惠更斯的《光論》一書(shū)怎么樣,有什么不足之處,闡述了哪些方面的觀點(diǎn).

匿名用戶 | 2017-05-19 12:04

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  • 惠更斯從實(shí)踐和理論上研究了鐘擺及其理論．1656年他首先將擺引入時(shí)鐘成為擺鐘以取代過(guò)去的重力齒輪式鐘．在《擺鐘》（1658）及《擺式時(shí)鐘或用于時(shí)鐘上的擺的運(yùn)動(dòng)的幾何證明》（1673）中提出著名的單擺周期公式,研究了復(fù)擺及其振動(dòng)中心的求法．通過(guò)對(duì)漸伸線、漸屈線的研究找到等時(shí)線、擺線．研究了三線擺、錐線擺、可倒擺及擺線狀?yuàn)A片等,圖2－2－7是惠更斯的船用鐘外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)中有擺錘、擺線狀?yuàn)A板、每隔半秒由驅(qū)動(dòng)錘解鎖的棘爪等．
    在研究擺的重心升降問(wèn)題時(shí),惠更斯發(fā)現(xiàn)了物體系的重心與后來(lái)歐勒稱之為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的量,還引入了反饋裝置——“反饋”這一物理思想今天更顯得意義重大．設(shè)計(jì)了船用鐘和手表平衡發(fā)條,大大縮小了鐘表的尺寸．他還用擺求出重力加速度的準(zhǔn)確值,并建議用秒擺的長(zhǎng)度作為自然長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)． 惠更斯提出了他的離心力定理,他還研究了圓周運(yùn)動(dòng)、擺、物體系轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及泥球和地球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)變扁的問(wèn)題等等．這些研究對(duì)于后來(lái)萬(wàn)有引力定律的建立起了促進(jìn)作用．他提出過(guò)許多既有趣又有啟發(fā)性的離心力問(wèn)題．
    他設(shè)計(jì)制造的光學(xué)和天文儀器精巧超群,如磨制了透鏡,改進(jìn)了望遠(yuǎn)鏡（用它發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)等）與顯微鏡,惠更斯目鏡至今仍然采用,還有幾一十米長(zhǎng)的“空中望遠(yuǎn)鏡”（無(wú)管、長(zhǎng)焦距、可消色差）、展示星空的“行星機(jī)器”（即今天文館雛型）等．
    惠更斯在 1678年給巴黎科學(xué)院的信和1690年發(fā)表的《光論》一書(shū)中都闡述了他的光波動(dòng)原理,即惠更斯原理．他認(rèn)為每個(gè)發(fā)光體的微粒把脈沖傳給鄰近一種彌漫媒質(zhì)（“以太”）微粒,每個(gè)受激微粒都變成一個(gè)球形子波的中心．他從彈性碰撞理論出發(fā),認(rèn)為這樣一群微粒雖然本身并不前進(jìn),但能同時(shí)傳播向四面八方行進(jìn)的脈沖,因而光束彼此交*而不相互影響,并在此基礎(chǔ)上用作圖法解釋了光的反射、折射等現(xiàn)象《光論》中最精采部分是對(duì)雙折射提出的模型,用球和橢球方式傳播來(lái)解釋尋常光和非常光所產(chǎn)生的奇異現(xiàn)象,書(shū)中有幾十幅復(fù)雜的幾何圖,足以看出他的數(shù)學(xué)功底．
    補(bǔ)充
    荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家.是與牛頓同一時(shí)代的科學(xué)家,是歷史上最著名的物理學(xué)家之一,他對(duì)力學(xué)的發(fā)展和光學(xué)的研究都有杰出的貢獻(xiàn),在數(shù)學(xué)和天文學(xué)方面也有卓越的成就,是近代自然科學(xué)的一位重要開(kāi)拓者.他建立向心力定律,提出動(dòng)量守恒原理,改進(jìn)了計(jì)時(shí)器.
    1629年4月14 日出生于海牙.父親是大臣和詩(shī)人,與R.笛卡兒等學(xué)界名流交往甚密.惠更斯自幼聰慧,13歲時(shí)曾自制一臺(tái)車(chē)床,表現(xiàn)出很強(qiáng)的動(dòng)手能力.1645～1647年在萊頓大學(xué) 學(xué)習(xí)法律與數(shù)學(xué),1647～1649年轉(zhuǎn)入布雷達(dá)學(xué)院深造. 在阿基米德等人著作及笛卡兒等人直接影響下,致力于 力學(xué)、光學(xué)、天文學(xué)及數(shù)學(xué)的研究.他善于把科學(xué)實(shí)踐和理論研究結(jié)合起來(lái),透徹地解決問(wèn)題,因此在擺鐘的 發(fā)明、天文儀器的設(shè)計(jì)、彈性體碰撞和光的波動(dòng)理論等 方面都有突出成就.1663年他被聘為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)第一 個(gè)外國(guó)會(huì)員,1666年剛成立的法國(guó)皇家科學(xué)院選他為院士.惠更斯體弱多病,一心致力于科學(xué)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(xué)問(wèn)題,惠更斯在數(shù)學(xué)上有出眾的天才,早在22歲時(shí)就發(fā)表過(guò)關(guān)于計(jì)算圓周長(zhǎng)、橢圓弧及雙曲線的著作.他對(duì)各種平面曲線,如懸鏈線、曳物線、對(duì)數(shù)螺線等都進(jìn)行過(guò)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(jì)算》,就是一篇關(guān)于概率論的科學(xué)論文,顯示了他在數(shù)學(xué)上的造詣.從1651年起,對(duì)于圓、二次曲線、復(fù)雜曲線、懸鏈線、概率問(wèn)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(wèn)題.
    擺的研究和運(yùn)用
    對(duì)擺的研究是惠更斯所完成的最出色的物理學(xué)工作.多少世紀(jì)以來(lái),時(shí)間測(cè)量始終是擺在人類面前的一個(gè)難題.當(dāng)時(shí)的計(jì)時(shí)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(shí)性,惠更斯將擺運(yùn)用于計(jì)時(shí)器,人類才進(jìn)入一個(gè)新的計(jì)時(shí)時(shí)代.
    當(dāng)時(shí),惠更斯的興趣集中在對(duì)天體的觀察上,在實(shí)驗(yàn)中,他深刻體會(huì)到了精確計(jì)時(shí)的重要性,因而便致力于精確計(jì)時(shí)器的研究.當(dāng)年伽利略曾經(jīng)證明了單擺運(yùn)動(dòng)與物體在光滑斜面上的下滑運(yùn)動(dòng)相似,運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)與位置有關(guān).惠更斯進(jìn)一步確證了單擺振動(dòng)的等時(shí)性并把它用于計(jì)時(shí)器上,制成了世界上第一架計(jì)時(shí)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(diào)節(jié),計(jì)時(shí)就比較準(zhǔn)確.在他隨后出版的《擺鐘論》一書(shū)中,惠更斯詳細(xì)地介紹了制作有擺自鳴鐘的工藝,還分析了鐘擺的擺動(dòng)過(guò)程及特性,首次引進(jìn)了“擺動(dòng)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(dòng)時(shí),可以將它的質(zhì)量看成集中在懸掛點(diǎn)到重心之連線上的某一點(diǎn),以將復(fù)雜形體的擺動(dòng)簡(jiǎn)化為較簡(jiǎn)單的單擺運(yùn)動(dòng)來(lái)研究.
    惠更斯在他的《擺鐘論》中還給出了他關(guān)于所謂的“離心力”的基本命題.他提出：一個(gè)作圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)半徑成反比.這也是他對(duì)有關(guān)的伽利略擺動(dòng)學(xué)說(shuō)的擴(kuò)充.
    在研制擺鐘時(shí),惠更斯還進(jìn)一步研究了單擺運(yùn)動(dòng),他制作了一個(gè)秒擺（周期為2秒的單擺）,導(dǎo)出了單擺的運(yùn)動(dòng)公式.在精確地取擺長(zhǎng)為3.0565英尺時(shí),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(lái),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(shí)性,這為近代游絲懷表和手表的發(fā)明創(chuàng)造了條件.
    光的波動(dòng)說(shuō)
    在古代和中世紀(jì)的漫長(zhǎng)歲月里,光是哲學(xué)家和自然科學(xué)家十分關(guān)心的問(wèn)題.
    到了十七世紀(jì),科學(xué)家們對(duì)光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了研究,他們通過(guò)出色的實(shí)驗(yàn)工作,奠定了近代物理學(xué)的基礎(chǔ).這個(gè)時(shí)期,曾經(jīng)發(fā)生了一場(chǎng)關(guān)于光的本性問(wèn)題的討論.
    惠更斯在巴黎工作期間曾致力于光學(xué)的研究.1678年,他在法國(guó)科學(xué)院的一次演講中公開(kāi)反對(duì)了牛頓的光的微粒說(shuō).他說(shuō),如果光是微粒性的,那么光在交叉時(shí)就會(huì)因發(fā)生碰撞而改變方向.可當(dāng)時(shí)人們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這現(xiàn)象,而且利用微粒說(shuō)解釋折射現(xiàn)象,將得到與實(shí)際相矛盾的結(jié)果.因此,惠更斯在1690年出版的《光論》一書(shū)中正式提出了光的波動(dòng)說(shuō),建立了著名的惠更斯原理.在此原理基礎(chǔ)上,他推倒出了光的反射和折射定律,圓滿的解釋了光速在光密介質(zhì)中減小的原因,同時(shí)還解釋了光進(jìn)入冰洲石所產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象,認(rèn)為這是由于冰洲石分子微粒為橢圓形所致.
    惠更斯原理是近代光學(xué)的一個(gè)重要基本理論.但它雖然可以預(yù)料光的衍射現(xiàn)象的存在,卻不能對(duì)這些現(xiàn)象作出解釋 ,也就是它可以確定光波的傳播方向,而不能確定沿不同方向傳播的振動(dòng)的振幅.因此,惠更斯原理是人類對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的一個(gè)近似的認(rèn)識(shí).直到后來(lái),菲涅耳對(duì)惠更斯的光學(xué)理論作了發(fā)展和補(bǔ)充,創(chuàng)立了“惠更斯--菲涅耳原理”,才較好地解釋了衍射現(xiàn)象,完成了光的波動(dòng)說(shuō)的全部理論.
    惠更斯在天文學(xué)方面有著很大的貢獻(xiàn).他把大量的精力放在了研制和改進(jìn)光學(xué)儀器上.當(dāng)惠更斯還在荷蘭的時(shí)候,就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地設(shè)計(jì)和磨制出了望遠(yuǎn)鏡的透鏡,進(jìn)而改良了開(kāi)普勒的望遠(yuǎn)鏡.惠更斯利用自己研制的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了大量的天文觀測(cè).因此,他得到的報(bào)酬是解開(kāi)了一個(gè)由來(lái)已久的天文學(xué)之謎.伽利略曾通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察過(guò)土星,他發(fā)現(xiàn)了“土星有耳朵”,后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了土星的“耳朵”消失了.伽利略以后的科學(xué)家對(duì)此問(wèn)題也進(jìn)行過(guò)研究,但都未得要領(lǐng).“土星怪現(xiàn)象”成為了天文學(xué)上的一個(gè)謎.當(dāng)惠更斯將自己改良的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)這顆行星時(shí),他發(fā)現(xiàn)了在土星的旁邊有一個(gè)薄而平的圓環(huán),而且它很傾向地球公轉(zhuǎn)的軌道平面.伽利略發(fā)現(xiàn)的“土星耳朵”消失,是由于土星的環(huán)有時(shí)候看上去呈現(xiàn)線狀.以后惠更斯又發(fā)現(xiàn)了土星的衛(wèi)星--土衛(wèi)六,并且還觀測(cè)到了獵戶座星云、火星極冠等.
    在力學(xué)方面的研究,惠更斯是以伽利略所創(chuàng)建的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的.在《論擺鐘》一書(shū)中還論述了關(guān)于碰撞的問(wèn)題.大約在1669年,惠更斯就已經(jīng)提出解決了碰撞問(wèn)題的一個(gè)法則——“活力”守恒原理,它成為能量守恒的先驅(qū).惠更斯繼承了伽利略的單擺振動(dòng)理論,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究.他把幾何學(xué)帶進(jìn)了力學(xué)領(lǐng)域,用令人欽佩的方法處理力學(xué)問(wèn)題,得到了人們的充分肯定.
    匿名用戶 | 2017-05-19 12:04

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