伽利略面臨的主要困難是測量小球走過不同距離所需要的時間。當時鐘表還沒有發明，伽利略想出來的解決辦法是用“水鐘”,通過一個大容器里流出的水量來測量時間。

不同的斜面

伽利略記下小球從起點開始在相同時間間隔內走過的距離，發現這些距離成1:3:5:7……的比例。當斜面更陡時，相等時間里小球走過的相應距離也變長，但是它們的比例保持不變。伽利略推測這個規律在自由下落的極限情形下也一定成立。

速度=常數×時間在數學上，上面這個規律很容易改寫成：小球走過的總距離與所經過時間的平方成正比。如果把小球在第一段時間間隔內所走過的距離取作單位長度，那么在以后一系列時間間隔的末尾，小球走過的總距離將是12:22:32:42……V1=1/1=1；V2=4/2=2V3=9/3=3；V4=16/4=4

因此，速度與時間成正比：落體規律

伽利略還證明了，在從靜止開始的勻加速運動中，運動物體走過的距離是它在整個時間內以不變的速度運動時所應走過距離的一半。因此這種從現象中抽出物理規律，并用數學公式表述之的研究方法成為近代以后科學的基本特征。

平拋物體之運動合成伽利略對動力學的另一個重要貢獻，是關于運動合成的觀念。對于水平拋出的石頭，伽利略認為這塊石頭參與了兩個獨立的運動：

1）速度恒定的水平運動，這個速度是拋石頭的手給它的；

2）速度與時間成正比的自由落體運動。

運動的船伽利略的運動合成觀念具有深刻的物理意義。假定從一艘快速運動的帆船的桅桿頂上投下一塊石頭，它將掉在何處？在伽利略時代，大家相信亞里士多德的教導，認為物體只有受到推力時才運動。推力一旦消失，運動就要停止。根據這種觀點，在桅桿頂上投下的石頭會垂直掉下來，而船在繼續前進，這樣石頭會掉在船尾附近的甲板上。伽利略的答案

當放手的瞬間石頭也具有與船一樣的水平速度，所以放手之后它還會繼續以這一水平速度運動，直到它落到桅桿底部前，一直保持這個水平速度。石頭運動的垂直部分是加速的自由落體運動，所以它將正好落在桅桿底部的甲板上。在這里，伽利略涉及了一條運動學的基本原理——運動相對性原理。在1632年出版的《對話》中，伽利略對運動的相對性作了生動的描述。

密閉的船艙內

設想把你和你的朋友關在一只大船的艙板下最大的房間里，里面招來一些蚊子、蒼蠅以及諸如此類有翅膀的小動物。再拿一只盛滿水的大桶，里面放一些魚；再把瓶子掛起來，讓它可以一滴一滴地把水滴出來，滴入下面放著的另一只窄頸瓶子中。船靜止

于是，船在靜止不動時，我們看到這些有翅膀的小動物如何以同樣的速度飛向房間各處；看到魚如何毫無差別地向各個方向游動；又看到滴水如何全部落到下面所放的瓶子中。而當你把什么東西扔向你的朋友時，只要他和你的距離保持一定，你向某個方向扔時不必比向另一個方向要用更大的力。如果你在跳遠，你向各個方向會跳得同樣遠。船運動

盡管看到這一切細節，但是沒有人懷疑，如果船上情況不變，當船以任意速度運動時這一切應當照樣發生。只要這運動是均勻的，不在任何方向發生搖擺，你不能辨別得出上述這一切結果有絲毫變化，也不能靠其中任何一個結果來推斷船是在運動還是靜止不動。伽利略的力學貢獻總結(1)伽利略的斜面實驗，開創了以可控性實驗為基礎的近代科學的新時代。(2)伽利略的力學成就：勻加速運動定律；自由落體定律；慣性原理；拋射體運動定律。(3)將實驗研究和數學推理有機結合起來，為近代科學理論的建構提供了基本范式。2.開普勒三定律的發現2.1星學之王——第谷第谷（TychoBrahe1546-1601）出生于一個丹麥貴族家庭，很小就進哥本哈根大學學習。由于有特權的出身，可以免于通常的謀職壓力。他從一個大學徘徊到另一個大學。16歲時的第谷已經對天文現象十分感興趣了。第谷王室資助

第谷對新星和大彗星的觀測，使用的是商業上可得到的儀器；但是直到大彗星出現之際，第谷一直在致力于儀器和觀測技術的基本改革。為此目的，他將需要王室級別上的資金資助。

1575年第谷拜訪了黑森伯爵威廉四世──也是一位非常熱心的觀測者。可能是在伯爵的推薦下，次年第谷被丹麥國王授權掌管了在丹麥海峽的汶島（Hven）。在那里，第谷有了空間、時間和財政來源，建立了基督教歐洲第一個重要的天文臺。精密天文學

第谷的天文學工作主要在實測方面，他研究了精密天文學的大多數問題，包括研制建造高精度的天文儀器，獲得精確而系統的觀測資料，以很高的精度測定了許多重要的天文常數。宇宙學的考慮每個天文學家都是潛在的宇宙學家，第谷也不例外。對我們來說，第谷在觀測方面的改革是他最大的成就，因為它給天文學帶來了對事實的尊重，這在我們看來是具有現代科學特征的。但對于他自己，最自豪的也許是提出了被稱為“第谷體系”的宇宙論，這個體系很快取代了托勒密成為最流行的地心宇宙圖象。第谷雖然頗能欣賞哥白尼宇宙學說的優點，但他是個傳統主義者，他認為哥白尼那樣做的代價太高了。第谷體系地球靜止，位于中心。周圍環繞著月亮和太陽。五顆行星是太陽的衛星，并且在太陽的帶動下繞地球旋轉。在最遠的行星到達的地方之外是一層很薄的空間外殼，這個外殼以地球為中心，恒星就在這個外殼上。第谷的宇宙顯得令人安心地緊湊，其半徑相當于地球半徑的14,000倍。即使是托勒密的宇宙半徑也比它大一半。一個時代的結束第谷的“天堡”始終是脆弱的，因為他只能依靠王家贊助人的熱情來維持。1588年弗里德里希二世（FrederickII）的去世并沒有立即帶來變化，因為后來攝政的也被第谷的家庭和朋友主宰著。但隨著時間的推移，年輕的克里斯蒂安四世開始親政，汶島的升平歲月結束了。1597年第谷離開了天堡，兩年之后，他到了布拉格，開始為更欣賞他的贊助人魯道夫皇帝二世服務。一個邀請魯道夫極盡慷慨之能事，但此時的第谷已經失去了觀測的興趣。他的四個儀器仍然留在汶島，剩下最大的一個收藏在馬格德堡。他主要關心的是對他過去研究成果的出版。第谷現在只有幾個月的生命了，就在這幾個月里，他再次向一位年輕人約翰尼斯·開普勒發出了先前已經作出過的邀請，請他前來擔任助手，而這一次開普勒接受了。2.開普勒發現行星運動三定律

開普勒（JohannesKepler1751-1630）1571年12月27日出生于斯圖加特附近魏爾市的一個中等家庭。進圖賓根大學，打算進入仕途，但在1594年他被提名出任格拉茨的數學教師。1600年初他應邀到布拉格拜訪第谷；年末在格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成為第谷的助手，并于1601年成為第谷的接班人。遺囑第谷積累了大量的行星觀測資料，一直試圖根據這些觀測結果建立一個數值行星理論，以滿足星歷表的簡便編算，但是他的早逝使得他沒有實現愿望。第谷在病榻上把這項工作托付給開普勒。據說他囑咐開普勒要按照第谷體系，而不是按照哥白尼的體系構建新理論。三大遺產

開普勒最終能在行星運動理論上取得突破性的成就，獲益于他能獲得的三大遺產：

(1)哥白尼的日心體系。

(2)第谷的精確觀測資料――火星的位置資料。

(3)威廉·吉爾伯特（WilliamGilbert，1544－1603）的《論磁》（OntheMagnet1600），在書中他認為地球是一個巨大的球形磁體。

偏差根據開普勒的正多面體模型計算出來的行星距離與觀測所得并不完全一致。但開普勒在當時簡單地把這種偏差歸咎于觀測的誤差。直到他得到第谷的那些無可爭議的精確觀測資料之后，開普勒對行星的距離和運動進行了更細致的研究。拋棄圓開普勒能夠用單個圓構成的模型生成火星的黃經運動；但是當他研究這個圓是否也能說明行星的黃緯運動時，他發現有8′的誤差。這誤差對于任何一個第谷的前輩，都是可以接受的，但是第谷觀測的精確性高于8′，要作為一個理想的解決方法，圓不得不被放棄。行星運動速度不均勻為了尋找替代理論，開普勒暫時放開火星，開始研究地球的運動。剛開始研究地球運動，開普勒就發現，依然需要偏心圓。只是地球的偏心率比火星的更小。這樣，為了搞清楚偏心問題，開普勒轉而注意起行星的運動速度不均勻這一現象。

行星速度與離開太陽的距離成反比開普勒證實了行星在遠日點和近日點的速度大致與行星到太陽的距離成反比。于是他把這個結論加以推廣。認為行星的速度與離開太陽的距離成反比：事實上這個結論是錯誤的。

行星繞日運動的物理原因：力開普勒不把哥白尼體系當成純粹的數學虛構，而是把它作為實在的東西接受，并進而考察行星繞日運動的物理原因。起先，開普勒懷著神秘的想法，認為行星具有靈魂或意志，它們有意識地使行星運動。等到發現行星的速度與到太陽的距離成反比這一結果，開普勒拋棄了靈魂的想法，提出了力（vis）作用于行星的見解。

對亞里斯多德的反叛和繼承開普勒體現了一種對亞里斯多德物理學的反叛和繼承。在亞里斯多德那里，天體運動是自然運動，沒有必要作出更詳細的說明。把天體運動看做是有力引起的，意味著拋棄以“固有位置”為根基的運動論。但是，這里開普勒只是把地上的亞里斯多德力學推廣到了天上。行星的速度和所受力都與到太陽的距離成反比，完全符合運動速度與所受力成正比的亞里斯多德運動學規律。

拋棄柏拉圖以來的信條開普勒找到了計算給定時刻的行星位置的方法。據此，從給定的三個位置就能計算出該行星的遠日點位置、偏心率。開普勒挑選了火星的幾組三個位置進行計算，發現結果互相不一致。于是開普勒拋棄了從柏拉圖以來把天體看做沿圓形軌道運動的信條，并得出結論說：火星軌道不可能是圓形。

開普勒第一定律為了找到正確的軌道形狀，開普勒起先考慮卵形軌道，但計算結果難以與面積定律符合。后來他嘗試橢圓，經過冗長的計算和“簡直發瘋似的思索”，最后他確認，唯有橢圓才是火星的軌道。開普勒再次大膽地把從火星得來的規律推廣到所有行星。

《新天文學》NewAstronomy在1609年出版的《新天文學》中，開普勒發表了行星運動的第一定律和第二定律。這是一本令人望而生畏的巨著，從概念上說，它在數學和作為基礎的物理學兩方面都是可疑的。它所表達的革命顯示在書的全名：《新天文學：基于原因或天體的物理學，關于火星運動的有注釋的論述》。開普勒把作為幾何學一個分支的天文學轉變成了物理學的一個分支。開普勒第一定律：橢圓定律

行星沿橢圓軌道繞太陽運動，太陽是位于橢圓的一個焦點上（1609《新天文學》）開普勒第二定律：面積定律

從太陽到行星的矢徑在相等時間里掃過相等的面積（1609《新天文學》）天體音樂

開普勒尋求在幾何學和天文學的各個方面可以發現的算術比例中的和諧，在《宇宙和諧論》第五卷中，他研究了行星在軌道上的加速和減速等問題，他相信能夠從中得出天體音樂的真正音符。開普勒的“第三定律”開普勒還在《宇宙和諧論》中尋求能揭示行星軌道大小和周期數學模型；他不知何故發現了如下事實：行星周期的平方和其軌道半徑的立方成固定比例。哥白尼曾很高興地發現，一個行星離太陽越遠，它的旋轉周期越長。開普勒現在知道了確證這個事實的數學規律。開普勒第三定律：周期定律

各行星公轉周期的平方與軌道半長徑的立方成正比（1619《宇宙和諧論》）開普勒行星運動三定律（1）軌道定律

（2）面積定律（速率v近日>v遠日）(SAB=SCD=SEK)（3）周期定律(R3/T2=K)3.惠更斯、胡克等人的貢獻惠更斯的向心力定律F=mv2/r胡克的平方反比定律：天體間的引力與兩天體之間的距離平方成反比

惠更斯向心定律

平方反比定律二、牛頓力學體系的建立1.、近代最偉大的科學家——牛頓2.、牛頓經典力學體系的創立3.、牛頓力學的重大歷史意義與局限性4.、牛頓經典力學體系產生的歷史必然性5、牛頓力學的應用與完善1、近代最偉大的科學家—牛頓1.1沉靜多思的有志少年1.2開創“牛頓時代”的科學泰斗1.3彷徨于科學與宗教之間的神學家

牛頓環牛頓追光燈牛頓拋物線科學巨人牛頓孤寂的家庭生活使他養成了沉靜多思的性格;少年牛頓不顯聰明但善于制作儀器;牛頓雖輟學在家助耕，但仍繼續攻讀;牛頓復學后發奮學習，成為一名成績優秀的學生。1.1沉靜多思的有志少年

伊薩克·牛頓(IsaacNewton,1642～1727)1.2開創“牛頓時代”的科學泰斗1661年6月5日，牛頓考上劍橋大學三一學院。1665-1666年牛頓因倫敦鬧瘟疫回故鄉躲避這是他科學創造精力最為旺盛、科學成績最大的時期。1667年，牛頓回到劍橋，當先為三一學院的研究員。劍橋大學三一學院劍橋大學王后學院牛頓數學橋1.2開創“牛頓時代”的科學泰斗1669年巴羅鑒于牛頓的數學天才，毅然辭去“數學盧卡斯講座”教授職位而讓年僅27歲的牛頓接替。

1669-1687年，牛頓制造了反射式望遠鏡，提出了光微粒說，發展了流數法，系統研究了理論力學，并以1687年7月《自然哲學的數學原理》的出版而達到高潮。牛頓的《自然哲學的數學原理》

牛頓正在做三棱鏡分光實驗頓牛頓制作的反射式望遠鏡牛頓的微積分手稿

恩格斯高度評價牛頓

對近代自然科學的巨大貢獻“牛頓由于發明了萬有引力定律而創立了科學的天文學，由于進行了光的分解而創立了科學的光學，由于創立了二項式定理而創立了科學的數學，由于認識了力的本性創立了科學的力學。”（《馬克思恩格斯全集》第1卷，人民出版社1956年版第657頁）正因為牛頓在近代自然科學的諸多領域做出了開創性的貢獻，以至人們將十七、十八世紀稱為“牛頓時代”。1.3.彷徨于科學與宗教之間的神學家《原理》出版以后，牛頓還做過一些化學實驗，手稿不幸被焚毀；由于《原理》不提上帝和蘊涵“反神創論”傾向受到宗教界和部分科學家的抨擊和反對；胡克1692年向皇家學會提出萬有引力定律發現權問題。上述原因使性格孤僻而內向的牛頓因過度苦惱而神經衰弱以致失常。胡克

牛頓在1669年被任命為造幣廠廠長，1703年當選皇家學會主席，1705年被封為貴族，還做過議員，終身末婚。在其后半生的近40年中，他除了從事學術領導、貨幣改革、研究煉金術和注釋圣經外幾乎沒有什么突出的科學成就。牛頓于1727年3月20日凌晨在睡夢中去世。他是英國歷史上第一個獲得國葬待遇的科學家。1.3彷徨于科學與宗教之間的神學家牛頓的葬禮

安葬牛頓的威斯敏斯特教堂的紀念碑上刻著一首詩:“這里躺著牛頓爵士，他以超人的智力首先證明了行星的運動和圖形、彗星的軌道和海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究光線的各種折射率及其所產生顏色的種種性質。對于自然、考古和圣經是一位前所未有的勤奮、敏銳而忠實的詮釋者。他的哲學中確認了上帝的尊嚴，他的行為中展現了真正的純樸。讓人類歡呼曾經生存過這樣偉大的一位人類之光吧!”1.3彷徨于科學與宗教之間的神學家1.3彷徨于科學與宗教之間的神學家

牛頓晚年熱衷于宗教事務，不能簡單地斥之為搞宗教迷信和唯心主義。其實，科學與宗教的關系是極其復雜的。科學與宗教是牛頓學術生涯的兩翼，對它們的研究常常是交織在一起的。作為清教徒的牛頓對神學的研究具有明顯的異教傾向，他把上帝理性化了，認識上帝被看作是追求真理。其結果是使牛頓既可以發現真理，也可能走入死胡同。2、牛頓經典

力學體系的創立

牛頓經典力學體系，是以絕對化的四個基本概念空間、時間、質量、力為基礎，以著名的三大定律為核心，以萬有引力定律為最高的綜合，用微積分來描述物體運動的因果律的一個結構嚴謹、邏輯嚴密、以實驗和觀察對結果進行驗證的科學體系。《原理》就是這個體系的集中表現。2.1力學三大定律的建立

牛頓以哥白尼體系為力學運動規律的參考系，利用古希臘哲學關于物質的原子結構的思想，以自然科學唯物主義為出發點，根據他自己建立的同物質運動狀態無關的時間、空間、力和質量等概念，結合伽利略對自由落體研究所發現的慣性運動和在重力作用下的勻加速運動等成果，提出了力學的三大定律。古希臘哲學對物質的原子結構的詮釋伽利略的自由落體實驗哥白尼的日心說A.第一定律

第一定律:“每一個物體都始終維持在靜止或勻速直線運動的狀態，只有受了外加的力，才被改變其狀態”。

牛頓的第一定律伽利略的自由落體實驗A.第一定律

第一定律也叫慣性定律，最早由伽利略發現。對于慣性定律，伽利略的認識是不徹底的。他沒有完全擺脫亞里士多德的影響，不能把物體保持慣性運動的屬性作為一個普遍的自然規律來加以認識。牛頓從伽利略的發現中看到了這一性質的普遍意義并把它表述為一個自然規律。B.第二定律

第二定律：“運動的改變和所加的外力成正比，并且發生在所加的力的那個直線方向上”。運動的改變是指動量對于時間的微商。經典公式：F=ma牛頓的第二定律B.第二定律

為了衡量物體運動狀態的變化，牛頓總結了笛卡兒和惠更斯對物體碰撞的研究成果，利用伽利略等人提出的加速度的概念，與他自己提出的力、質量、動量等概念相結合，提出了第二定律。牛頓規定，物體的動量以它們的速度和質量的乘積來度量。外力的變化與動量的變化成正比。牛頓的質點動量定理C.第三定律

第三定律：“每一個作用總是有一個相等的反作用和它相對抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠相等，并且各自指向其對方。”第三定律提高了第二定律的適用性。第三定律使質點力學向質點組力學過渡。2.2萬有引力定律的發現

自行星運動的正圓軌道被打破后，天文學家開始關注行星為什么總是繞太陽作封閉曲線運動，而不是作直線運動離開太陽的問題。1684年1月，胡克聲稱發現了天體在與距離平方反比的力作用下的軌道運行規律。但他未能做出數學證明。2.2萬有引力定律的發現

胡克1684年，哈雷請教牛頓在與距離平方反比的力作用下行星作何運動，牛頓肯定運動軌道是橢圓，并于當年11月就行星運動軌道與按距離平方反比的作用力之關系作了透徹的數學證明。2.2萬有引力定律的發現哈雷2.2萬有引力定律的發現

牛頓當時面臨的主要困難是，他不能肯定是否應該由地心開始計算月地距離，因為這牽涉到地球對月亮的引力是否正像它的全部質量都集中在中心點上那樣，這一點足以使謹慎過人的牛頓放棄這種本來十分卓越的思想。

1685年，牛頓運用他自己發明的微積分證明了，地球吸引外部物體時，如同全部的質量集中在球心一樣。在哈雷的鼓勵下，牛頓系統總結他關于動力學和引力問題的研究，于1686年撰成《原理》。

皇家學會當時資金不足，不能資助出版此書，哈雷便決定自己出資出版這部著作。1687年7月,牛頓的《自然哲學的數學原理》以拉丁文初版問世，立刻轟動全歐學術界。2.2萬有引力定律的發現《自然哲學的數學原理》牛頓2.3牛頓力學的重大歷史意義與局限性牛頓力學的重大歷史意義

第一、實現了第一次物理學大綜合。

牛頓地球上的物體運動與天上的天體運動都統一到萬有引力定律基礎之上，從而達到物理學上第一次理論大綜合；牛頓三大定律和萬有引力定律揭示了自然界最基本的宏觀物體低速機械運動的客觀規律性，實現了人類對自然界的認識的“第一次大飛躍”。

第二、導致了力學科學的革命。牛頓在建立力學體系的過程中的確繼承了前輩和同時代科學家的諸多科學成果，但并不是像通常有些學者所認為的只是對前輩和同時代科學家的思想或原理的匯集或綜合，而應該既是科學大綜合，更是科學革命。A.牛頓力學的重大歷史意義“牛頓革命不同于我們業已考察過的那些(確實發生了或據說發生了的)科學革命和數學革命，在其一生當中，牛頓一直被認為引起了一場革命。在其《自然哲學的數學原理》中，牛頓導致了微積分革命和力學科學的革命”，當然，在牛頓的前輩中，也曾有過一些偉大的人物探索過用數學原理來陳述自然哲學，如西蒙·斯蒂文，伽利略，開普勒，沃利斯，胡克，惠更斯等。從這個意義上講，牛頓革命是（可以追溯到科學革命之初的）諸多學者所創造出的成果的頂峰，而不是牛頓的某種全新的創造。把牛頓的《原理》與開普勒的《新天文學》、伽利略的《兩種新科學》、沃利斯的《力學》、胡克有關運動問題的論述、或惠更斯(有關擺鐘的論文里)關于勻加速運動的論述等作最簡單的比較就可以看出，在深度、范圍和技巧幾個等級方面，存在著某種不同。正是由于總體規模的猛增，牛頓的《原理》成了‘物理學革命’的‘新紀元’”。“時常有人斷言，牛頓把諸如開普勒、伽利略或胡克等科學家們完全不同的思想或原理匯集在一起，并對它們進行了綜合。然而，很難說牛頓富有革命性的科學就是這些思想的合成或組合，因為實際上，牛頓在其《原理》中把它們的荒謬不實之處披露了出來。‘真’科學不可能只是荒謬不實的思想或原理的產物。”（科恩：《科學中的革命》第202～203頁，商務印書館，1999年版）

美國科學史家科恩指出：A.牛頓力學的重大歷史意義

第三、推動了力學和其他學科的全面發展。它使天文學、力學的分支得以產生，對地質、機械等學科都有深遠的影響。到了十八世紀和十九世紀上半葉，形成了“分析力學”、“固體力學”、“彈性力學”、“流體力學”等多種力學分支。

第四、開創了理性新時代。它是文藝復興以來科學革命的偉大成果，標志著古代人從對自然界的感性直觀的認識進入到近代人的抽象理性認識的階段，十八世紀法國哲學家伏爾泰把牛頓的《原理》巨著帶到法國，法國百科全書派把牛頓力學作為唯物主義的自然科學基礎。A.牛頓力學的重大歷史意義伏爾泰孟德斯鳩

盧梭狄德羅

牛頓力學體系有巨大的方法論意義，其數學方法，邏輯推導給后人留下深刻印象，為后三百年的科研奠定了基礎。科恩指出:“牛頓革命也成了意識形態的一個重大的組成部分，唯一可與之相提并論的則是另一場科學革命，即達爾文革命。艾塞亞·伯林(1980,144)對牛頓的影響作了總結:牛頓思想的沖擊是巨大的;無論對它們的理解正確與否，啟蒙運動的整個綱領，尤其是在法國，是有意識地以牛頓的原理和方法為基礎的，同時，它從他那驚人的成果中獲得了信心并由此產生了深遠的影響。科恩指出：

而這，在一定時期中，使現代西方文化的一些中心概念和發展方向發生了確實是極富創造性的轉變，道德的、政治的、技術的、歷史的、社會的等等思想領域和生活領域，沒有哪個能避免這場文化變革的影響。”（科恩：《科學中的革命》第219頁，商務印書館，1999年版）牛頓力學的局限性

第一、絕對時空觀。“絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的”；“絕對的真正的和數學上的時間自自身在流逝著、而且由于其本性而在均勻地與任何其他外界事物無關地流逝著”。牛頓把時間看作是與物質運動無關的綿延，空間則是與物質狀態無關的空架子，這是沒有科學根據的。

第二、超距作用力。對于物體之間的相互吸引，牛頓是用某種“超距作用”來解釋的，也就是把物體間的引力傳遞看作是既不需要介質又不需要時間的過程，無論多么遙遠的物體或物體之間的空間多么真空，引力一下子就會由此物體達到彼物體。

牛頓力學的局限性B.牛頓力學的局限性

第三、上帝是宇宙運動的“第一推動者”。

牛頓認為：“各行星周日轉動不可能由重力而得來，而需要有神力在它們軌道的切線方向上給以推動。……，就需要有神力在它們軌道的切線方向上給以推動。”牛頓力學的局限性

第四、機械的自然觀。

牛頓力學的運動三定律將自然界的一切力學事件連結起來而形成一個統一的因果鎖鏈，整個自然界被認為像一架機器一樣有秩序地按照力學規律運動著。這種信念導致了指導物理學發展甚至影響整個自然科學達數百年之久的機械的自然觀。

第一、牛頓力學產生的根源在于資本主義經濟發展的強大動力。進入十七世紀，意大利逐漸沒落，英國在歐洲興起。英國通過幾百年的資本原始積累，爭得海上霸主，取得了資產階級革命的勝利。歐洲的政治、經濟、科學的中心由意大利轉移到英國。尤其是資產階級奪取政權后，比以往更加重視發展數學和自然科學。資本主義工場手工業的工作機的改革，機器的間或應用，為近代力學的建立，提供了實際的支點和刺激力。2.4牛頓經典力學

體系產生的歷史必然性2.4牛頓經典力學

體系產生的歷史必然性

第二、牛頓力學是科學發展的必然結果。

牛頓力學體系是牛頓經過二十多年的實驗和研究才取得的，也是他的先輩們所領導的科學革命的繼續和完成。2.4牛頓經典力學

體系產生的歷史必然性

正如牛頓自己所說“如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。”這些巨人就是哥白尼、伽利略、開普勒、惠更斯、費爾馬、波義耳，以及他尊敬的老師巴羅。尤其是伽利略和開普勒的成就直接為牛頓經典力學體系的建立奠定了自然科學基礎。哥白尼伽利略開普勒費爾馬惠更斯2.4牛頓經典力學

體系產生的歷史必然性

第三、英國良好的文化氛圍十分有利于科學的發展。英國資產階級革命的成功，為營造科學發展的文化氛圍提供了強大的政治保障。英國的國王和大臣都支持發展自然科學。培根“知識就是力量”的名言已深入人心，熱心科學的人迅速增加。在英國倫敦大商人格列沙姆創辦了以講授新的科學技術知識為主，有別于舊式大學的格列沙姆學院。民間組織“哲學學會”于1662年被國王批準命名為“皇家學會”而成為交流和推廣科研成果的中心。在這種有良好的科學研究和學術活動的國度里，十分有利于牛頓等科學家的成長。

皇家學會

第四、牛頓卓越的科學素質使他成為經典力學的集大成者。（1）牛頓善于繼承和吸收前人及同代人的思想精華和科學成果。這一點在《原理》中得到充分體現。（2）牛頓踏實嚴謹的科學態度。（3）牛頓具有先進的哲學思想和科學方法。對此，哲學界和科學史界頗有爭議。多數人貶低和蔑視牛頓的哲學思想，以致把牛頓說成是“偉大的科學家、渺小的哲學家”。其實，牛頓是站在當時哲學思潮前列的，他接受了培根開創的英國經驗論哲學傳統，但沒有囿于培根的經驗論，主張將歸納——演繹