世纪论战–动能与动量之争(The Dispute betwe


动量和动能,都是度量物体运动的物理量。它们在度量物体的运动时,都涉及到物体的质量 $$(m)$$ 和速度 $$(v)$$。那幺,为什幺既要引入动量又要引入动能呢?正如同光是波动说与粒子说之争,动能与动量这两种物理量的争论,长达半个多世纪,多位着名的数学家、物理学家、哲学家都参加了这场争辩。

在 17~18 世纪,由于力的概念还不能完全确定,对力以及相关应的各个物理量如力矩、动量、功、动能等物理量相混淆,习惯上把外加的力称为“运动的力”、把“物体的惯性”称为“物质固有的力”、“阻抗的力”,甚至把“加速度”称为“加速力”。

为了定量研究运动,科学家们试图寻找一个普遍的物理量来作为运动的量度,于是引起了物理学史上着名的笛卡儿学派和莱布尼茨学派关于“运动的量度”的争论。

动量派:笛卡儿提出一个原理,宇宙中运动的总量是守恆的,应该把物体的质量和速度的乘积作为“力”或“运动量”的度量,即用 $$(mv)$$ 来量度。

荷兰科学家惠更斯在研究物体碰撞问题时做出了突出的贡献。他在研究中发现动量是个向量,在计算动量时,考虑到了速度的方向性.这是对动量概念的一大发展,但是惠更斯笛卡儿一样还没有明确的质量概念,并常常把重量概念与质量概念混用,因此这时的动量概念还是处在形成与发展过程中。

牛顿接受了笛卡儿的主张,1687 年,牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中明确提出了动量的定义,并且通过他所总结的运动定律,提出在物体的相互作用中,动量这个物理量反映着物体运动变化的客观效果。这样,把动量作为运动的量度,一度得到了科学界的普遍承认。

动能派:德国物理学家莱布尼茨(Gottfried  Leibniz)在一篇论文中,挑起了关于运动量的争论。文章的题目非常有趣:《自然规律的惊人谬误:简论笛卡儿等人提出的“由于上帝的恩赐,世上存在着一个永恆不变的量”》。

莱布尼茨认为:“力必须由它所产生的效果来衡量,而不能用“物体”(质量)与速度的乘积来衡量”。他建议用 $$mv^2$$ 而不是 $$mv$$ 来量度物体“运动的力”。

1829 年,寇里奥利(Coriolis)虽然用 $$\frac{1}{2}mv^2$$ 来代替 $$mv^2$$,但仍用了活力这个词,为了避免有无 $$\frac{1}{2}$$ 的混乱,柏兰吉尔建议把 $$mv^2$$ 叫做活力,而把 $$\frac{1}{2}mv^2$$ 叫做“活动力”,这种不準确的、具有双重意义的“力”的词一直继续到 19 世纪中叶,直到能量守恆定律确立后,才明确建立了能量概念以及力学中的动能和位能概念。

1743 年法国力学家达朗贝尔(Jean le Rond d’Alembert,1717—1783)在《动力学论》一书指出了两种量度的同样有效性,他认为「力」的量度可以分为两种情况:当物体平衡时,力用质量与物体速度的乘积,即动量来量度,当物体受阻碍而停止时,则可以用质量乘速度的平方(即动能)来量度。

所以,达朗贝尔认为这场争论只是一场「咬文嚼字」式的无意义的争论,两种量度同样有效,它们是从不同的侧面来反映物质的运动。达朗贝尔并没有真正地解决问题。但这个判决模糊地谈到了动量定理──动量的变化和力的作用时间有关;动能定理──活力的变化与物体运动的距离有关。在当时这还是具有一定的理论价值的。

经过了大约一百三十年后,由于能量概念的建立和能量守恆定律的发现,物质运动的量度问题终于明确。

现今动能、动量与力量间的关係如下表

世纪论战–动能与动量之争(The Dispute betwe

参考资料:
1.动量  http://www.scienceclarified.com/ … Vol-3/Momentum.html
2.冰冻三尺,非一日之寒–议动量、动能概念的建立  http://www.lnedu.net/Tresearch/ShowArticle.asp?ArticleID=2095