物理学中,功的概念最早是在人类使用和研究机械的过程中产生的.在一开始,“功”这一名词还不存在。那么,在物理学发展的不同阶段,人们是如何衡量机械作用效果的?
在欧洲文艺复兴时期,随着各类机械的实际应用逐渐增多,人们对理论指导的需求日益增加,机械工程领域的发展备受关注,16 世纪末,伽利略通过提升重物来分析各类机械(包括杆、绞盘和滑轮等)的基本原理.他注意到:用滑轮提升重物,作用力与作用力所经过距离的乘积保持不变,这其中已经包含“功”的观念.
17世纪,科学家们根据机械使用的一般观念,从机械的“输入”和“输出”的角度探讨机械的作用效果莱布尼茨(G.W. Leibniz, 1646- -1716) 受到水轮车工作效果的启发,提出两个假设:一个物体从某一高度下落到地面所获得的“力”与从地面上升到这个高度所接受的“力”相等:使1磅(1磅=0.4536千克)重的物体上升4英尺(1英尺=0.3048米)的力” 等于使4磅重的物体上升1英尺的“力”。力” 的度量已暗含重力做功的观念
莱布尼茨画照
18世纪,工程师们在研究机械应用的过程中,利用力和力的方向上通过的距离,作为机械有用效能的量度,对功的概念的认知通过科学实践得到发展0例如,一名英国机械工程师通过系统化的实验来研究水轮车的机械效率,他受到伽利略“功”的观念雏形的影响,认为机械的作用就是在单位时间内将重物升高一定距离,而机械的效果则是单位时间内提起物体的重量加上必要的摩擦,乘物体提升的高度.此时,功的观念已经较为清晰.
1819年, 为了能够方便比较不同机器的机械效率,纳维(C. Navier, 1785-1836) 将机械的作用量定义为力乘在力的方向上通过的距离,1829年,法国科学家科里奥利(G. Coriolis, 1792- -1843) 在研究动力机械效率理论的过程中正式提出功的概念.至此,功这一概念被正式引入物理学体系。而直到后来能量概念的形成 与能量守恒定律的发现,人们逐渐认识到功的本质:做功是能量转换的一种方式,功是能量转化的量度.
科里奥利
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