物理学中的数学故事

2020-03-01 20:40:58 来源：范文大全收藏下载本文

物理学中的数学故事

【摘

要】物理学研究的范畴，决定了物理与数学的关系远远亲密于其他学科。物理学里同样出现了不少的趣事。物理名人阿基米德的故事。

【关键词】物理数学故事关系

物理是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学，也是一门以实验为基础的自然科学。

在物理学的领域中，研究的是宇宙的基本组成要素：物质、能量、空间、时间及它们的相互作用；借由被分析的基本定律与法则来完整了解这个系统。物理在经典时代是由与它极相像的自然哲学的研究所组成的，直到十九世纪物理才从哲学中分离出来成为一门实证科学。

物理学与其他许多自然科学息息相关，如数学、化学、生物和地理等。特别是数学、化学、地理学。化学与某些物理学领域的关系深远，如量子力学、热力学和电磁学，而数学是物理的基本工具，地理的地质学要用到物理的力学，气象学和热学有关等等。那么，物理与数学的具体关系是怎样的呢？

物理的开山鼻祖伽利略曾经对物理与数学的关系作了极为经典的论述：物理科学必须以数学为工具，但是物理不能仅仅依赖于数学，物理理论的最终决定权要靠实验检验。由此我们可以看到物理与数学的联系与区别：物理使用数学，但同时物理为数学的发展提供里绝好的空间。作为真正的物理学家，不会被数学所束缚，而是在物理的研究过程中为数学的发展做出贡献，最典型的事例：牛顿为研究物体的即时运动情况建立了微积分，傅立叶对热的研究方法开创了现代数学物理方法，爱因斯坦的广义相对论方程刺激了数学家。数学与物理相辅相成，共同促进相互间的发展。

物理学在其发展壮大的过程中，出现了一大批著名的物理学家。这些物理学家从物理学中走出来的，物理学的进步也少不了他们的无私奉献。著名的物理学家，比如：阿基米德、伽利略、牛顿、爱因斯坦、法拉第、………这些伟大的人物背后，必然会有许许多多的故事。

阿基米德(Archimedes，约公元前287～212)是古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。

除了伟大的牛顿和伟大的爱因斯坦，再没有一个人象阿基米德那样为人类的进步做出过这样大的贡献。即使牛顿和爱因斯坦也都曾从他身上汲取过智慧和灵感。他是“理论天才与实验天才合于一人的理想化身”，文艺复兴时期的达芬奇和伽利略等人都拿他来做自己的楷模。

从洗澡的故事说起

关于阿基米德，流传着这样一段有趣的故事。相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠，做好后，国王疑心工匠在金冠中掺了假，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重，到底工匠有没有捣鬼呢？既想检验真假，又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣们面面相觑。

后来，国王请阿基米德来检验。最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要领。一天，他去澡堂洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，同时感到身体被轻轻拖起。他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的比重。他兴奋地跳出澡盆，连衣服都顾不得跑了出去，大声喊着“尤里卡！尤里卡！”。(Fureka，意思是“我知道了”)。

他经过了进一步的实验以后来到王宫，他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多。这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大，所以证明了王冠里掺进了其他金属。

这次试验的意义远远大过查出金匠欺骗国王，阿基米德从中发现了浮力定律：物体在液体中所获得的浮力，等于他所排出液体的重量。一直到现代，人们还在利用这个原理计算物体比重和测定船舶载重量等。

“假如给我一个支点，我就能推动地球”

阿基米德不仅是个理论家，也是个实践家，他一生热衷于将其科学发现应用于实践，从而把二者结合起来。在埃及，公元前一千五百年前左右，就有人用杠杆来抬起重物，不过人们不知道它的道理。阿基米德潜心研究了这个现象并发现了杠杆原理。阿基米德曾说过：“假如给我一个支点，我就能推动地球。”

当时的赫农王为埃及国王制造了一条船，体积大，相当重，因为不能挪动，搁浅在海岸上很多天。阿基米德设计了一套复杂的杠杆滑轮系统安装在船上，将绳索的一端交到赫农王手上。赫农王轻轻拉动绳索，奇迹出现了，大船缓缓地挪动起来，最终下到海里。国王惊讶之余，十分佩服阿基米德，并派人贴出告示“今后，无论阿基米德说什么，都要相信他。”

在这些故事背后，又隐约看见了，数学计算…不错，这些正是物理依赖、使用数学的体现。微积分在物理学中的应用极其广泛，比如.麦克斯韦方程组的积分式。

综合以上论述，不难发现：各学科内部有着或多或少的与其相适应的有趣故事，同时也发现：物理与数学的关系极其密切，数学在物理学上的应用相当广泛，物理对数学的依赖性强。甚至，推广地说，各学科间的关系都是密不可分，总是相辅相成！参考文献

（1）中国教师百科全书物理（2）论物理与数学关系（3）物理故事（4）物理名人集

（5）新概念物理教程热学