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流体力学实验心得体会范文

时间:2020-02-04 03:21

力学实训心得不少于两百字,求大神啊

第一句就说牛顿是伟大的。

力学是一门独立的基础学科,是有关力、运动和介质(固体、液体、气体是撒旦和等离子体),宏、细、微观力学性质的学科,研究以机械运动为主,及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。

力学是一门基础学科,同时又是一门技术学科。

它研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。

力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分,静力学研究力的平衡或物体的静止问题;运动学只考虑物体怎样运动,不讨论它与所受力的关系;动力学讨论物体运动和所受力的关系。

现代的力学实验设备,诸如大型的风洞、水洞,它们的建立和使用本身就是一个综合性的科学技术项目,需要多工种、多学科的协作。

流体力学综合实验

实验报告课程名过程工程原验指导老师:成绩:_________________实验名称:流合实验实验类型:_____同组学生姓名:一、实验目的和要求(必填)二、实验内容和原理(必填)三、主要仪器设备(必填)四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析(必填)七、讨论、心得Ⅰ、流体流动阻力测定一、实验目的⑴掌握测定流体流经直管、管件(阀门)时阻力损失的一般实验方法。

⑵测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re的关系,验证在一般湍流区内λ与Re的关系曲线。

⑶测定流体流经管件(阀门)时的局部阻力系数ξ。

⑷识辨组成管路的各种管件、阀门,并了解其作用。

二、基本原理⑴直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时,阻力损失为:⑴即⑵⑶采用涡轮流量计测流量V⑷用压差传感器测量流体流经直管的压力降。

根据实验装置结构参数l、d,流体温度T(查流体物性ρ、μ),及实验时测定的流量V、压力降ΔPf,求取Re和λ,再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。

⑵局部阻力系数ζ的测定流体通过某一管件或阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内

用流体力学知识解释为什么水会往高处流

由于很多字母我打不出来,只好说下思路。

以容器轴线为基准面z1=z2=0,容器左侧的活塞以非常小的速度向右运动v1=0,因为A1>>A2所以局部阻力系数为0.5,摩擦损失只有局部损失。

现在带入伯努利方程就只有v2是未知的。

由伯努利方程的Z1+p1\\\/ρg+v平方\\\/2g=Z2+p2\\\/ρg+v平方\\\/2g+hj代入数值的0+p1\\\/ρg=0+p2\\\/ρg+v2平方\\\/2g+0.5v平方\\\/2g结果为v2=√(4(p1-p2)\\\/3ρ)

学习化工原理的心得体会是什么

一,重视课本的基础和细节,对教材的每个章节自己有个系统的认识,以为化工原理太多的计算,并且都和实际生产操作相关,故对每种单元操作条件的要求要非常明确。

二,公式这个毋庸置疑,化工原理里面的公式出奇的多,并且千奇百怪,更让人头疼的是适用条件这个在流体力学里体现的淋漓尽致,哪怕是死记硬背也好,也要丝毫不差的把他们背下来,达到看见题目的条件,自然反射的就能写出相应的公式。

三,注意对题型进行分类总结,化工原理的题目是做不完的,做好分类足矣应付各种考试。

四,就是实验了,这个要反复推敲,想想为什么要这样做,这里面东西太灵活,可以考的角度非常多,望重视。

写一写你对物理的认识和学习物理的打算。

200字左右。

物理依字面意思物体的理性规律,所以要学好物理就应该打好物理的基础就要先掌握物理的思想方法。

不这样的话你的物理永远只会作简单的难的永远别想。

思想方法具体来说就是一种思想规律,就是拿到个题目或看到一种现象不是动笔算而是找出其中的物理规律,从规律中用工式。

用工式是也不是狂代狂设狂算,需要的是用物理规律中允许的过程来代值预设再求解。

物理计算考的不是简单计算而是复杂的过程想象,这才是物理的难处但是如果接和生活中对规律的注意发挥你的想象力对过程辨析就自然能找到解题方法了

我不太认为做是种方法,应该是多想,多看,多总结。

在填料塔的流体力学特性中,确定的最佳操作空塔气速是多少

火车头做得轻些好吗?这可不行

  原因倒不是因为材料和技术不允许,而是,火车头一旦做的轻了,它对后面车厢的拉力就会明显减少。

  火车头对车厢的拉力来源于火车车轮和铁轨之间的摩擦力。

当火车前进时,车轮向后推铁轨,铁轨反过来向前推车轮。

这个相互推的力产生在车轮与铁轨相接触的地方,叫做摩擦力。

  摩擦力的大小与两物体(车轮与铁轨)压紧的力的大小有关,若是火车头做的轻便了,那么这个压紧的力就减小了,火车就拉不动后面的车厢了,你说是吗

为什么旋转球不走直线罚点球的队员把球踢出去后,对方守门员朝着来球的方向扑去,但是球在半途中改变了方向,绕过守门员射进了球门,球场上响起了一片喝采声……  这种被解说员称为“香蕉球”的射门技巧是由于射出的球高速旋转而形成的,但为什么旋转的球体就不走直线了呢

这就要用空气动力学中一条重要结论来解释了。

这条结论简述为:物体在流体中运动,它周围的流体相对它流速越大处压强就越小,当球如图所示的方向旋转着前进时,球的左侧面的气流相对球面来说流动速度较小,这时球左侧的压强大于右侧,则球受了一个向右的力,所以球从对方大门右侧射入。

  流体力学的这条规律有多种应用,如飞机机翼的断面设计成上凸下平、喷雾器插在药液中的细管等跳高时为什么要助跑在体育比赛中,跳远的运动员选择较长的助跑距离,而跳高 运动员的助跑距离则要短得多。

如果选择较长的助跑距离,是否 就跳不高呢

  跳高运动员能腾起越过横杆,靠的是助跑的惯性力和起跳蹬 地的支撑反作用力。

由于惯性力的方向是水平向前的,而支撑反 作用力是垂直(或近似垂直)向上的,所以起跳后的身体重心沿 着一个抛物线轨迹运动。

这个抛物线轨迹的高度,取决于起跳时 腾起初速度和腾起角的大小,也就是说,腾起初速度和腾起角是 增加跳高高度的关键。

一般说来,应该尽可能增大这两项数值。

最大腾起角为90度。

然而,由于跳高不是单纯的垂直向上运动, 越过横杆还必须有一个向前的力量;再则,还须充分利用水平速 度来增大腾起初速度,因此,腾起角应小于90度。

至于腾起初速度 ,则和运动员的素质和技术的熟练程度密切相关。

腾起初速度越大, 跳得就越高。

当腾起角一定时,腾起初速度是起决定作用的。

惯性故事——萨尔维阿蒂的大船经典物理学是从否定亚里士多德的时空观开始的。

当时曾有过一场激烈的争论。

赞成哥白尼学说的人主张地球在运动,维护亚里土多德----托勒密体系的人则主张地静说。

地静派有一条反对地动说的强硬理由:如果地球是在高速地运动,为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢

这的确是不能回避的一个问题。

  1632年,伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。

书中那位地动派的“萨尔维蒂”(图4-1)对上述问题给了一个彻底的回答。

他说:“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里,让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫,舱内放一只大水碗,其中有几条鱼。

然后,挂上一个水瓶,让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。

船停着不动时,你留神观察,小虫都以等速向舱内各方向飞行,鱼向各个方向随便游动,水滴滴进下面的罐中,你把任何东西  扔给你的朋友时,只要距离相等,向这一方向不必比另一方向用更多的力。

你双脚齐跳,无论向哪个方向跳过的距离都相等。

当你仔细地观察这些事情之后,再使船以任何速度前进,只要运动是匀速,也不忽左忽右地摆动,你将发现。

所有上述现象丝毫没有变化。

你也无法从其中任何一个现象来确定,船是在运动还是停着不动。

即使船运动得相当快,在跳跃时,你将和以前一样,在船底板上跳过相同的距离,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。

虽然你跳到空中时,脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。

你把不论什么东西扔给你的同伴时,不论他是在船头还是在船尾,只要你自己站在对面,你也并不需要用更多的力。

水滴将象先前一样,滴进下面的罐子,一滴也不会滴向船尾。

虽然水滴在空中时,船已行驶了许多柞。

鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大;它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。

最后,蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。

它们也决不会向船尾集中,并不因为它们可能长时间留在空中,脱离开了船的运动,为赶上船的运动而显出累的样子。

”  萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理,即:从船中发生的任何一种现象,你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。

现在称这个论断为伽利略相对性原理。

  用现代的语言来说,萨尔维阿蒂的大船就是一种所谓惯性参考系。

就是说,以不同的匀速运动着而又不忽左忽右摆动的船都是惯性参考系。

在一个惯性系中能看到的种种现象,在另一个惯性参考系中必定也能无任何差别地看到。

亦即,所有惯性参考系都是平权的、等价的。

我们不可能判断哪个惯性参考系是处于绝对静止状态,哪一个又是绝对运动的。

  伽利略相对性原理不仅从根本上否定了地静派对地动说的非难,而且也否定了绝对空间观念(至少在惯性运动范围内)。

所以,在从经典力学到相对论的过渡中,许多经典力学的观念都要加以改变,唯独伽利略相对性原理却不仅不需要加以任何修正,而且成了狭义相对论的两条基本原理之一。

为什么桥都设计成凸形的?桥是不是不应该设计成拱形向上的,而应该设计成凹形的为好。

因为汽车在向下行驶之前具备一定的势能,这个势能可以帮助它顺利地到达桥的那一端。

可是拱形向上的桥却没有这个优点。

  桥设计成向上的理由,是因为汽车经过桥中部时,桥所承受的压力较小;而相比之下,凹形桥承受的压力较大。

  由于汽车经过一个弧形的时候,需要有一个向心力F,它是由重力Mg和支承力N合成的。

   在拱形桥:F=Mg-N ∴ N=Mg-F   在凹形桥:F=N-Mg ∴ N=F-Mg故总水压力通过压强的三角形分布距坝底H/3.设水库大坝的总重力为G,重心在O′处,为便于分析,设水库中水对大坝的总压力F水平向外(大坝外侧),如右下图所示.因受水的压力F的作用,坝体会以水库外侧大坝的坝脚O为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势,其倾覆力矩为MF=F×H/3.而大坝依靠自身的重力G产生的抗倾覆力矩MG=Gd.把坝体修得沿背水面坡度缓一些,能够达到既增大重力,又增大力臂d的效果,从而达到增大抗倾覆力矩MG的效果.  由此可见,在不增加建设大堤和大坝的土石方,用料及造价相同的前提下,迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固,挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定.过山车中的物理知识过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。

那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。

如果你对物理学感兴趣,那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感,还有助于理解力学定律。

实际上,过山车的运动包含了许多物理学原理,人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。

如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果,那感觉真是妙不可言。

这次同物理学打交道不用动脑子,只要收紧你的腹肌,保护好肠胃就行了,当然,如果你的身体条件和心理承受能力的限制,无法亲身体验过山车带来的种种感受,你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。

  在开始旅行时,过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。

事实上,从这时起,带动它沿着轨道行驶的惟一的发动机将是引力势能,即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。

  第一种能,即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量,是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。

对过山车来说,它的势能在处于最高点时达到了最大值,也就是当它爬升到山丘的顶峰时最大。

当过山车开始下降时,它的势能就不断地减少(因为高度下降了),但它不会消失,而是转化成了动能,也就是运动能。

不过,在能量的转化过程中,由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量,从而损耗了少量的机械能(动能和势能)。

这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因:过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。

过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。

事实上,下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。

因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要快,这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。

这样,乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点,从而产生一种要被抛离的感觉,因为质量中心正在加速向下。

尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的,否则在到达顶峰附近时,小车厢就可能脱轨甩出去。

车头部的车厢情况就不同了,它的质量中心在“身后”,在短时间内,它虽然处在下降的状态,但是它要等待质量中心越过高点被引力推动。

  到达“疯狂之圈”时,沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。

这时,乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉,因为这时产生了一种表观的离心力。

事实上,在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。

这种环形轨道是略带椭圆形的,目的是为了平衡引力的制动效应。

当过山车达到圆形轨道的最高点时,事实上它会慢下来,但如果弯曲的程度较小时,这种现象会减弱。

一旦过山车走完了它的行程,机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。

减速的快慢是由气缸来控制的。

你知道气垫船吗? 我们知道,船是水上重要的交通工具,船是离不开水的。

可是你知道吗?有一种神奇的船,它不管是在水面上,还是在陆地上,或者是在沼泽地里,只要表面比较平,它都可以行驶,这就是气垫船。

  气垫船是怎么回事呢?它不什么可以离开水面在地面上航行呢?原来在气垫船的船底四周设有环形喷口,气流从喷口向外倾斜地高速喷出,由于水面的阻挡,气流在船底积聚形成气垫,并产生一股很强很大的升力,把船托离水面。

由于物体同空气的摩擦要比物体同水的摩擦小得多,气垫船向前运动时只受空气阻力,所以它能在水面上高速滑行。

它的速度比普通船要高几倍,目前世界上大型气垫船载客可达上千人,时速达300千米\\\/时。

人们还在设想制造载重5000吨的巨型气垫船,以原子能为动力,只要24小时就可从欧洲越过大西到达美国,看来气垫船的发展有着巨大潜力和广阔前景。

气垫船在我国也投入了使用,1979年在广州与香港之间开辟了气垫船航线,1989年又在上海的吴淞与崇明之间开辟了气垫船航线。

你知道气垫船是谁最早发明的吗?他是英国的船舶设计师——科克莱尔在1959年首先发明设计制造的。

  一种全垫升气垫游艇具有良好两栖性和越野性能,具有良好的通过性,能航行于水面,冰面,沼泽地及陆地(草地)等区域。

YACON 300\\\/500型气垫艇是用于沿海、内河及大型湖泊的休闲旅游产品,操作简便,安全可靠对航行水域无污染。

黄河气垫船  郑州号水陆两栖气垫船是我国第一艘用于旅游的气垫船。

气垫船是高科技的结晶。

顾名思义,它是由船下的大型鼓风机向船身下充气,使般下产生一个巨大的气垫,把船身向上抬高20~50公分。

船体借助船后两个巨型螺旋浆产生的推动力,使船向前行进。

   一望无际的黄河滩地坎坷不平,汽车在这里无法行驶,一般船只在这里搁浅,唯有气垫船畅通无阴,运行自如。

   黄河的一大特征是险情丛生。

在黄河平静的河面下隐藏着无数的浅滩、暗滩,宽阔的河面无船出现,正是黄河自古难行舟的写照。

但郑州号气垫船实现了零的突破,在河面上乘风破浪,自由飞翔。

气球造的气垫船  可以乘载人在海上行走的气垫船,从下面排气使船浮在水面上。

  用气球造气垫船。

将气球吹气膨胀后搁在平坦的桌面上时,气球只能稍微浮起。

用指尖轻推时,就向前滑动。

气球为什么会轻轻地滑动呢

在倾斜的平板上,也试一试看吧

下面介绍制作过程。

  一、用厚纸板按左图制作一圆板及一圆环(如果用塑料板制作更好)。

然后把圆环贴在圆板的背面,并用厚重的书本压平、晾干。

(左图)  二、将纸用吸管相同大小的棒子卷成管状,口径要比气球口的为大。

(上图)  三、照纸管大小在中心点作切口。

然后将纸管粘住,等干燥后再将气球套住。

(左图)  四、将吸管插入气球口吹气,等气球膨胀后抽出吸管,同时用指头压住气球口。

(下图)  五、放在平坦的桌面上,轻轻地用手指推动,便会顺利地滑过去。

(右图)

对经典力学发展过程的感想

20世纪物理学发生了深刻的变化。

人过从“经典”或“牛顿”物理学跨入“近代”物理学,从而促进了物理学的发展。

如此说来,19世纪的物理学似乎是一个在“经典”和“近代”的“夹缝中求生存”的阶段。

19世纪的物理学究竟发展到了什么程度

它与“近代”物理学的产生和发展究竟有什么样的、多大的联系呢

《19世纪物理学概念的发展——能量,力和物质》([英]彼得·迈克尔·哈曼 著,龚少明 译 ,复旦大学出版社 出版)是《剑桥科学史》系列丛书中的一本。

作者哈恩教授简洁地为我们说明了19世纪物理学的理论框架,着重讲述了当时的物理学家在机械论基础上千方百计地建立他们的理论的过程。

虽然就我目前的物理学知识而言,对整本书的理解只能是一个大而化之的粗浅印象,可是,我觉得,当我们对两大物理学“支柱”虔诚地膜拜,耗尽心力的学习和研究其理论知识,钻研于其中的大量习题的同时,常识性地了解19世纪物理学——这一完善和孕育着两大物理学支柱的关键时期的知识,不仅必要,而且必须。

至少对我而言,感觉收益非浅。

整本书可以说是19世纪物理学的编年史。

全书的阐述是从19世纪上半叶物理学的范围如何进一步拓展入手,重点构架了19世纪的几个重大的概念问题——能量物理学和热力学的出现,发光以太和电磁以太的理论,场论的概念,分子物理学和统计热力学以及力学解释纲领的主导地位。

全书多的是较为平直枯燥的理论解释,很多涉及到了我们还未接触过的物理知识。

比如以太,分子物理学等等,可是总有一种意念使我坚持看完了此书。

因为真正吸引我的已经不止是这些理论、公式,更重要的是这些物理学家们在这个物理学从“经典”走向“近代”的过渡时期的思考的痕迹,我渴望了解:19世纪物理学概念究竟发展到了一个什么样的高度,贯穿与19世纪物理学的核心问题又到底是什么呢

19世纪的物理——物理与数学的完美结合起初在读这本书的时候,我常常惊奇地发现,为什么在这本物理学读物中,出现了这么多的耳熟能详的数学家的名字——这些名字是我们正在学习的高等数学书中的常客——拉普拉斯、傅里叶、拉格朗日……他们演算的一系列数学公式我们都要花上好长的时间才能消化领会其中的凤毛麟角,没想到他们还到物理学领域“插一脚”。

随着内容的深入,我的认识才逐渐丰满起来:19世纪,“物理学”这个术语的含义发生了新的重大变化。

尽管这个术语从传统意义上有时仍被用来泛指自然科学,但在19世纪的早期,“物理学”已以近代的更加专门的意义,用来表示采用数学方法和实验方法来研究力学、电学和光学的科学。

而当时的物理研究方法,也主要是采用定量描述,以寻求数学规律为普遍目标,以建立能量守恒定律为统一原理,以力学解释纲领作为物理理论的支柱。

[i]在19世纪的物理理论中,力学现象就是在数学基础上加以分析研究的。

可以说物理现象的数学处理在力学研究中达到了登峰造极的地步。

主要体现在下述四方面的进展。

它们为建立统一的物理学奠定了可靠的基础:1.P.S德.拉普拉斯(P.S.de Laplace)及其追随者,建立了一种既适用于力学又适用于热学和光学现象的关于粒子之间的力的普遍的数学理论。

尽管在1815-1825年的10年间,随着热学和光学的最新进展,这一理论已经被抛弃了,但是拉普拉斯的数学化和公式化对统一的物理世界观,乃至对以后物理学理论的发展都产生了深刻的影响。

2.1822年的约瑟夫.傅里叶(Joseph Fourier)关于热的数学理论的发表1,把原先只适用于力学问题的数学分析方法,应用到热学的研究之中。

在磨合这种概念上的传统差别及强调数学表述和物理表述的差别时,傅里叶的工作对建立统一的物理学产生了深远和广泛的影响。

正是在这种影响下,19世纪40年代,威廉.汤姆孙(William.Thomson)受到了其热理论和静电学理论两者数学类似的启发,一方面,研究出了热学定律和电学定律两者间的数学类似性和物理类似性,另一方面又探索了质点力学同流体力学及弹性力学之间的数学相似性。

汤姆孙通过这种物理比较方法,亦通过同一数学形式所反映不同现象之间的概念联系方法,加深了人们对物理现象的统一性的认识。

3.A.J.菲涅耳(A.J.Fresnel)关于光的波动说,假定光是依靠力学以太的振动实现传播的,因而光学又纳入到力学自然观的范畴之中了。

大约19世纪30年代,光的波动说已被普遍接受,物理学家试图寻找一种合乎逻辑的光学机械论,为此探索了多种多样的物理理论和数学理论。

光学以太的机械论又为力学解释提供了一个典型的普遍性事例。

4.19世纪40年代,能量守恒定律的建立又加强了物理学的统一性,使热、光、电、磁的现象都归并到力学原理框架之中。

赫尔曼.冯.亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)在1847年发表的一篇极有创意的论文中2,把这些现象表示为能量的不同形式,从而说明了力学、热学、光学、电学和磁学之间的关系。

他还强调指出,能量的概念是力学自然观的另一种表述方式,他所建立的能量守恒定律也是数学和力学的一个定理。

尽管有不少物理学家曾采取了各种尝试,试图从数学上解决一些问题并没有取得成功,可是,总的来说,19世纪物理发展是物理学和数学完美结合。

正是数学和物理学双管齐下的完美结合,才使的“物理学”的学科范围以及学科内容的协调性都极为美妙,物理学作为一门完整的学科,不仅外延和内涵有了进一步的补充和完善,而且已经达到了概念准确、逻辑统一的新阶段。

19世纪的物理学——力学世界观的衰落回顾19世纪的物理学,在1850年左右,当时物理学的最重大的根基已经明确了:物理现象都可以用一种统一的框架来解释,即以力学解释为原理的出发点,通过数学描述对物理现象作模拟并导出描述现象的数学方程式,再冠之以普遍的定律——能量守恒定律。

有了经典力学的支持,加之能量守恒定律的建立,人们对力和能量的认识已经达到了一个较高的高度。

可是,当物理学家们试图完善这种以力学为主体的物理体系,并期望依赖这种体系解释自然规律的时候,困难和矛盾出人意料的发生了。

一切的一切就好比W.汤姆孙在1900年的一次题为‘漂浮在热和光学的动力学上空的19世纪乌云’的演讲中所指出的:力学自然观面临着两大难题,一是不能解释地球穿过以太的运动机制;二是能量均分概念提不出分子模型的构造。

汤姆孙强调指出,正是这两朵‘乌云’妨碍他对物理现象提出力学模型。

但是由于这两大难题所涉及的范围比较广泛,留给物理学家围绕力学自然观的概念基础所能现象的空间也比较大。

其实我觉得传统的力学解释纲领在19世纪80年代和90年代就已引起了物理学家的多种多样的反响。

可是在解释过程中又不可避免的捉襟见肘或困难重重。

这似乎成了当时物理研究的瓶颈。

比如汤姆孙的以太模型3和波尔兹曼关于场论的演讲,都是尽量把物理现象的模型精雕细琢,千方百计的维护力学纲领。

波尔兹曼尽心尽力地对他的电磁场的力学模型的结构和运动做出了及其细致的描述;而汤姆孙指出,现象的力学模型结构如何是关系到对该现象易于理解的重要判据;但是与力学模型相关的概念困难已被深刻理解4。

赫兹也相信力学解释纲领,强调他的以太概念是建立在以太各局部之间由机械结构相连的模型之上的,但由于他把电磁学的形式同由力学模型小心的区别开来,这就促使他产生了电磁场不具有力学性质的观点。

在他的关于电子论的首次描述中,他把电磁场想像为动力学系统,可他最后还是放弃了与解析动力学相关的形式,朝着非力学原理范畴建立电子和电磁以太本体论的反方向前进,而他的电磁以太理论不是建立在力学纲领的基础上。

洛伦兹从自己的电磁学自然观出发,解释了地球通过以太的运动,这也是回避弹性以太的力学理论所面临的困难的一种表述方式。

围绕场论机制的争论于围绕热力学的争论如出一辙。

波尔兹曼竭尽全力要维护力学自然观地位不可动摇,用分子的统计原理建立起熵和不可逆性的概念后,又用力学自然观的本体论解释了热力学第二定律。

普朗克并没有完全否定机械论的本体论,但他试图以纯热力来解释熵。

总之,他们都希望把原子论的概念从物理理论的范畴中清除掉。

由于均分原理和以太模型结构等相关问题,也就是汤姆孙所谓的力学自然观上空的两朵‘乌云’的出现,围绕着物理学大厦基本框架的争论就越来越突出了。

无论是在关于力学纲领是否由电磁学本体论替换,还是关于使能量均分原理符合气体运动论,或者是在为熵寻求纯力学解释的过程中,种种失败都加快了力学纲领的衰亡。

这种消亡作为物理学理论演变的一个范例,深受对力学解释进行哲学批判者的支持.5我不想在这里讨论这种哲学批判,至少现在我们知道汤姆孙的两朵‘乌云’终于消散了,而且当然并不是通过他对力学物理机制的修正实现的。

在19世纪的下半叶,随着物理学探索者们的认识的不断深入,力学纲领的消亡促成了新的物理体系的萌芽,也完成了从依赖力学纲领的经典物理学到近代物理学的过渡。

19世纪的物理学——贯穿“经典”和“近代”的纽带这里,我只想站在一个物理学初学者的角度说说我对19世纪物理学发展的感性认识。

一直惊叹于由“经典物理学”和“近代物理学”所支撑构架的物理学的宏伟宫殿;一直以为,从“经典力学”到“近代物理学”之间的跨越是为数不多的几个物理天才的灵光一闪——一切好比牛顿的墓志铭上的描述:“Nature and Nature’s law lay hid in night.God said:‘Let Newton be.’and all was light.”6上帝创造了牛顿,又创造了这只落到牛顿头上的苹果,于是诞生了牛顿三大力学定律——天才爱因斯坦也是偶然的灵光一闪,拍脑袋想出了游离于“绝对空间”之外的“相对空间”,构造了一系列被人们奉为经典的时空观。

殊不知,当物理学与人类文明滚滚向前的车轮从18世纪驶来,又滚滚而去的这100年间,物理学观念、理论、概念发生了多么巨大的变化。

在这犹如沧海一粟般的100年里,物理学探索者们竟要在截然不同的思维中迂回穿梭,找到得以平衡的支点。

无论力学解释纲领所发挥的主导地位如何突出,也不管偶然求助“牛顿”理论的实际情况如何强烈,19世纪时,当把术语“牛顿的”应用到物理学中时,常被人误解了。

19世纪物理学概念涵义——能量守恒、物理场理论、电磁以太震荡和发光理论、熵的概念——都不可能再执意地表示为“牛顿”的了。

真理似乎成了谬误,而新的理论又好似飘忽于灯火阑珊处。

一切似乎都混沌了,茫茫然了无头绪。

网上讨论时,有同学有这样的疑问:如果有一天,物理学发展到以前的所有理论都必须推翻,那该怎么办

我们的回答都是乐观的、轻描淡写的“重头再来”等等,可试想一下,当时的物理学探索者们所面对的不就是与此类似的情况吗

—— 一些不寻常形式的物理学与长期以来被奉为真理的牛顿的自然观相饽,谁能体会其中的迷茫和惶惑

是因循守旧还是开拓创性

—— 一边是苦苦维系的传统准则,一边又是呼之欲出的新兴理念,谁能想象两种意念的碰撞和摩擦

是保留还是摈弃

—— 当新的思路开始锋芒毕露时,又有谁能想象这一过程中所必须经历的怀疑、挑剔、审视的眼睛

而为了维持这些萌芽的观点,又有谁能想象其间需要的大胆构想和缜密推论

……19世纪的物理发展,虽然没有能与“三大力学定律”或“相对论”等相提并论的理论的出现,但是,我觉得用“百花齐放、百家争鸣”来形容是不为过的。

因为,它犹如一个充满生机的襁褓,在去伪存真,总结完善“经典力学”体系的同时,又为新的,同样伟大的理论蓄势;它犹如一条贯穿与经典物理与近代物理的纽带,是物理学发展的重要而特殊的阶段。

16和17世纪,力学和天文学索取得的智力胜利,使人们对科学革命的历史留下了清晰的印象,但是也使人们对“经典”物理留下了坚如磐石的统一世界观的十分错误的印象;20世纪,爱因斯坦在相对论中抛弃了绝对时空观,量子力学中又否定了因果性和决定论;爱因斯坦和普朗克的工作——即相对论和量子论的发展,是对传统物理理论的一次重大突破,标志着20世纪初期物理学方向的重大变革。

一直以来,我们习惯上总是将目光关注于“经典力学”和“量子力学”这两根“擎天柱”所支撑的物理学殿堂,却并没有很好地意识到这两大支柱是由19世纪物理学所紧密维系的。

19世纪的物理学对于经典力学体系的发展和进一步完善以及量子力学和相对时空观的产生和兴起,无疑起到了承前启后,抛砖引玉,去伪存真的重要作用。

感谢哈恩教授,带领我们领略19世纪物理的发展史的同时,更让我体会到了深藏于科学探索者心中矢志不渝的科学精神。

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