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第27章 西方对力的认识历程是怎样的?

在我国人们对力进行研究的同时,遥远的西方世界里的人们也开始了他们的研究历程。古希腊的亚里士多德是较早探讨力的概念的科学家,但由于他的结论大多是一些猜想和推测的结果,所以往往导致一些不正确的结论。在力的概念上,亚里士多德认为,自然万物由火、气、水、土四种元素组成,在不受其他因素干扰的自然状态下,火与气作直线上升运动,水和土作直线下落运动。

为了解释这种现象,他把自然界中的运动分成两类,一类是自然运动,另一类是非自然运动(又称受迫运动)。自然运动就是物体趋向其自然位置的运动,这符合物体的本性,因此,自然运动是不需要作用力的推动。非自然运动就是物体向非自然位置的移动或离开自然位置的运动,这不符合物体的本性,所以是受迫运动,它不能由物体本身自发地产生,而是需要作用力来推动。他认为,各种物体的自然运动取决于它包含的元素成分和所处的位置,作用力是产生非自然运动的原因,作用力的本性就是抵抗、克服物体趋向其自然位置的本性。这样,亚里士多德就把非自然运动的根源放在事物之外,并把外力的作用与物体运动的速度直接联系起来。

亚里士多德特别研究了一种自然运动,即自由下落运动。他指出,重量是使物体下落的原因,并得出了一个结论:物体下落速度同它的重量(所受到的外力)成正比。所以亚里士多德总结的有关力的概念是,力是维持物体运动(速度)的原因,力与速度直接相联系。亚里士多德得的这一结论,当然同观察和实验有一定联系,但他对经验材料的概括缺乏严格的科学性,而在解释一些经验现象时,又提出了一些不依赖于经验,又未受经验检验的假设,因而他的理论只是一种思辨性的理论,其结论往往是不正确的。由于亚里士多德的威望和影响,以致使他的有关力的一些错误结论延续了近2000年,阻碍了物理学的发展,当然这并非全是亚里士多德本人的错。

经过无数代人的辛苦探索,人类终于对力的本质有了明确的概念。力的科学概念首先是由意大利物理学家伽利略所提出的,他在研究了亚里士多德和先辈们的著作后认为,不能把运动分为自然运动和非自然运动,这样的研究和分类会把运动的研究引入绝境。他认为应该依据运动的基本特征量——速度进行分类,他由此提出了匀速运动和变速运动新的分类方法,从而使运动理论的研究取得了重大进展。伽利略首先定义了匀速运动,接着又研究了变速运动。他在研究一种典型的变速运动——自由落体运动中首次提出了一个重要的概念——加速度,并用速度的增量Δν和用去的时间Δt之比来定义加速度,这样伽利略进一步把力与物体获得的加速度联系起来,认为力是使物体产生加速度的原因,纠正了亚里士多德的力是维持物体运动速度的错误观点,从而初步形成了力的科学概念,大大推进了人类对力的概念的正确认识。

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