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科普 微积分与物理(转)

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转自物理吧,作者:limbo137
刚刚转过一次,完成才发现太多校对错误,于是删了再来一次,在这里对吧友limbo137表示诚挚的歉意。


IP属地:湖北1楼2019-01-23 22:23回复
    首先来说说我对物理什么感觉,那些物理学家都喜欢什么干什么事情,首先人类的大脑是十分有限的,就拿最简单的运动来说,一开始学运动学,老师总是让我们画什么过程图,图画出来,过程清晰明了,简单直观,很好,所以图是很重要的,换言之,直观是很重要的,之后我可能会在图上有所欠缺(因为条件实在没那么好),我尽力而为吧,要是有不足的地方还请见谅。
    那些物理学家因为大脑有限(可以看出物理并不是天才的学科,而是普通人的学科),所以他们喜欢两件事情,不变的事情,还有差不多的事情
    啥是不变的事情?从物理学的术语上讲,就是守恒,守恒是啥?费恩曼曾经讲过一个小孩玩积木的故事,已经说明的相当好了(图截取自《新概念力学》赵凯华)



    IP属地:湖北3楼2019-01-23 22:29
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      啥是差不多的东西?就是近似,物理学家偏爱近似,因为能把复杂的事情简化,物理学家大脑是十分有限的。。。但数学家不一样,他们追求准确不说,还爱好证明,他们可能比物理学家聪明一点点。。。


      IP属地:湖北4楼2019-01-23 22:31
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        近似?科学居然会容忍这么不严谨的东西?当然,也不会什么都近似,物理上常常需要合理的近似,啥样的近似叫合理?我们需要一些条件,这些条件往往有一些诸如“远远大于”“远远小于”之类的,这样的例子很多,举一个几何上的,很基础的例子,等腰三角形的顶角很小时会怎么样?





        IP属地:湖北5楼2019-01-23 22:34
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          可以看出,这条弦和它所对的劣弧当顶角越来越小的时候,它们的差别越来越小,这个在数学上叫当θ趋于0的时候,弦AB趋近于弧AB


          IP属地:湖北6楼2019-01-23 22:36
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            啥叫趋于,理解趋于的关键就是有极限的思想?啥是极限?其实就是一种“看似相等实则不相等的东西”或者也可以说是一种“近似的理想状态”来再举一个例子,也很简单,1除以3,有人说:大概是0.3吧,可见他进行了近似,但是有没有更接近的近似?0.33?0.333?0.3333333?这个3我可以无限制的写下去,但是总不等于真实的1/3,无论写多少个3也不等于,这时我们只能一直写3不断逼近,数学家想了一个一劳永逸的方法,在3上打点表示写了无穷多个3,无穷多是多少?我说不上来,但是不管你说一个多大的数,无穷多总是比你的那个数大(为什么?不好意思,是数学家搞的定义,定义就可以为所欲为吗?sorry,定义真的可以为所欲为.jpg)所以在写了无穷多个3之后,这个数和1/3就无限接近了,啥叫无限接近?就是这俩数的差别比任何正数都小,,这还是不等于,比任何正数都小就是0吗?不是的,但是数学家的可以定义啊,来,我们定义上面这个东西叫极限,例如0.333……(n个3)的当n趋于无穷大极限是1/3,这个太长了,我们这样写,下面这两种说法是等价的,这个lim就是极限limit的缩写


            IP属地:湖北7楼2019-01-23 22:37
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              我们本着“无穷小的东西不应该存在”的想法,点的长度应不应该有,这不取决于定义怎么说,应该取决于什么样的模型符合实际,或者说,什么样的模型和实验结果符合的最好,当一个模型与实际相悖时,我们常常考虑抛弃这个,寻求一种更好的替换品,这样的替换必须小心,你必须保证新模型比原来的优越的多,但是这样的替换一般是不会成功的,只有很少数成功了,所以,除非你信心十足,
              不要试图去推翻现有的公认的理论
              不要试图去推翻现有的公认的理论
              不要试图去推翻现有的公认的理论
              许多所谓“民科”就是犯这个错误,公认的理论之所以公认,就是因为它们与实验相符的很好(在误差范围之内),甚至能预言一些现象,而且这些现象都能被实验所验证,我们可能无法确信这些理论能解释所有现象,但是我们没有找到反例,一旦我们找到了反例,我们会修改甚至抛弃原有的理论,但是这的前提是,
              拿出反例
              拿出反例
              拿出反例
              不用说什么牛顿定律都是错的相对论才是对的,那好啊,请在你的高考试卷上每一个题都考虑相对论效应,就算误差多么小也写上去,你要是在没有计算器的条件下用三个小时写完整张理综卷(生物化学也考虑相对论效应,不可以近似,毕竟科学精神嘛),我就承认你的说法,近似自然有近似的道理,我们之所以这回发现了反例还不抛弃原有的理论,只是因为牛顿定律本身就是相对论,只不过是相对论在宏观低速条件下的近似罢了,这又回到上面所说的,近似要合理。


              IP属地:湖北9楼2019-01-23 22:40
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                我们定义两点的坐标间隔Δx,当我们的点取得非常多时,Δx就越来越小,我们不妨定义一个非常小但是不等于0的间隔为了和Δx区分,称作dx,注意,这是一个整体,不可认为是d与x相乘,可以理解为一种作用,这个d也常常被称为算子,算符,就好比把x切成很小一段,这样的一种作用(或者说操作)叫做微分,这是一个伟大的概念,我们从此会从一些小的局部的性质推测出惊人的宏观的结论,这一点很重要,我们之后会举一些例子


                IP属地:湖北10楼2019-01-23 22:41
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                  其实说是所谓定义了dx,这东西压根找不到,其实一个更实用的定义是Δx趋于0时某个式子的极限,所谓某个式子,给一个例子


                  IP属地:湖北11楼2019-01-23 22:41
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                    我懒得写lim的时候(可见dx暗含取极限的意思)


                    IP属地:湖北12楼2019-01-23 22:43
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                      展开之后发现这东西等于


                      IP属地:湖北13楼2019-01-23 22:44
                      回复(1)
                        取极限后这东西就等于2x,这是一个简单的计算,我们来看看这个dx代表什么?为了保证点没有长度,我们将其定义为两点间的间隔,那回到杆的问题,两点的间隔里有没有质量?如果有,我们称之为连续的质量分布,如果没有,我们称之为离散的质量分布,我们姑且认为杆是连续的,那么每一个间隔对应一个质量,这个质量在间隔很小的情形下应当与这间隔的长度成正比的,即这一小段的质量我们称之为dm,应当等于dx乘一个比例系数,我们记为λ


                        IP属地:湖北14楼2019-01-23 22:45
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                          再来思考一下,对于每一个小间隔,比例系数λ都是一样的吗?这个λ意味着什么?λ越大,每一小段的质量就越大,质量越集中在这点,有一种密度的感觉,我们称作"线密度",每一个间隔的线密度可能相同,也可能不相同,如果是前者,那这杆就是均匀的,如果是后者,那就是不均匀的,又回到了这个问题,如果我想知道具体的分布情况,我们就应该把每一点的线密度写出来,这里我们提到每一点的线密度,指的是每一点右边间隔的线密度,(为什么是右边?因为我想放右边→_→)这个线密度λ与x应当是一一对应的(还是因为极限的思想,点特别多,特别密)于是我们写成一个函数λ(x)


                          IP属地:湖北15楼2019-01-23 22:46
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                            这个函数的具体表达式反映了质量的分布情况,那我们怎么求得这个函数?假设我已知了这样一件事情,在杆AC上每一个x对应的下面这样一条线段AB上的质量m(x),我该怎么求出λ(x)?注意,这是通过一个函数去求另一个函数


                            IP属地:湖北16楼2019-01-23 22:47
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                              首先,我们14楼有一个式子dm=λdx,变个形λ=dm/dx,首先什么是dm?是这一小段的质量,但我们上面的m(x)是一大段的质量,但这也不难办,减一减就行了,我们这样操作用后一点的m(x+dx)减去前一点的m(x)不就得到dm了吗?所以λ就应该是


                              IP属地:湖北18楼2019-01-23 22:58
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