第11章 风起云涌 （完）
第11章 风起云涌 （完） (第2/2页)在整个中世纪的过程中，关于力的概念深受亚里士多德思想的束缚，没有取得什么进展。
伽利略对经典力学的建立有重要的贡献，但对力并没有形成完备的概念。他关于质量的定义是模糊的，所以，他不能给出清晰的既适用于静力学，又适用于动力学的力的定义。当然，他对惯性原理是基本理解的。他的惯性原理指出，物体在不受外力作用的条件下，能连续作匀速运动。他把力和速度的变化联系在一起。破除了亚里士多德把力和速度联系在一起的长期的思想束缚，为i.牛顿把力和加速度联系在一起开辟了道路。
力的概念在牛顿力学中占有最根本的位置。牛顿在1664年就提出了力的定义是动量的时间变率(动量等于质量乘速度)。牛顿第一定律(惯性定律)是力的定性的定义，它给出力在什么条件下存在和什么条件下不存在的定性条件。牛顿第二定律给出了力的定量的定义，即力等于动量的时间变率；如果质量不变，力也等于质量乘加速度。牛顿第三定律指出，对于每一个力而言，必有一大小相等方向相反的反作用力存在。它指出所有的力都是成对的，只在两个物体相互作用时才能实现(见牛顿运动定律)。
牛顿的万有引力理论的惊人成就，使超距作用力的概念推广到物理学的其他分支中去。但是，牛顿并不能从物理上说清超距作用的实质，所以长期受到各方的严厉批评，直到a.爱因斯坦于1905年提出狭义相对论，指出一切物理作用传播的最大速度是光速以后，人们才认识到牛顿有关超距作用力的概念有极大的局限性。爱因斯坦1915年在他的广义相对论里明确指出，万有引力的传播速度不可能大于光速。
在历史上，有许多科学家和哲学家曾指出，牛顿力学中的力的概念只是一种方法论性质的工具，.r基尔霍夫、h.b.赫兹和e.马赫都认为牛顿的力的概念很难说明力的实质，但都肯定力是一种计算用的量，代表质量和加速度的积。当然，牛顿提出的力的概念对科学进展的贡献很大：没有这种概念，物理就会失掉理论的连贯一致性。
力的单位牛顿第二定律既可以看作是质量的定义，也可以看作是力的定义。前者把力看作是基本量，把质量看作是第二定律的导出量；后者则反之。
我们把长度单位定义为标准衡器在两点之间的距离，或用特定的光谱线波长来度量。同样，时间可以用标准运动的周期。如地球公转周期，时钟的摆动周期，或分子的振动周期来衡量。利用这种长度和时间的单位，我们就能给出速度和加速度的定义和度量。现在，我们通过两种途径探讨牛顿第二定律，即绝对制和引力制。在绝对制中，我们引进标准物体的质量为单位质量，从而根据第二定律，把单位质量产生单位加速度的力作为单位力。其他质量原则上可以和标准单位质量相比，用单位力作用测定它的加速度。这样求得的加速度同它的质量成反比。实验证啁，质量是一个标量，而力和加速度则都是矢量，它们服从矢量合成和分解的规律。
在绝对制中，非相对论力学的牛顿第二定律可写成：
f=ma，
式中f和a为力和加速度；m为该物体的质量。式右的m和a如果是已知的，则本式即为力的定义。所以在绝对制中，质量是基本量，力是导出量。力的量纲是mlt-2，其中m、l、t分别为质量、长度和时间的量纲。
在引力制中，用标准物体所受地球引力作为标准力，因而，引力制把力作为基本量，而根据第二定律，质量为联系力和加速度的比例因子，成为导出量。在引力制中，标准物体的重量作为单位力，引力加速度为g。任何物体的重量是用标准物体的重量来度量的。设物体的重量为，则它的质量m可以写成/g。这个导出量m的量纲为ft2l-1，其中f为力的量纲。由于地球表面各处的地球引力加速度并不完全相等，所以物体在地球表面各处的重量，也不会完全相等。为了避免这种困难，规定地球表面的某一特定点作为测量标准物体的标准重量的场所。所以，引力制的绝对程度并不比所谓绝对制的绝对程度差。
绝对制的力的单位为达因和牛顿。1达因是使1克的质量产生1厘米/秒2加速度的力；1牛顿是使1千克的质量产生1米/秒2加速度的力。1牛顿等于105达因。国际单位制和中国法定计量单位中，力的单位是牛顿。
合力如果所有力的作用线都相交于一点，则这些力组成一个汇交力系。任一汇交力系的合力可以用矢量求和法求得，但这个合力必通过力系的汇交点。如果合力等于零，这个汇交力系是平衡的，亦即它们所作用的物体没有加速度。
一般说来，任一较大的物体上可以有三种类型的力在作用：1在分散的一些点或某几块表面的面积上有外力的作用。2在物体内部，有外力所产生的反作用力的作用，或由于物体变形而产生的内部约束力的作用。这些内部变形约束力都是成对地产生的，合在一起互相抵销，并不影响加速度。3在内部各部分有分布力的作用。这些力一般都和各部分的质量成正比。例如，重量所产生的作用力和加速度所造成的惯性力都是体内分布的力，总称彻体力，简称体力。如果这一物体上所受各外力是汇交的，则其合力必和体力大小相等、方向相反。如果这合力通过该物体的质心，则合力必等于总质量乘该物体所产生的加速度。如果这些汇交的外力的合力不通过该物体的质心，可以把这合力化为一个作用在质心上的力和一个绕质心的力偶矩之和(见力系)。前者的大小和作用线方向和原来的合力相同，只是其作用线平移到通过该物体质心的位置，后者即力偶矩等于合力乘质心到合力原作用线的垂直距离；前者引起物体质心的加速度运动，后者引起物体绕质心的角加速度转动(见刚体动力学。