上期我們講述了三個(gè)入門(mén)級(jí)的公式，今天我們稍作拓展,，帶你領(lǐng)略物理學(xué)的美,。

4.牛頓第二定律F=ma（F為物體所受合力，m為物體質(zhì)量,，a為加速度）,。提出者：艾薩克·牛頓。

牛頓第二定律

該公式由艾薩克·牛頓在1687年發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中提出,，和牛頓第一,、第三定律共同奠定了經(jīng)典力學(xué)的根基。

《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》

人類對(duì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)的思考早在2300年以前就形成了理論,，著名的古希臘先哲亞里士多德就提出：必須有一個(gè)恒定的力作用在物體上,，物體才能夠持續(xù)的運(yùn)動(dòng)下去，沒(méi)有力的作用,，物體就要靜止下來(lái),。

亞里士多德

在他看來(lái)，力既是引起物體運(yùn)動(dòng)的原因,，又是維持物體持續(xù)運(yùn)動(dòng)的原因,。他還認(rèn)為，物體越重,，下落就越快,。這些錯(cuò)誤理論被人們信奉為真理長(zhǎng)達(dá)1800年，直到1589年意大利科學(xué)家伽利略在比薩斜塔同時(shí)扔下了一個(gè)100磅的大球和一個(gè)1磅的小球,，兩者同時(shí)落地,。

比薩斜塔實(shí)驗(yàn)

后來(lái)厲害的伽哥又做了理想斜面實(shí)驗(yàn)，得出力并不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因的結(jié)論,，在慣性的作用下,，物體不受任何外力也能永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，力只是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,。

理想斜面實(shí)驗(yàn)

最可惜的就是伽哥比牛哥早生了100年，那時(shí)候的人們還太愚昧,，宗教神權(quán)影響太大,，對(duì)他提出的真理不僅不接受,，反而打擊，伽哥就這么被教皇囚禁了9年直到去世,，著作,、理論也不許傳播。不然,，我絕對(duì)相信物理課本上的牛頓三定律會(huì)被伽利略三定律取代,。

伽利略被教皇烏爾班判處終生監(jiān)禁

現(xiàn)在明白為什么牛頓說(shuō)自己只是站在巨人的肩膀上了吧？伽利略確實(shí)為他的三定律做出了不可磨滅的貢獻(xiàn),。這個(gè)時(shí)候萬(wàn)事俱備,，只差臨門(mén)一腳，牛頓三定律就可以誕生了,。

生活中你肯定見(jiàn)過(guò)大卡車,，馬力大的重卡能拉幾十噸，馬力小的貨車只能拉幾噸,；平時(shí)搬東西,，重的箱子搬不動(dòng)，輕的箱子一搬就動(dòng),；胖子瘦子打架,，被撞飛的總是瘦子。如何用一個(gè)理論完美的解釋呢,？牛頓的貢獻(xiàn)就在于此,，他創(chuàng)造了“力”的概念并量化了它。

七個(gè)基本物理量

七個(gè)人為定義的基本物理量并不包括力,，在此之前物理學(xué)家們就定義m/s表示運(yùn)動(dòng)的快慢,，m/s2表示速度變化的快慢。牛頓將其與質(zhì)量Kg結(jié)合在一起,，定義引起物體運(yùn)動(dòng)變化的因素為力,，符號(hào)為F，數(shù)值為物體質(zhì)量與速度變化快慢的乘積,，即F=ma,單位為Kg·m/s2,，簡(jiǎn)稱N。

Kg·m/s2,，簡(jiǎn)稱N

至此現(xiàn)代經(jīng)典物理學(xué)的地基就打好了,。物理學(xué)家們?cè)谶@塊堅(jiān)實(shí)的地基上辛勤勞作，一座包含重力,、彈力,、摩擦力、靜電力,、磁場(chǎng)力,、壓強(qiáng),、場(chǎng)強(qiáng)、直線運(yùn)動(dòng),、圓周運(yùn)動(dòng),、拋物線運(yùn)動(dòng)、功率,、動(dòng)量,、沖量等等等等的經(jīng)典物理學(xué)大廈很快建成了。

經(jīng)典力學(xué)部分公式

運(yùn)用經(jīng)典物理學(xué)知識(shí),，我們幾乎可以解決現(xiàn)實(shí)生活中所有的運(yùn)動(dòng)及做功的相關(guān)問(wèn)題——杠桿,、滑輪、振動(dòng),、落體,、發(fā)射、液壓機(jī),、燃油機(jī),、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī),、噴氣機(jī),、土木工程、衛(wèi)星軌道···牛二定律,，標(biāo)志著物理學(xué)研究的開(kāi)始,，為人類提供了強(qiáng)有力的科學(xué)工具。

運(yùn)動(dòng)問(wèn)題

5.麥克斯韋方程組,?？偨Y(jié)者：詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。

麥克斯韋方程組

也許這組公式讓人看起來(lái)一點(diǎn)也不覺(jué)得可愛(ài),，但是如果沒(méi)有它,，就沒(méi)有電，沒(méi)有燈,，沒(méi)有手機(jī),，沒(méi)有現(xiàn)在信息時(shí)代的一切智能電子產(chǎn)品。現(xiàn)在再想想,，它是不是還是挺可愛(ài)的,？

電燈

麥克斯韋方程組的來(lái)源那可很值得說(shuō)道說(shuō)道。

先說(shuō)一說(shuō)電,。

2500多年前,，古希臘的另一名哲人泰勒斯就發(fā)現(xiàn)，琥珀被摩擦后會(huì)吸引絨毛或木屑，他稱之為靜電,。

泰勒斯發(fā)現(xiàn)靜電

靜電產(chǎn)生的原理：物質(zhì)由分子構(gòu)成,，分子由原子構(gòu)成，原子由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的質(zhì)子構(gòu)成,。正常狀況下，原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相等,，正負(fù)平衡,，對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。電子環(huán)繞于原子核（質(zhì)子組成）周圍,，經(jīng)外力作用(如動(dòng)能,、勢(shì)能、熱能,、化學(xué)能等)可脫離軌道,，離開(kāi)所在的原子A而侵入其他原子B，A因減少電子數(shù)而帶有正電荷,，稱為陽(yáng)離子,，B因增加電子數(shù)而帶負(fù)電荷，稱為陰離子,。理論上來(lái)說(shuō),，任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分開(kāi)，都可產(chǎn)生陰陽(yáng)離子,。

靜電產(chǎn)生原理

電荷和人類一樣,，遵循同性相斥、異性相吸的原理,，因此摩擦后帶正負(fù)電荷的物質(zhì)就會(huì)相互吸引,。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)金屬原子的電子很容易失去，可以將帶電體的電荷“輸送”回去抵消成為不帶電體,，就將金屬物稱為導(dǎo)體,，電荷在導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程稱為電流。

同性相斥,、異性相吸

人們發(fā)現(xiàn)了神奇的靜電后,，就像遠(yuǎn)古時(shí)代發(fā)現(xiàn)了火一樣，當(dāng)然要想怎么控制它,、使用它,。1745年，荷蘭科學(xué)家馬森布羅克發(fā)明了萊頓瓶,。它是一個(gè)玻璃容器,，內(nèi)外包覆著導(dǎo)電金屬板，瓶口上端接一個(gè)球形電極，下端利用導(dǎo)體（通常是金屬鎖鏈）與內(nèi)側(cè)金屬板連接,，外部金屬箔接地（地球可視為巨大的不帶電物體）,。生產(chǎn)靜電的方式是將球形電極接上靜電產(chǎn)生器不斷摩擦，內(nèi)部金屬板就會(huì)不斷失去電子,，外部金屬板得到電子,。由于內(nèi)外金屬板相鄰很近但沒(méi)有導(dǎo)體連接，靜電就被“保存”在金屬板中了,。

萊頓瓶

時(shí)至今日,，科普館里我們摸了就會(huì)怒發(fā)沖冠的靜電體驗(yàn)球，采用的也是萊頓瓶的原理,。當(dāng)我們觸摸瓶上的球形電極時(shí),，身體就會(huì)失去電子而帶正電，同性相斥,，頭發(fā)就四散分開(kāi)了,。

靜電體驗(yàn)球

1752年，美國(guó)創(chuàng)造者之一,、參與起草了《獨(dú)立宣言》和美國(guó)憲法,、積極主張廢除奴隸制度、深受美國(guó)人民尊敬的本杰明·富蘭克林,，進(jìn)行了著名的引雷實(shí)驗(yàn),，證明雷電是由靜電造成的，風(fēng)箏線最下面的瓶子也是萊頓瓶,。

引雷實(shí)驗(yàn)

1799年,，意大利科學(xué)家伏打，在其朋友生理學(xué)家伽伐尼的啟發(fā)下發(fā)現(xiàn),，兩種不同的金屬相連,，也會(huì)產(chǎn)生電。他舌頭舔著一枚金幣和一枚銀幣,，然后用導(dǎo)線把硬幣連接起來(lái),，在連接的瞬間，舌頭有發(fā)麻的感覺(jué),。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn),，伏打終于制成了能產(chǎn)生持續(xù)電流的電源。

伏打郵票

這就是世界上最早的電池——伏打電池,。其由數(shù)十個(gè)銀與鋅的圓板相互疊加而成,，在這些圓板之間放上導(dǎo)電的浸液片，這樣就成了一個(gè)電池,，它能產(chǎn)生相當(dāng)多的電荷,，把兩端用金屬導(dǎo)線連接起來(lái)就可以獲得持續(xù)的電流,。直到今天，我們的化學(xué)電池,，無(wú)論是鎳鎘電池還是鋰電池,，原理都和伏打電池一樣。

伏打電池原理

再來(lái)說(shuō)一說(shuō)磁,。

先秦時(shí)代的中國(guó)勞動(dòng)人民就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦,，約唐朝時(shí)便發(fā)明了類似指南針的儀器司南?？上覀儧](méi)有深入的研究原因,，否則電氣時(shí)代也許能提前1000年到來(lái)。

1269年,，法國(guó)學(xué)者皮埃·德馬立克仔細(xì)研究了鐵針在條形磁石附近各個(gè)位置的方向,，第一次描繪出磁場(chǎng)線,。他發(fā)現(xiàn)這些磁場(chǎng)線匯集于磁石的相反兩端位置，就好像地球的經(jīng)線相會(huì)于南極與北極,。因此,，他稱這兩個(gè)位置為磁極，而且像地球的南北極一樣用S,、N表示,。

磁場(chǎng)線

1820年，一系列革命性發(fā)現(xiàn)誕生,，開(kāi)啟了現(xiàn)代磁學(xué)理論,。7月，丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線會(huì)施加作用力于磁針,，使磁針偏轉(zhuǎn)指向,。9月，法國(guó)科學(xué)家安德烈·瑪麗·安培發(fā)現(xiàn)假若所載電流的流向相同,，則兩條平行的載流導(dǎo)線會(huì)互相吸引,，否則會(huì)互相排斥。10月,，法國(guó)物理學(xué)家讓·巴蒂斯特·畢奧和菲利克斯·沙伐共同發(fā)表了畢奧-薩伐爾定律,，能夠正確地計(jì)算出在載流導(dǎo)線四周的磁場(chǎng)的大小和方向。

畢奧-薩伐爾定律

1825年,，安培又發(fā)表了安培定律,。通電直導(dǎo)線中，用右手握住通電直導(dǎo)線,，大拇指指向電流的方向,，四指指向就是磁感線的環(huán)繞方向,；用右手握住通電螺線管，讓四指指向電流的方向,，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管產(chǎn)生磁場(chǎng)的N極,。這就是電動(dòng)機(jī)（馬達(dá)）的基本原理。

安培定律

1831年10月17日,，物理學(xué)界的自學(xué)成才泰斗法拉第,，首次發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。即放在變化的磁通量中的導(dǎo)體,，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),，若將此導(dǎo)體閉合成一回路，則該電動(dòng)勢(shì)會(huì)驅(qū)使導(dǎo)體中的電子流動(dòng),，形成感應(yīng)電流,。

電磁感應(yīng)

后來(lái)他又將其優(yōu)化，使導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),，同樣能夠產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流,。這就是發(fā)電機(jī)的原理，我們用的每一度電,，都是鐵棒君辛辛苦苦切磁場(chǎng)切出來(lái)的,。

切割磁感線運(yùn)動(dòng)

至此，人們搞明白了電,，搞明白了磁,，還發(fā)現(xiàn)電能夠產(chǎn)生磁，磁也能夠產(chǎn)生電,。但并沒(méi)有一個(gè)很好的數(shù)學(xué)理論,，能將這些現(xiàn)象完美的解釋和統(tǒng)一。直到詹姆斯·克拉克·麥克斯韋于1865年歸納出麥克斯韋方程組,。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

它由四個(gè)定律組成,。1.高斯定律：描述電場(chǎng)與空間中電荷分布的關(guān)系。指出電場(chǎng)線開(kāi)始于正電荷,，終止于負(fù)電荷,。2.高斯磁定律：表明磁單極子不存在。沒(méi)有孤立磁荷,，磁場(chǎng)線沒(méi)有初始點(diǎn),，也沒(méi)有終止點(diǎn)。磁場(chǎng)線會(huì)形成循環(huán)或延伸至無(wú)窮遠(yuǎn),。3.法拉第感應(yīng)定律：描述時(shí)變磁場(chǎng)怎樣感應(yīng)出電場(chǎng),。4.麥克斯韋-安培定律：闡明磁場(chǎng)可以用兩種方法生成，傳導(dǎo)電流和時(shí)變電場(chǎng),。

高斯

所以麥克斯韋方程組并不是老麥一個(gè)人的功勞,，高斯,、安培、法拉第都有功勞,。沒(méi)想過(guò)吧,？人家高斯不止小時(shí)候會(huì)很快的計(jì)算出1+2+3···+100，還會(huì)算磁場(chǎng),。該方程組將電場(chǎng)和磁場(chǎng)有機(jī)地統(tǒng)一成完整的電磁場(chǎng),，并創(chuàng)立了電磁場(chǎng)理論。沒(méi)有電磁學(xué)理論,，就不會(huì)有現(xiàn)在的美好科技生活,。

它的應(yīng)用太多了，隨便舉幾個(gè)例子結(jié)束本篇文章吧,。三峽大壩水力發(fā)電廠,、電動(dòng)車、智能手機(jī),、無(wú)線通信,、衛(wèi)星導(dǎo)航、電子計(jì)算機(jī)……

三峽大壩

敬請(qǐng)期待下期,。