5.1 经典力学的成就与局限性 课件 25张PPT

(共25张PPT)
第六章
万有引力与航天
经典力学的局限性
静力学（描述静止物体）
运动学（描述物体运动）
动力学（描述物体受力作
用下的运动）
经典力学
（牛顿力学）
一、经典力学模块分类：
牛顿
万有引力定律
变量数学微积分
牛顿三定律
牛顿主要贡献
亚里士多德
伽利略
笛卡尔
牛顿
经验主义：必须有力作用在物体上物体才能运动
理想实验（斜面）：物体保持运动不需要力维持
如果运动中物体没受到力。将以同一速度沿以直线运动。
牛顿定律（惯性定律，加速度定律，作用反作用定律）
哥白尼：日心说
第谷：20年精心观测数据
开普勒研究第谷数据得三个定律
胡克、哈雷进一步认识
牛顿解决椭圆并延伸到万物间有力
万有引力定律
牛顿
伽利略、第谷
哥白尼、亚里士多德
笛卡尔、胡克、哈雷等
牛顿所说：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人们的肩上。”
经典力学金字塔的建立
开普勒
经典力学的基础是牛顿运动定律，万有引力定律更确立了牛顿的地位，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，经受实践检验。著名物理学家杨振宁赞颂到：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿《自然哲学的数学原理》在1687年出版的那天。”
低速世界(经典力学)
高速世界（相对论）
二、经典力学的困境：
在宏观低速的世界：一切都理所当然？
宏观物体低速运动（远小于光速），经典力学完全适用。
时间和空间没有联系，相互独立，与物体及其运动状态都没有关系。
当一些问题(如微观领域的深入)牛顿解释不了时，它就只好用上帝的万能来解释，为此牛顿花费了后半生的心血，这正是牛顿的悲剧。
物体的相关物理量（位移、质量、大小等）与物体的运动状态都无关。
高速世界（接近光速）
随着物体线性运动速度的加快，时间会变慢。将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动，随后进行比较，地上的钟表总比快速移动的快。
物体以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。爱因斯坦指出，任何物体以光速运动时，其长度将会缩短为零。
物体的质量随速度的增大而增大
1905年，爱因斯坦提出，物体高速时（接近光速），物体所占空间（如长度），物理、化学过程，生命持续时间，都与运动状态有关，时空都与运动相关联了------------狭义相对论
趣例：
当你驾驶飞快的汽车通过一个门洞时，从你的角度来看这段距离要比实际距离短得多。这种情况在日常生活中经常被忽略不被注意是因为物体运动速度都很慢，长度收缩现象不明显。
屋子中有两盏灯，A站在两盏灯中间，B以一定速度踩着滑板向一盏灯运动正好到达中间。当两灯同时打开时A看到的现象是两灯同时亮，而B看到的却是面对他的那盏先亮，背对他的那盏后亮。
你现在穿的是25厘米的鞋，但在宇宙飞船上的人测得你穿的鞋的长度可能就只有20厘米了。
说船上的物体下落，从船上看是自由落体，从岸边看就是平抛了
按照狭义相对论，不仅“同时”是相对的，有时候，甚至事情的先后也都是相对的。举一个例子，一节长为10米的列车，A在车后部，B在车前部。当列车以0.6c的高速度通过一个站台的时候,突然站台上的人看到A先向B开枪,过了12.5毫微秒,B又向A发射。因而站台上的人作证：这场枪战是由A挑起的。但是，车上的乘客却提供相反的情况，他们说，是B先开枪，过了10毫微秒，A才动手。事件是由B发动的。
到底是谁先动手呢？没有绝对的答案。在这个具体事件中，谁先谁后是有相对性的。在列车参考系中，B先A后，而在车站参考系中则是A先B后。甚至于飞船上的人可能会看到你先把苹果吃了，再看到苹果掉在了地上。
不敢相信图中的横线是平行的，不过它就是平行的
两个位于中心的圆哪个大？其实一样大的！
（1）相对时间
狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）运动速度的加快，时间会变慢。
使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。
时钟变慢.swf
（1）相对时间
（2）相对长度
爱尔兰物理学家佛兹杰拉德(1851─1901)提出，物质会在运动的方向上收缩（缩小），这意味着根据一个静止观察者的观点，一枚以接近光线运行的火箭所表现出的长度会比它静止时更短，尽管乘坐火箭的人看来并没有什么两样。
爱因斯坦指出，任何物体
以光速运动时，其长度将会缩短为零。
（2）相对长度
（3）相对质量
物体运动时的质量与静止质量的关系
经典力学
狭义相对论
广义相对论
量子力学
互为补充，互不矛盾，互不否定共同支撑起物理学科的骨架。
宏观低速弱引力
高速
微观世界
强引力
爱因斯坦给后人的信
一天，爱因斯坦正在撰写光电效应定律的论文，美国总统罗斯福打来电话，让他给５０００年后的人们写一封信。爱因斯坦笑了，说：“总统，您真会开玩笑，要我写些什么呢？”
罗斯福非常郑重地说：“把我们这个时代人们的思想和科学的发展，告诉５０００年后的人们，让他们对我们有所了解。”“这样的信，即使写了也没法寄啊！”爱因斯坦说，“没有这样的邮差。”
“这个，我考虑过。”罗斯福成竹在胸，“有的。我们给他们做一个安全固定的信箱，５０００年后，他们到那里去取就是了……”爱因斯坦饶有兴趣地点点头说：“还是总统有办法。”
罗斯福１９３３年任美国第３２届总统，业绩辉煌。他所以叫爱因斯坦给５０００年后的人们写信，要的是名人效应。爱因斯坦是伟大的科学家，在物理学的许多方面做出了卓越的贡献，特别是相对论，揭示了空间—时间的辩证关系，无论在科学上还是在哲学上，都具有重要的历史意义。
１９３８年８月１０日，爱因斯坦写了《致后人书》——
　　
“我们的时代富于创造思想。我们的发现本应该可以大大地使我们的生活轻松愉快。我们利用电能横渡大洋。我们使用电能来减轻人类的繁重的体力劳动。我们学会了飞行。我们利用电波很容易地把消息发到全球各地去。”
“但是，虽然有着这一切，我们的商品的生产和分配是完全无组织的，人们必须生活在忧虑中，担心被人从经济生活中抛出，失去一切。除此之外，生活在不同国家中的人们每隔一个长短不等的时间就要进行互相杀戮，因此，每一个想到未来的人必然都生活在经常的忧虑中。”
“我相信，我们的后人将怀着一种理所当然的优越感读上面这几行文字吧。”
爱因斯坦的这封给后人的信是用特制的墨水和纸写成的。与其它的文件一起装进一个特制的钢体里，埋入纽约当时准备动工兴建的国际博览会建筑地基下面１５米的花岗岩洞内，地面立有一碑柱，要人们在５０００年后，即公元６９３８年取出钢体内的东西。
爱因斯坦的《致后人书》，许多报刊上登过，５０００年后的人们如果只想读到这封信，根本用不着去碰国际博览会地基下的那颗“定时炸弹”。