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1、惠更斯 擺的研究和運用
一、惠更斯
惠更斯(1629-1695)荷蘭物理學家、天文學家、數(shù)學家。是與牛頓同一時代的科學家,是歷史上最著名的物理學家之一,他對力學的發(fā)展和光學的研究都有杰出的貢獻,在數(shù)學和天文學方面也有卓越的成就,是近代自然科學的一位重要開拓者。他建立向心力定律,提出動量守恒原理,改進了計時器。
1629年4月14 日出生于海牙。父親是大臣和詩人,與R·笛卡兒等學界名流交往甚密?;莞棺杂茁敾?,13歲時曾自制一臺車床,表現(xiàn)出很強的動手能力。1645~1647年在萊頓大學 學習法律與數(shù)學,1647~1649年轉入布雷達學院深造。 在阿基米德等人著作及笛卡兒等人直接影響下,
2、致力于 力學、光學、天文學及數(shù)學的研究。他善于把科學實踐和理論研究結合起來,透徹地解決問題,因此在擺鐘的 發(fā)明、天文儀器的設計、彈性體碰撞和光的波動理論等 方面都有突出成就。1663年他被聘為英國皇家學會第一 個外國會員,1666年剛成立的法國皇家科學院選他為院士。惠更斯體弱多病,一心致力于科學事業(yè),終生未婚。1695年7月8日在海牙逝世。
惠更斯曾首先集中精力研究數(shù)學問題,惠更斯在數(shù)學上有出眾的天才,早在22歲時就發(fā)表過關于計算圓周長、橢圓弧及雙曲線的著作。他對各種平面曲線,如懸鏈線、曳物線、對數(shù)螺線等都進行過研究,還在概率論和微積分方面有所成就。
1657年發(fā)表的《論賭博中的計算》,就
3、是一篇關于概率論的科學論文,顯示了他在數(shù)學上的造詣。從1651年起,對于圓、二次曲線、復雜曲線、懸鏈線、概率問題等發(fā)表了一些論著,他還研究了浮體和求各種形狀物體的重心等問題。
二、擺的研究和運用
對擺的研究是惠更斯所完成的最出色的物理學工作。多少世紀以來,時間測量始終是擺在人類面前的一個難題。當時的計時裝置諸如日規(guī)、沙漏等均不能在原理上保持精確。直到伽利略發(fā)現(xiàn)了擺的等時性,惠更斯將擺運用于計時器,人類才進入一個新的計時時代。
當時,惠更斯的興趣集中在對天體的觀察上,在實驗中,他深刻體會到了精確計時的重要性,因而便致力于精確計時器的研究。當年伽利略曾經證明了單擺運動與物體在光滑斜面上的下滑
4、運動相似,運動的狀態(tài)與位置有關?;莞惯M一步確證了單擺振動的等時性并把它用于計時器上,制成了世界上第一架計時擺鐘。這架擺鐘由大小、形狀不同的一些齒輪組成,利用重錘作單擺的擺錘,由于擺錘可以調節(jié),計時就比較準確。在他隨后出版的《擺鐘論》一書中,惠更斯詳細地介紹了制作有擺自鳴鐘的工藝,還分析了鐘擺的擺動過程及特性,首次引進了“擺動中心”的概念。他指出,任一形狀的物體在重力作用下繞一水平軸擺動時,可以將它的質量看成集中在懸掛點到重心之連線上的某一點,以將復雜形體的擺動簡化為較簡單的單擺運動來研究。
惠更斯在他的《擺鐘論》中還給出了他關于所謂的“離心力”的基本命題。他提出:一個作圓周運動的物體具有飛離中心的傾向,它向中心施加的離心力與速度的平方成正比,與運動半徑成反比。這也是他對有關的伽利略擺動學說的擴充。
在研制擺鐘時,惠更斯還進一步研究了單擺運動,他制作了一個秒擺(周期為2秒的單擺),導出了單擺的運動公式。在精確地取擺長為3.0565英尺時,他算出了重力加速度為9.8米/秒2。這一數(shù)值與現(xiàn)在我們使用的數(shù)值是完全一致的。
后來,惠更斯和胡克還各自發(fā)現(xiàn)了螺旋式彈簧絲的振蕩等時性,這為近代游絲懷表和手表的發(fā)明創(chuàng)造了條件。