惠更斯和他的碰撞研究

惠更斯是荷兰最著名的物理学家。他是英国皇家学会的第一位外国成员，也是法国科学院唯一的外国院士。他在物理、数学和天文学方面做出了巨大贡献，是现代自然科学的重要先驱之一。

惠更斯对完全弹性碰撞做了相当详细的研究，并提出了自己的碰撞理论。他的理论基于以下三个假设(公理):

(1)“运动物体在不受阻碍的情况下将继续以恒定的速度沿直线运动。”

(2)“质量相同的两个物体以相同的速度相互碰撞后，以相同的速度向相反的方向运动。”

(3)“物体的运动和它们的速度必须被认为是相对于我们认为是静止的其他物体而言的，并且没有必要考虑这些物体是否也参与其他共同的运动。因此，当两个物体碰撞时，即使它们同时参与另一个匀速运动，在也有这种共同运动的观察者看来，这两个物体之间的相互作用就好像没有这种共同运动一样。”

根据这些假设，惠更斯断言，质量相同且以相同速度相向运动的两个物体将保持碰撞前的速度，并在刚性向心碰撞后相互反弹。这一结论已被实验证实。

惠更斯进一步研究了相同质量的两个物体以不同速度相互碰撞的情况。在这里，他创造性地应用了相对论原理:想象一个人在一艘船上以匀速运动，使用两个相同的钢球进行碰撞实验。对船来说，两个球以相同的速度相互碰撞。根据假设(3)，船上的人看到的是上面提到的那种最简单的碰撞。碰撞后(对船而言)，两个球将保持碰撞前的速度，并被弹开。这一过程将导致两个球以不同的速度(V+U)和(V-U)相互碰撞。碰撞后，两个球的速度将分别变为(V-U)和(V+U)。因此，可以得出这样的结论:在两个相同的球以不同的速度相互碰撞后，它们将相互交换速度。惠更斯还指出，这种情况的一个特殊情况是:静止的球与质量相同的运动球碰撞后，后者立即停止，而原来静止的球获得了这一速度。

最常见的情况是两个质量不同、移动速度不同的刚性球向心碰撞。惠更斯从一个特殊情况开始，即两个球的速度V1和V2与它们的质量M1和M2成反比，并再次使用假设(3)来获得最一般情况下碰撞后的速度。

特别值得指出的是，惠更斯在碰撞过程的研究中获得了许多重要的力学运动原理。他认为:“两个物体在碰撞中的运动量可以增加或减少，但是如果减去相反方向的运动量，它们在相同方向上的值之和保持不变。”他还指出:“在碰撞前后，两个、三个或任何数量的物体的共同重心总是在同一方向上匀速直线运动。”这是动量守恒定律的完美表达。惠更斯不仅看到了动量值的变化，还强调了方向的问题。事实上，他在物理学中引入了适量的概念，从而为牛顿运动定律的形成和适量力学的建立准备了概念。这是物理学的一大进步。在另一个定理中，惠更斯认为:“在两个物体的碰撞中，碰撞前后它们质量的乘积和它们速度的平方之和保持不变。”这是在完全弹性碰撞中机械能守恒定律的具体表达，后来在很长一段时间里被称为“能量守恒”。

碰撞问题的研究和动量守恒原理的发现为作用和反作用的建立创造了一定的条件，从而完成了伽利略以来建立力学系统的基础工作。

惠更斯的论文《碰撞下物体的运动》当时没有发表，手稿是在他1703年去世后才被发现的。

他的重要贡献包括:

(1)光波理论的建立，打破了当时流行的光粒子理论，提出了光波在介质中传播的惠更斯原理。

(2)1673年，他解决了物理摆的摆心问题，测量了重力加速度值，改进了摆钟，得到了离心力公式，并发明了千分尺。

(3)他首先发现了双折射光束的偏振，并用涨落的观点解释了这一现象。

(4)在天文学方面，他自己设计和制造的望远镜在1665年发现了土星的卫星土卫六，并观测到了土星的光环。

惠更斯的主要著作是《论光》，出版于1690年，共22卷。