荷蘭物理學家克裡斯蒂安·惠更斯簡介 惠更斯在力學方面有哪些貢獻?

荷蘭物理學家克裡斯蒂安·惠更斯簡介 惠更斯在力學方面有哪些貢獻?

荷蘭歷史故事

荷蘭物理學家克裡斯蒂安·惠更斯簡介 惠更斯在力學方面有哪些貢獻?

惠更斯生平經歷是怎樣的?惠更斯的成就貢獻有哪些?這就為你介紹:

克裡斯蒂安·惠更斯簡介

克裡斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huyg(h)ens,1629年04月14日—1695年07月08日)荷蘭物理學家、天文學家、數學家,1629年4月4日生於海牙,1695年7月8日卒於海牙。

他是介於伽利略與牛頓之間一位重要的物理學先驅,是歷史上最著名的物理學家之一,他對力學的發展和光學的研究都有傑出的貢獻,在數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,提出動量守恆原理,並改進了計時器。

惠更斯生平經歷

一、學生時期

惠更斯自幼聰慧,13歲時曾自製一台車床,表現出很強的動手能力。他的祖父,也叫克裡斯蒂安·惠更斯,作為秘書效力於沉默者威廉(William the Silent)以及毛裡斯親王(Prince Maurice)。

在1625年,他的父親康斯坦丁(Constantijn)成為親王弗雷德裡克·亨利(Prince Frederic Henry)的秘書,而且正如克裡斯蒂安的哥哥,另一位康斯坦丁(Constantijn)那樣,在隨後的生涯中,一直服務於奧蘭治家族(Orange family)。

跟隨這個效命於奧蘭治王室(house of Orange)的外交事務(diplomatic service)傳統,惠更斯家族有一個堅實的教育和文化傳統。

他的祖父積極參與到對孩子們的教育中,於是惠更斯的父親在文學和科學方面都極為博學。他曾與梅森(Mersenne)和笛卡爾有過通信,而笛卡爾受到過惠更斯在海牙對他的很好的招待。

康斯坦丁是一個對藝術很有品位的人,有繪畫才能,也是一個音樂家、多才的作曲家,而尤其是,一個傑出的詩人;他那些用荷蘭文和拉丁文寫下的篇章,令他在荷蘭文學史上獲得了經久不衰的地位。

從1645年5月到1647年三月,克裡斯蒂安在萊頓大學(University of Leiden)學習法律與數學。其中數學是學自凡司頓(Frans van Schooten)。他學習了經典數學,也學習了韋達(Viete)、笛卡爾、費馬的現代方法。

在這一時期,他的父親告訴梅森其子對落體問題的研究,這引起了梅森的注意,也從而開始了在克裡斯蒂安與梅森之間的直接通信。笛卡爾,其工作在這些年深深地影響了年輕的惠更斯,也對克裡斯蒂安的工作表示興趣與欣賞。

從1647年3月到1649年八月,克裡斯蒂安在新成立的位於佈雷達(Breda)的奧蘭治學院(Collegium Arausiacum[College of Orange])學習法律,他的父親是這所學校的校長,而佩爾(Pell)教數學。

二、科學研究

在他的學習之後,惠更斯沒有選擇外交(diplomacy)這個本來對他的出生和教育更自然的職業生涯。他不想要這樣的事業,而不論怎樣,隨著1650年威廉二世(William II)的去世、惠更斯家族失去了從事外交工作的首要機會。

惠更斯一直呆在家到1666年,除了到巴黎和倫敦的三次旅行。他父親提供的資助讓他可以完全投入到對自然的研究中。這些年(1650到1666)是惠更斯的生涯中最多產的時期。

最初惠更斯集中於數學:面積和體積的確定,以及由帕普斯的工作所啟發的代數問題。在1651年,《雙曲線、橢圓和圓的求積定理》寫成,包括對聖文森特的格裡高利的圓求積的反駁。而後是1654年的《圓大小的發現》。

在接下來的歲月中,惠更斯研究了拋物線求長、求拋物線旋轉面的面積、許多曲線如蔓葉線、擺線(與帕斯卡在1658年公開提出的一個問題有聯繫)和對數曲線的切線和面積問題。1657年,惠更斯關於概率問題的論文發表,《論賭博中的計算》(Tractatus de ratiociniis in aleae ludo)。

1650年,一個關於流體靜力學的手稿已經完成。而在1652年,惠更斯將彈性碰撞的規律公式化,並開始幾何光學的學習。

在1655年他讓自己與他哥哥一起,去磨製鏡片。他們製造了顯微鏡和望遠鏡。而惠更斯在1655-1656年的冬天,發現了土星的衛星並辨識出了土星光環,兩者分別報告於《土星之月新觀察》和《土星系統》中。

1656年惠更斯發明了擺鐘。這在1658年的《時鐘》中有記述。這也造就了一些機會讓他發現擺線等時性(1659)、研究漸屈線和擺動中心的理論。惠更斯對離心力的研究也從1659年開始。

在這些年中,他與許多學者的通信大量增多,那些學者有聖文森特的格裡高利、沃利斯、凡司頓和斯呂塞(Sluse)。在1660年之後,對擺鐘在海上確定經度的應用研究佔據了他很多的時間。

他積極參與天文觀測(例如對土星的觀測)和空氣泵實驗中來。在1669年他闡述了他的重力起因理論,而在1678年他寫了《論光》,其中宣佈了他在1676-1677年發展出來的光的波動理論(嚴格地說是光的脈衝理論)。

在1668-1669年,他在理論上和實驗上,研究了阻力介質中的物體運動。在1673年,他與帕平(Papin)合作,建造了一個內燃機(moteur a explosion)。而此後他也與萊布尼茲有定期接觸。

惠更斯在1673年開始了他關於簡諧振動的研究,並設計出由彈簧而非鐘擺來校準時間的鐘錶,接著,就發生了他與胡克(Hooke)的優先權之爭。在1677年他使用了顯微鏡進行研究。

因為疾病,惠更斯在1681年離開巴黎,在1683年之前痊癒,但與此同時柯爾貝爾去世,而如果在巴黎沒有他的支持,惠更斯因其國籍、新教信仰以及家庭與奧蘭治王室的關係,會給他招致強烈的反對,因此他決定呆在荷蘭。從而他的經濟狀況不像以前那樣有保障,而他可以靠家裡的土地所有權而有一份收入。

惠更斯是創建經典力學的先驅。在力學方面的研究,惠更斯是以伽利略所創建的基礎為出發點的。

他在研究擺中闡明了許多動力學概念和規律(包括擺的運動方程,離心力、擺動中心、轉動慣量的概念),用擺測量重力加速度,指出物體在地球赤道處受到的離心力是重量的1/289,著有《關於鐘擺的運動》。

他同J.沃利斯(1616~1703)和C.雷恩(1632~1723)在同一時期發現彈性體的碰撞規律。

在1668~1669年英國皇家學會碰撞問題徵文懸賞中,他是得獎者之一。他詳盡地研究了完全彈性碰撞問題(當時叫「對心碰撞」)。死後綜合發表於《論物體的碰撞運動》(1703)中,包括5個假設和13個命題。

他糾正了笛卡兒不考慮動量方向性的錯誤,並首次提出完全彈性碰撞前後的守恆。他還研究了岸上與船上兩個人手中小球的碰撞情況並把相對性原理應用於碰撞現象的研究。

大約在1669年,惠更斯就已經提出解決了碰撞問題的一個法則——「活力」守恆原理,它成為能量守恆的先驅。

惠更斯從實踐和理論上研究了鐘擺及其理論。提出著名的單擺週期公式。在研究擺的重心升降問題時,惠更斯發現了物體系的重心與後來歐勒稱之為轉動慣量的量,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。

設計了船用鍾和手錶平衡發條,大大縮小了鐘錶的尺寸。他還用擺求出重力加速度的準確值,並建議用秒擺的長度作為自然長度標準。

惠更斯還提出了他的離心力定理,他還研究了圓周運動、擺、物體系轉動時的離心力以及泥球和地球轉動時變扁的問題等等。這些研究對於後來萬有引力定律的建立起了促進作用。

他提出過許多既有趣又有啟發性的離心力問題。惠更斯在他的《擺鐘論》中還給出了他關於所謂的「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。

後來,惠更斯和胡克還各自發現了螺旋式彈簧絲的振蕩等時性,這為近代游絲懷表和手錶的發明創造了條件。

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