達?芬奇對力與運動的研究

廖妍 張宇 楊東燃

摘 要：達·芬奇是意大利文藝復興時期多項領域的博學家，他不僅是文藝復興時期杰出的藝術家，在物理領域也有深入的研究.本文重點介紹他對力與運動的認識及研究方法的突破.

關鍵詞：達·芬奇;力與運動;研究方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）03-0064-02

作者簡介：廖妍（1986-），女，黑龍江綏化人，碩士，中學一級教師，研究方向：高中物理學科教學;

張宇（1973-），男，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，中學高級教師，研究方向：高中物理學科教學;

楊東燃（1992-），男，黑龍江雞西人，碩士，中學二級教師，研究方向;高中物理學科教學.

1 人物簡介

達·芬奇全名為萊昂納多·達·芬奇（1452-1519），是意大利文藝復興時期多項領域的博學家，除了是畫家，他還是雕刻家、建筑師、音樂家、數學家、工程師、發明家、解剖學家、地質學家、制圖師、植物學家和作家.他無窮的好奇與創意使得他成為文藝復興時期典型的藝術家，與米開朗基羅和拉斐爾并稱“文藝復興三杰”.

在達·芬奇去世后，人們從他留下的13000頁筆記手稿中發現他在運動學、動力學、波動理論和光學等方面都有很有價值的貢獻，但因為多種原因未被重視，沒有發揮其歷史作用.

2 研究時代背景

中世紀（Middle Ages）指從公元5世紀后期到公元15世紀中期，是歐洲HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E6%AC%A7%E6%B4%B2/145550"＼t"_blank"歷史三大傳統劃分（古典時代HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%8F%A4%E5%85%B8%E6%97%B6%E4%BB%A3/2798891"＼t"_blank"、中世紀、近現代）的一個中間時期.始于公元476年西羅馬帝國HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E8%A5%BF%E7%BD%97%E9%A9%AC%E5%B8%9D%E5%9B%BD/9542907"＼t"_blank"的滅亡，終于公元1453年東羅馬帝國HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E4%B8%9C%E7%BD%97%E9%A9%AC%E5%B8%9D%E5%9B%BD/7471260"＼t"_blank"的滅亡，最終融入文藝復興運動HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E6%96%87%E8%89%BA%E5%A4%8D%E5%85%B4%E8%BF%90%E5%8A%A8/7068745"＼t"_blank"和大航海時代HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%A4%A7%E8%88%AA%E6%B5%B7%E6%97%B6%E4%BB%A3/10391"＼t"_blank"（地理大發現HYPERLINK"https：//baike.baidu.com/item/%E5%9C%B0%E7%90%86%E5%A4%A7%E5%8F%91%E7%8E%B0/1413768"＼t"_blank"）中.中世紀在歐洲歷史上是一個比較特殊的時期，從公元500-1000年，因為社會的動蕩，西歐處于一個科學發展的低潮期.在11、12世紀，通過猶太人的拉丁文翻譯運動，使得此前保存完好的科學成就傳入西歐，此后西歐的科學活動逐漸活躍起來.由于此前古希臘科學文化的盛行，在12到14世紀，歐洲陸續建立了一批大學和學院.到15世紀初，遍布西歐各國已有近30所大學.對于科學發展，中世紀后期與古希臘相比有兩個特點，一是亞里士多德學說在學術界和教育界居于主流地位;二是大學培養了一批學術精英.達·芬奇在這樣的社會背景下，也開始了自己對物理學的一些研究.

3 對力與運動的認識

在此之前，一些學者對力與運動的關系進行了研究，亞里士多德在《物理學》一書中確立了一條動力學原理：物體的運動總是推動者一起的.這條原理引導著中世紀的學者們繼續探討各種運動現象的原因[1].人們用“內阻力”解釋所有“自然運動”，根據“內阻力”，托馬斯·布雷德沃丁和薩克森的阿爾伯特也建立了自己的學說.關于拋體運動的原因，巴黎大學校長布里丹對于“沖力”的解釋代表了當時人們的認識，布里丹把沖力設想為由初始推動者傳遞給拋體的動力，沖力的強度用物體的速度和質量來量度[2].這些研究無不對達·芬奇有著深遠的影響，達·芬奇對力和運動也提出了自己的一些見解.

3.1 對力、重力、沖力概念進行解釋

達·芬奇認為力是一種精神能力，一種看不見的力量.我們現在都知道力的表現形式和作用效果，但是力沒有形狀和體積，在當時要解釋清楚力的內涵很困難.

對于重力，達·芬奇也給出了自己的見解，即力總是等于產生它的重量的大小：“向地球中心運動的重力稱為重量，每個重力都沿著宇宙的中心線，從各處指向宇宙中心”.在當時，人們認為地球是宇宙的中心，在達·芬奇看來重力是物體在趨向地球中心表現出來的形式[2].

達·芬奇對沖力的認識與中世紀以布里丹為代表的沖力學派的觀點相似.他認為沖力是被推動的物體運動延續的原因，推動者向運動者傳遞的運動效果就是沖力.

3.2 對運動進行分類，初現運動合成與分解思想

達·芬奇按照運動的復雜程度將運動分為簡單運動和復雜運動，他所說的簡單運動實際上就是平動和轉動.

3.3 對運動原因進行探討，體現力的合成分解思想

在此之前，亞里士多德提出力是維持物體運動的原因.達·芬奇也認為沒有力就沒有運動，他當時已經提出了力的合成和分解的思想.他也用自己的觀點解釋了幾根繩子系一重物的現象.他認為：（1）每段繩子平均分配物體的重力;（2）每根繩子的傾斜角相同，他們承受的重量也相同.

3.4 闡明力和運動的關系

達·芬奇繼承了亞里士多德的觀點，并有所改進.他認為推動物體的力不能太小，否則不能推動物體.他意識到了摩擦力的存在，他還指出摩擦作用的大小和接觸面的粗糙程度有關.

4 理論與實驗結合，突破原有研究方法

由于達·芬奇沒有受過系統的學校教育，是自學成才.因此他的研究更注重經驗，具有明顯的工匠傳統.在此之前，學者們研究問題以思辨為主導.而達·芬奇在研究方法上實現突破，多次通過理論與實驗相結合，進行物理問題的研究.

實驗1：在關于運動原因探討時，做了幾根繩子懸掛物體的實驗.

實驗2：研究碰撞現象時，曾做過玻璃球撞擊石頭的實驗.實驗過程如下：用一個小玻璃球撞擊表面已被打磨光滑的石頭.讓一人拿著一根長木棒，并用不同的顏色將木棒從頭至尾標上刻度，你站在某一位置觀察球每次反彈的最高點在標尺上對應什么顏色，并對他們進行記錄[2].

實驗3：在自由落體運動的研究中，所做實驗如下：將大小相同、質量相等的兩只球，一個放在另一個上方一定高度處，他們同時下落.

達·芬奇除了在力學方面有深入的研究，他對波動現象、光學現象等方面也有著全面深入的研究.他對研究的熱愛、對物理問題的鉆研精神，值得我們學習.

參考文獻：

[1]愛德華·格蘭特著，郝劉祥譯.中世紀的物理科學思想[M].上海：復旦大學出版社，2000.

[2]胡化凱.物理學史二十講[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2009.

[3]李遠俊.中學物理教學中引入物理學史的作用研究[D].重慶：西南師范大學，2002.

[4]魯斌.折射定律的發展及其教學內涵[J].中學物理，2020，38（15）：60-65.

（收稿日期：2020-12-04）