力在科学革命中被重新定义,从亚里士多德哲学中维持物体“不自然”运动所必需的、通过接触传递的外部推动,转变为牛顿力学中改变物体运动状态(即产生加速度)的、可通过数学精确描述并延伸至超距作用(如万有引力)的根本原因。

物体通过接触来传递力,从而引发某种运动,这是可以验之于经验的…

在牛顿那里,通过系统地重构力这个概念,数学化和机械论水乳交融,再不可分割。

现在,直线匀速运动被规定为基本的运动,行星的圆周运动就迫切需要动力学解释。…这是由万有引力提供的。

展开阐述

对“力”的理解,从一种直观的、基于日常经验的推拉,演变为一个抽象的、奠定整个物理学基础的数学概念。

亚里士多德的“力”

  1. 维持运动的原因:在亚里士多德看来,力是启动和维持“强制运动”(非自然运动)的原因。一个物体要持续运动,就必须有持续的力作用于其上。
  2. 接触作用:力必须通过直接接触来传递。例如,手推车,手必须一直推着车。对于抛射物,亚里士多德认为是空气介质在持续推动它前进。
  3. 与自然运动相对:自然运动(如重物下落)不需要力,因为它源于物体的内在天性。

从冲力说到牛顿力

  1. 冲力说(Impetus Theory):中世纪思想家如布里丹等人提出“冲力”概念来修正亚里士多德。他们认为,投掷者给予物体一种内在的“冲力”,这种冲力会逐渐消耗,导致物体最终停止。这是从“外力维持”到“内在属性维持”的过渡,是惯性思想的雏形。
  2. 牛顿的力(Force)
    • 改变运动状态的原因:牛顿的根本性变革在于,力不再是维持运动的原因,而是改变运动状态(即产生加速度)的原因。一个不受外力的物体将保持静止或匀速直线运动(惯性定律)。
    • 数学化定义:力被精确地数学化,其效果由牛顿第二定律(F=ma)来量化。它是一个矢量,有大小和方向。
    • 万有引力:牛顿引入了“万有引力”的概念,这是一种超距作用的力,无需接触即可传递。它统一了解释天体运行和地面物体下落的原因,是牛顿体系的核心。

意义

  • 动力学的诞生:对“力”的重新定义,使得研究物体为何以及如何运动的“动力学”成为可能。
  • 机械论世界观:力成为解释宇宙万物运动的普遍机制,是构建机械论自然图景的关键。
  • 从定性到定量:将力从一个模糊的、定性的日常概念,转变为一个精确的、可计算的科学概念。

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