tiểu luận LSVL phần cơ học

Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

LỜI NĨI ĐẦU
Vật lý là một ngành khoa học tự nhiên rất thú vị. Vật lý bao trùm nhiều
lĩnh vực như: Quang học (tán sắc, khúc xạ, phản xạ…), điện (điện trường, từ
trường ..), cơ học (lực, chuyển động, dao động,..) Vật lý hạt nhân (phóng xạ,
các đồng vị phóng xạ..) Ngồi ra Vật lý còn có các chun ngành khác như: Vật
lý lý thuyết, điện tử cơ sở…Trong đó cơ học là một trong những lĩnh vực phát
triển đầu tiên của ngành khoa học Vật lý.
Cơ học là một ngành của Vật lý nghiên cứu về chuyển động của vật chất
trong khơng gian và thời gian dưới tác dụng của các lực và những hệ quả của
chúng lên mơi trường xung quanh. Ngành này đã phát triển từ thời các nền văn
minh cổ đại. Trong thời kỳ cận đại, các nhà khoa học Galileo, Kepler, và đặc
biệt là Newton đã đặt nền tảng cho sự phát triển của ngành này mà bây giờ gọi
là cơ học cổ điển.
Thơng thường khi nói đến cơ học thì người ta hiểu ngầm đó là cơ học cổ
điển, ngành này nghiên cứu các vật thể vĩ mơ có vận tốc chuyển động nhỏ hơn
nhiều so với tốc độ ánh sáng. Thuyết tương đối hẹp nghiên cứu các vật thể
chuyển động với vận tốc xấp xỉ tốc độ ánh sáng và thuyết tương đối rộng mở
rộng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton lên một mức sâu sắc hơn. Cơ học
lượng tử nghiên cứu tự nhiên ở cấp độ vi mơ và là thành tựu to lớn của vật lý
hiện đại.

Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 1


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CƠ HỌC
I. Sơ lược về lịch sử hình thành và phát triển của cơ học.
Thời kì cổ đại, con người đã biết sử dụng các máy đơn giản trong các
cơng trình xây dựng đường xá, đền đài, nhà ở. Đó là các đòn bẩy, mặt phẳng
nghiêng, ròng rọc, con nêm.
Những viên gạch đầu tiên của bộ mơn cơ học dường như được xây nền
từ thời Hy Lạp cổ đại. Những kết quả nghiên cứu đầu tiên được ngày nay biết
đến là của Archimedes (287-212 TCN). Chúng bao gồm định lý mang tên ơng
trong thuỷ tĩnh học, khái niệm về khối tâm và nghiên cứu cân bằng của đòn bẩy.
Cơ học chỉ được đánh thức vào thời kỳ Phục Hưng ở châu Âu với những
tiến bộ vượt bậc vào thế kỉ XVI. Trong suốt đêm trường thời Trung Cổ, những
lý thuyết ngụy biện của Aristote (384-322 TCN) đã ngăn trở rất nhiều sự đi lên
của khoa học đích thực. Vào thời này, chúng ta phải kể đến Leonardo da
Vinci (1452-1519) với những nghiên cứu về tĩnh học. Tuy nhiên những tên tuổi
lớn nhất của giai đoạn huy hồng này chính là nhà khoa học người Ba
Lan Nicolai Copernic (1473-1543) - người đã phủ nhận mơ hình với Trái Đất là
trung tâm vũ trụ của Ptolémée (xem thuyết địa tâm) và mơ tả những chuyển
động đúng đắn của hệ mặt trời, là nhà thiên văn học người Đức Johannes
Kepler (1571-1630) - người đã phát biểu ba định luật mang tên ơng về sự
chuyển động của các hành tinh, là nhà bác học thiên tài người Ý Galileo
Galilei (1564-1642). Có thể nói Galileo là ơng tổ khai sáng ra động lực học: Ơng
đã đưa ra khái niệm gia tốc, phát biểu vào năm 1632 ngun lý tương đối
Galileo và ngun lý qn tính. Ơng cũng đã nghiên cứu đến rất nhiều những
vấn đề khác nhau của cơ học: Con lắc, mặt phẳng nghiêng, sự rơi tự do.
Kế tiếp sau đó, sang thế kỉ XVII, nhà khoa học người Pháp Blaise
Pascal (1623-1662) đã có những nghiên cứu quan trọng về thủy tĩnh học. Nhà
vật lý người Hà Lan Christiaan Huygens (1629-1695) đã phân tích chuyển động
quay, đặc biệt là những dao động của con lắc và đưa ra khái niệm về động
năng cũng như về lực hướng tâm. Đặc biệt, nhà bác học người Anh Isaac
Newton (1642-1727) đã xuất bản cuốn sách Philosphiae naturalis principia

mathematica (Những ngun lý tốn học của triết học tự nhiên) trong đó có nêu
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 2


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

lên ba định luật mang tên ơng, tạo nên nền tảng của cơ học cổ điển. Chúng ta
cũng biết đến Newton với định luật vạn vật hấp dẫn của vũ trụ.
II. Lịch sử hình thành và phát triển cơ học.
1. Cơ học thời kỳ Ai Cập cổ đại.
Các Kim tự tháp vĩ đại ở Ai cập chứng tỏ từ 3000 năm trước Cơng
Ngun, con người cổ đại đã có những kiến thức nhất định về cơ học và đã có
khả năng quản lý một nguồn nhân lực và nguồn ngun liệu rất lớn trong các
cơng trình xây dựng. Tuy nhiên các tri thức vật lý học ban đầu đó còn rời rạc, lẻ
tẻ, chưa thành hệ thống. Các máy cơ đơn giản đã được sử dụng từ thời Ai Cập
cổ đại, nhưng phải 3000 năm sau những lý luận đầu tiên về các máy cơ đơn giản
mới xuất hiện dưới dạng các quy tắc về đòn bẩy, mặt phẳng nghiêng,…
Tóm lại, ở thời Cổ đại, mặc dù chưa có mầm mống của Vật lý học, nhưng
đã có một vài tri thức lẻ tẻ về cơ học.

Việc sử dụng đòn bẩy và mặt phẳng nghiêng ở thời Cổ đại

Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 3


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

2. Cơ học thời kỳ Hy Lạp Cổ đại.
Trong thời kì này, nổi bật nhất là Archimedes.
Nhằm phục vụ việc xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, Archimedes đã chế tạo
ra nhiều loại máy cơ học để nâng nước sơng lên tưới ruộng (ốc vơ tận Acsimet),
máy ném đá, cần cẩu để cẩu và nhấn chìm thuyền địch…

Đinh ốc Archimedes

Móng vuốt Archimedes

Tuy Archimedes khơng phát minh ra đòn bẩy, ơng đã đưa ra một giải thích
về ngun lý trong tác phẩm Về sự cân bằng của các hành tinh của mình. Những
miêu tả trước đó về đòn bẩy có trong trường phái Peripatetic của những học trò
của Aristotle, và thỉnh thoảng được gán cho Archytas. Theo Pappus của
Alexandria, những cơng việc của Archimedes về đòn bẩy khiến ơng phát biểu:
"Hãy cho tơi một điểm tựa và tơi sẽ nhấc bổng cả Trái Đất." (tiếng Hy Lạp: δῶς μοι
πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω). Plutarch đã miêu tả cách Archimedes thiết kế các hệ
thống puli khối và dây cho phép các thuỷ thủ sử dụng ngun lý đòn bẩy để nhấc
những vật bình thường là q nặng để di chuyển với họ. Archimedes cũng cải thiện
được cơng suất và độ chính xác của máy bắn đá, và với việc phát minh ra đồng hồ
đo trong Chiến tranh Punic lần thứ nhất. Đồng hồ đo được miêu tả như một chiếc
xe với cơ cấu bánh xe nhả một quả bóng vào trong một thùng chứa sau mỗi dặm đi
được.

Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 4

Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

Máy bắn đá - loại vũ khí hoạt động bằng ngun lý cơ học về lực đòn bẩy

Archimedes cũng đã tìm ra định luật nổi tiếng về lực đẩy của chất lỏng,
mang tên định luật Acsimet. Khơng những ơng đã nghiên cứu điều kiện của các
vật nổi mà còn nghiên cứu điều kiện cân bằng bền của các vật nổi có hình dạng
khác nhau. Đó là những vấn đề rất cần thiết cho kĩ thuật đóng tàu biển mà mãi
tới thể kỷ XIX người ta mới phát biểu đầy đủ và chứng minh được chính xác.
3. Cơ học thời kỳ Phục hưng ở Châu Âu.
* Những nghiên cứu về cơ học của Xtêvin.
Xtêvin (1548-1620) đã chứng minh rằng khi một vật nặng được kéo lên
theo một mặt phẳng nghiêng thì tỉ số giữa lực kéo và trọng lượng của vật bằng tỉ
số giữa độ cao và độ dài của mặt phẳng nghiêng. Ơng cũng đã nghiên cứu điều
kiện nổi của các vật và tính được áp suất chất lỏng lên thành bên của vật nổi.
* Những nghiên cứu về cơ học của Galileo Galilei.
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 5


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

- Galileo đã thả những quả bóng cùng vật liệu, nhưng có trọng lượng khác
nhau, từ Tháp nghiêng Pisa để chứng minh rằng thời gian rơi của chúng khơng
phụ thuộc vào trọng lượng. Điều này trái ngược với điều Aristotle đã dạy: rằng
các vật thể nặng rơi nhanh hơn các vật thể nhẹ, liên quan trực tiếp tới trọng
lượng.
- Galileo đã đề xuất rằng một vật thể rơi sẽ rơi với gia tốc đồng nhất, khi
sức cản của mơi trường mà nó đang rơi trong đó là khơng đáng kể, hay trong

trường hợp giới hạn sự rơi của nó xun qua chân khơng. Ơng cũng xuất phát từ
định luật động học chính xác cho khoảng cách đã được đi qua trong một gia tốc
đồng nhất bắt đầu từ sự nghỉ, có nghĩa nó tỷ lệ với bình phương của thời gian
( d ∝ t 2 ).
- Ơng cũng kết luận rằng các vật thể duy trì chuyển động của chúng trừ
khi một lực - thường là ma sát - tác động vào chúng, bác bỏ lý thuyết nói chung
được chấp nhận của Aristotele rằng các vật thể "tất nhiên" giảm tốc độ và dừng
lại trừ khi một lực tác động vào chúng.
- Galileo cũng tun bố (khơng chính xác) rằng một sự đu đưa của con
lắc ln mất cùng khoảng thời gian, độc lập với biên độ. Có nghĩa, một con lắc
đơn giản là đẳng thời.

Vòm
thánh
đường Pisa với
cây đèn của
Galileo

4. Cơ học ở thế kỷ XVII.
Đây được xem là thời kỳ hồng kim của cơ học cổ điển, với những nghiên
cứu của các nhà khoa học nổi tiếng: nhà khoa học Pháp Blaise Pascal (16231662) đã có những nghiên cứu quan trọng về thủy tĩnh học. Nhà vật lý Hà
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 6


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

Bìa quyển sách Những
ngun lý Tốn học của triết

học tự nhiên

Lan Christiaan Huygens (1629-1695) đã phân tích chuyển động quay, đặc biệt là
những dao động của con lắc và đưa ra khái niệm về động năng cũng như về lực
hướng tâm. Đặc biệt, nhà bác học Anh Isaac Newton (1642-1727) đã xuất bản
cuốn sách Philosphiae naturalis principia mathematica (Những ngun lý tốn
học của triết học tự nhiên) trong đó có nêu lên ba định luật mang tên ơng, tạo
nên nền tảng của cơ học cổ điển. Newton còn được biết đến với định luật vạn
vật hấp dẫn của vũ trụ.

* Những nghiên cứu về cơ học của Christiaan Huygens.
Sang thể kỷ XVII, nhà Vật lý Hà Lan Christiaan Huygens (1629-1695) đã
phân tích chuyển động quay, đặc biệt là những dao động của con lắc và đưa ra
khái niệm về động năng cũng như về lực hướng tâm.
- Lực hướng tâm là một loại lực cần để làm cho một vật đi theo một quỹ
đạo cong. Sau này Isaac Newton đã mơ tả lực này trong cuốn Principia của ơng.
Bất kỳ lực nào (trọng lực, lực điện từ, v.v.) hoặc sự kết hợp các lực với nhau đều
có thể đóng vai trò là lực hướng tâm.

Ví dụ đơn giản về chuyển động tròn đều. Một
trái banh được buộc vào một trục quay và đang
xoay ngược chiều kim đồng hồ trên một quỹ
đạo xác định với vận tốc gốc ω. Vận tốc của trái
banh là một vecto tiếp tuyến với quỹ đạo, và
liên tục thay đổi phương, gây ra do lực ln
hướng về tâm. Lực hướng tâm do dây tạo ra,
dưới dạng lực căng dây

Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 7


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

5. Cơ học Newton.
5.1. Những khái niệm cơ bản của cơ học Newton.
5.1.1. Lượng vật chất.
- Theo quan niệm của Descartes thì vũ trụ chứa đầy vật chất, khơng có
chân khơng trong vũ trụ. Vì vậy thể tích của vật đủ để xác định lượng vật chất
trong vật.
- Theo quan niệm của Newton thì vũ trụ gồm các ngun tử chuyển động
trong khơng gian trống rỗng, vì vậy lượng vật chất chính là số lượng ngun tử.
Thể tích của vật càng lớn, mật độ phân bố các ngun tử càng lớn. Rõ ràng rằng
Newton đã xây dựng khái niệm khối lượng chính xác hơn Descartes.
- Tiếp theo, Newton đã đặt vấn đề đo khối lượng của vật, một vấn đề mà
trước đó chưa ai đề cập đến. Dựa trên thí nghiệm với các loại con lắc và các thí
nghiệm về sự rơi tự do, ơng đã rút ra các kết luận quan trọng: Gia tốc rơi tự do
khơng phụ thuộc vào khối lượng của vật.
- Ơng cũng khẳng định khối lượng và trọng lượng tỷ lệ với nhau. Vì vậy
có thể dùng cân để xác định “lượng vật chất”.
- Sau khi tìm ra định luật II ơng đã xác định một đặc trưng nội tại của vật,
đó là qn tính. Ơng đã định nghĩa qn tính là khả năng vốn có của vật chống
lại sự thay đổi trạng thái chuyển động. Từ các kết quả nghiên cứu ơng khẳng
định qn tính của một vật tỷ lệ với khối lượng của nó. Vì thế ngày nay khối
lượng được hiểu một cách tổng qt nhất là: khối lượng là một đại lượng đặc
trưng cho mức qn tính của vật.
5.1.2. Động lượng.
- Descartes cũng đã định nghĩa động lượng tương tự như vậy nhưng ơng
chưa hiểu được vận tốc là một đại lượng vecto vì vậy ơng chưa nhận ra được

động lượng cũng là một đại lượng vecto.
- Khi xây dựng khái niệm động lượng, Newton đã nhận thấy rõ vận tốc là
một đại lượng vecto và ơng đã phát biểu quy tắc hình bình hành vận tốc.
5.1.3 .Lực
Newton là người đầu tiên đã nêu lên một khái niệm chính xác về lực. Nội
dung khái niệm lực của Newton là chính xác nhưng cách phát biểu của nó là
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 8


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

chưa rõ ràng. Ở thời Newton và cho tới tận thể kỷ XIX, các nhà vật lý còn dùng
thuật ngữ “lực” với nhiều ý nghĩa khác nhau và gây nên những nhầm lẫn.
5.1.4. Khơng gian và thời gian trong cơ học.
- Newton đã định nghĩa được những khái niệm cơ bản của cơ học, nhưng
để xây dựng cơ học cần đến hệ quy chiếu vì nếu khơng chỉ ra được hệ quy chiếu
thì nói đến chuyển động là vơ nghĩa. Vì vậy, ơng đã đưa vào các tác phẩm của
mình các khái niệm khơng gian và thời gian được hiểu như những hệ quy chiếu.
Theo Newton thì có cả khơng thời gian tuyệt đối và tương đối được định nghĩa
như sau:
- Thời gian tụt đới: Là sự lâu dài thuần túy, là cái trống rỗng để chứa
cái biến cố. Thời gian tuyệt đối khơng phải là vật chất, khơng chịu ảnh hưởng
của vật chất và cũng khơng tác động lên vật chất. Nó có một chiều, vơ hạn, đồng
nhất và trơi đều đặn từ q khứ đến tương lai.
- Thời gian tương đới: Là sự lâu dài cụ thể mà ta có thể cảm nhận được
nhờ một q trình nào đó. Ví dụ: chuyển động của kim đồng hồ, dao động của
con lắc,…
- Khơng gian tụt đới: Là cái trống rỗng để chứa mọi vật, nó khơng

phải là vật chất, khơng tác động lên vật chất, và khơng chịu tác dụng của vật
chất. Nó có ba chiều, nó liên tục, vơ hạn, đồng nhất, đẳng hướng và khơng
chuyển động.
Khơng gian tương đới: Là khơng gian cụ thể do các vật cụ thể chiếm
chỗ.
- Trên cơ sở những quan niệm về khơng gian và thời gian như trên,
Newton cũng định nghĩa chuyển động tuyệt đối của một vật là sự dời vị trí của
vật đó trong khơng gian tuyệt đối và trong thời gian tuyệt đối. Chuyển động
tương đối cũng được Newton định nghĩa tương tự.
- Newton cũng cho rằng có thể phát hiện được chuyển động tuyệt đối
bằng phương pháp vật lý thích hợp. Tuy nhiên sau này mọi cố gắng của các nhà
khoa học để tìm ra chuyển động tuyệt đối (tức là phát hiện ra khơng gian tuyệt
đối) đều bị thất bại, dẫn đến cuộc khủng hoảng vật lý học vào cuối thế kỷ thứ
XIX.
5.2. Những định luật cơ bản của Newton.
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 9


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”
•

Ba định luật chuyển động của Newton đã ra đời như thế nào?

- Từ sau năm 1609, khi Johannes Kepler phát hiện ra các hành tinh
chuyển động quanh mặt trời theo một quỹ đạo hình elip (chứ khơng phải hình
tròn), các nhà khoa học liên tục thử dùng các phương pháp tốn học để giải thích
các quỹ đạo đó. Robert Hooke và John Halley đều đã từng làm theo cách đó
nhưng kết quả họ thu được khơng như mong đợi.

- Năm 1665, Ln Đơn bùng phát bệnh dịch hạch, trường Cambridge
buộc phải cho học sinh nghỉ học và Newton phải về trang trại của người em gái
để tránh dịch bệnh. Ở trang trại, Newton rất chán nản vì cuộc sống đơn điệu
thiếu đi những cơng cụ tốn học để miêu tả sức mạnh cùng sự vận động ln
thay đổi. Newton quyết định làm sáng tỏ những sức mạnh nào có thể khiến cho
vật chuyển động hay đứng n.
- Ngồi việc đọc các tài liệu tương đối mới của Kepler và Halley, Newton
còn chú tâm đọc các nghiên cứu của Galileo và Aristotle. Ơng sưu tầm những
kết quả và lý luận nghiên cứu trước đây của các nhà học giả Hy Lạp cổ, các lý
luận đó rất tản mạn và thường mâu thuẫn với nhau. Newton có một biệt tài khiến
người khác khâm phục đó là khả năng chọn ra những thiểu số tinh túy từ những
số lượng lớn. Newton đã sàng lọc và chọn ra các trọng tâm quan trọng phổ biến
trong các lý luận đó.
- Newton khơng được coi là một nhà thí nghiệm, ơng thích suy ngẫm mọi
vấn đề, ơng làm thí nghiệm trong tư tưởng giống như Enstein. Ơng thường dành
rất nhiều thời gian để suy ngẫm cho đến khi tìm được đáp án mới thơi. Nếu nói
theo cách của Newton thì ơng “bày các vấn đề ra trước mắt sau đó chờ đợi, cứ
chờ cho đến khi xuất hiện tia sáng đầu tiên, từ từ theo đó lần ra, cuối cùng bỗng
nhiên bừng sáng”.
- Khơng lâu sau đó, Newton phải băn khoăn, trăn trở với câu hỏi: Sức
mạnh nào đã dẫn đến sự chuyển động? Ơng dành thời gian để nghiên cứu kĩ hơn
về định luật vật rơi tự do của Galileo và quy luật sự vận động các hành tinh của
Kepler. Ơng tiến hành nghiên cứu qn ăn qn ngủ, đến mức gần q sức chịu
đựng của cơ thể.
- Đầu năm 1666, Newton đưa ra ba định luật chuyển động, ba định luật
này là điều kiện khơng thể thiếu cho sự ra đời của các phát hiện vi tích phân và
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 10

Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

phát hiện ra trái đất có lực hấp dẫn sau này của ơng. Thế nhưng mãi 20 năm sau,
khi được sự khích lệ của Halley, Newton đã viết cuốn ngun lý tốn học của
triết học tự nhiên và ơng mới cơng bố ba định luật này.
- Năm 1684, Jean Picard lần đầu tiên tính ra một cách chính xác kích
thước và khối lượng của trái đất. Với những số liệu cần thiết và chính xác này,
Newton đã có thể chứng minh: Trên cơ sở vận dụng ba định luật vận động và
phương trình trọng lực do ơng tạo ra có thể tính được một cách chính xác quỹ
đạo vận động thật sự của các hành tinh. Mặc dù đã có đầy đủ các số liệu tốn
học để chứng minh, nhưng Newton sẽ khơng đưa ra Ngun lý tốn học của triết
học tự nhiên nếu như khơng có sự thỉnh cầu và thuyết phục của Halley năm
1687. Ngun nhân chủ yếu để đưa ra tác phẩm này là phản đối sự sai lầm trong
cơng bố của Robert Hooke cho rằng đã phát hiện ra quy luật phổ biến của vận
động. Ngun lý tốn học của triết học tự nhiên đã trở thành tác phẩm được đón
nhận và sử dụng rộng rãi trong lịch sử.
5.3. Định luật vạn vật hấp dẫn
- Thời kỳ đầu thế kỷ XVII, con người đã phân biệt được rất nhiều loại lực
như: lực ma sát, trọng lực, trở lực của khơng khí, điện lực và nhân lực. Newton
đã quy nạp một cách chính xác các loại lực tưởng chừng như khác nhau này
thành khái niệm vạn vật hấp dẫn: Quả táo rơi xuống đất, người có thể trọng, mặt
trăng chuyển động quay quanh Trái Đất…Tất cả các hiện tượng này đều do
ngun nhân tương tự nhau gây ra. Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton rất
đơn giản, dễ hiểu nhưng có phạm vi rộng và sâu sắc.
- Newton cho rằng vạn vật hấp dẫn là đặc trưng của tất cả vật chất, và
điều đó đã trở thành nền tảng lý luận của phần lớn khoa học vật lý
•

Định luật vạn vật hấp dẫn đã ra đời như thế nào?

- Năm 1666, ở vào tuổi 23, Newton là sinh viên năm thứ III Học viện
Trinity thuộc trường Đại học Cambride. Newton dáng người nhỏ, trầm ngâm ít
nói, tính cách khá nghiêm túc. Đơi mắt sắc cùng vẻ mặt giận dữ của Newton
ln khiến mọi người e dè.
- Những ngày sống ở q, Newton ln ln băn khoăn với câu hỏi: Năng
lượng nào đã khiến cho mặt trăng ln chuyển động quanh trái đất và Trái Đất
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 11


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

ln chuyển động quanh mặt trời? Tại sao mặt trăng lại khơng rơi xuống Trái
Đất? Tại sao Trái Đất lại khơng rơi xuống mặt trời?
- Một vài năm sau, Newton từng bước lý giải hiện tượng đó. Khi ngồi
trong vườn nhà chị gái, Newton nhìn thấy một quả táo rơi từ trên cây xuống.
Ơng vội ngước đầu lên quan sát một quả táo khác. Quả táo thứ hai rơi xuống từ
một cành cây khác, nó rơi xuống đất xong còn nẩy lên khỏi mặt đất rồi mới nằm
im trên đó. Đây rõ ràng khơng phải là lần đầu tiên Newton nhìn thấy táo rơi, tất
nhiên điều đó khơng mang lại câu trả lời cho Newton nhưng nó đã gợi ý cho nhà
khoa học trẻ tuổi một suy nghĩ: Sao quả táo thì rơi xuống đất được còn mặt trăng
thì khơng? Giữa quả táo và mặt trăng có điểm gì khác nhau đây?
- Sáng sớm ngày hơm sau, Newton quan sát thấy đứa cháu trai của mình
đang chơi với một quả bóng nhỏ. Trên tay cậu bé buộc một sợi dây cao su, một
đầu kia của sơi dây buộc chặt vào quả bóng. Ban đầu cậu bé lắc nhẹ tay, sau đó
càng lúc càng mạnh, cuối cùng quả bóng bật mạnh theo phương thẳng.
- Newton đột nhiên cảm thấy sự vận động của quả bóng và mặt trăng thật
giống nhau. Có hai loại lực đã tác dụng vào quả bóng, thứ nhất là lực đẩy ra

hướng ngồi và thứ hai là lực kéo của dây. Và tương tự cũng có hai loại lực tác
dụng lên mặt trăng, đó là lực đẩy của vận động mặt trăng và lực kéo của trọng
lực trái đất, và cũng chính do có trọng lực nên quả táo mới rơi xuống đất.
- Newton lần đầu tiên khám phá ra trọng lực khơng gian chỉ là lực tác
dụng giữa các hành tinh và hành tinh, nó có thể là lực hấp dẫn và tồn tại phổ
biến. Newton tin tưởng chắc chắn vào thuật luyện kim, cho rằng các vật chất
ln hút nhau, ơng quả quyết rằng lực hấp dẫn giữa các vật khơng chỉ đúng với
các hành tinh to lớn mà đúng với tất cả những vật thể nào có khối lượng. Hiện
tượng trái táo rơi xuống đất, mưa rơi và các hành tinh chuyển động theo một quỹ
đạo quanh mặt trời đều là kết quả tác động của trọng lực.
- Người ta thường cho rằng, các định luật tự nhiên áp dụng cho trái đất thì
có sự khác biệt rất lớn với các định luật trong bầu trời.Định luật vạn vật hấp dẫn
của Newton đã phản bác lại quan điểm đó, định luật chứng minh rằng những
quy luật chi phối tự nhiên và vũ trụ là khơng hề phức tạp.
- Newton đã phát triển khái niệm lực vạn vật hấp dẫn, ơng chỉ ra rằng lực
vạn vật hấp dẫn khơng chỉ là đặc trưng của các thiên thể mà còn là đặc trưng của
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 12


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

tất cả mọi vật. Định luật vạn vật hấp dẫn cùng cơng thức tốn học của nó đã trở
thành nền tảng cơ sở của ngành vật lý học, là một trong những định luật khoa
học quan trọng nhất của nhân loại.
6. Cơ học Lagrange.
Cơ học Lagrange là kết quả của việc viết lại cơ học cổ điển dựa
trên ngun tắc hành động tối thiểu. Cơ học Lagrange áp dụng được ln cho cả
những hệ thống khơng bảo tồn động lượng và năng lượng và có thể đưa ra điều

kiện để những đại lượng này được bảo tồn. Cơ học Lagrange được đặt tên theo
nhà tốn học người Ý gốc Pháp Joseph-Louis Lagrange, người giới thiệu lý
thuyết này lần đầu vào năm 1788.
Thế kỷ XVII khép lại và thế kỷ XVIII mở ra và được xem như là thế kỉ
của cơ học giải tích. Nhà bác học người Thụy Sĩ Leonhard Euler (1707-1783) đã
phát biểu những phương trình về cơ học chất lưu. Ơng cũng tham gia vào việc
xây dựng nên ngành cơ học giải tích cùng với Louis Joseph Lagrange (17361813) và Jean Le Rond d'Alembert (1717-1783).
Tiếp theo đó, sự phát triển của cơ học cổ điển đã đạt tới giới hạn với
những ứng dụng tuyệt vời. Ví dụ như Pierre-Simon Laplace (1749-1827) đã cải
thiện sự chính sáng về sự ra đời của chuyển động các hành tinh nhờ vào phương
pháp nhiễu loạn. Urbain Le Verrier (1811-1877) đã tiên đốn trước sự tồn tại
của Sao Hải Vương bằng chính phương pháp này. Ngồi ra, ơng cũng đã khám
phá ra sự gần lại của cận điểm của Sao Thủy. Tuy nhiên chính kết quả này lại
đánh dấu một trong những giới hạn của cơ học Newton: Kết quả này chỉ có thể
được giải thích dựa vào cơ học tương đối. William Rowan Hamilton (18051865) đã đề xuất ra phép khai triển chính được biết đến với tên phương trình
Hamilton. Chúng ta cũng có thể kể đến Henri Poincaré (1854-1912) với những
đóng góp trong cơ học tính tốn.
Cuối cùng có rất nhiều sự mở rộng của cơ học cổ điển trong lĩnh vực về
các mơi trường liên tục (thuỷ động lực học hoặc mơi trường chịu biến dạng).
Chúng ta cũng khơng được phép qn rằng mặc dù ngày nay đã có rất
nhiều những phát minh và khám phá trong cơ học lượng tử và cơ học tương đối
ở thế kỉ XX nhưng những nghiên cứu về hệ hỗn độn trong những năm 1970, về
những áp dụng của cơ học cổ điển vẫn là một phần to lớn trong lâu đài vật lý
Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 13


Bài tiểu luận “Lòch sử Vật lý học”

học. Mặt khác, vẫn còn đó ngun vẹn rất nhiều vấn đề chưa được giải quyết
trong cơ học cổ điển, đặc biệt là những vấn đề liên quan đến dao động kép.

Sinh viên: Nguyễn Công Hiển

Trang 14