谈惠更斯的研究

钟摆的研究与应用

钟摆的研究是惠更斯物理学中最杰出的工作。

几个世纪以来，时间测量一直是人类面临的一个难题。在那个时候，计时装置，如太阳计和沙漏，原则上不能保持精确。直到伽利略发现了钟摆的等时性，惠更斯将钟摆应用于计时器，人类才进入了计时的新时代。

当时，惠更斯的兴趣集中在天体的观测上。在实验中，他深刻认识到精确计时的重要性，因此他致力于精确计时的研究。伽利略曾证明单摆的运动类似于物体在光滑斜坡上的滑动，运动状态与其位置有关。惠更斯进一步证实了钟摆振动的等时性，并将其应用于计时器，制造了世界上第一个计时钟摆。这个摆钟是由不同大小和形状的齿轮组成的。它使用重锤作为单摆的钟摆。因为钟摆可以调节，所以计时更准确。惠更斯在他后来关于钟摆的著作中详细介绍了钟摆自鸣钟的制作过程，还分析了钟摆的摆动过程和特点，并首次引入了“摆动中心”的概念。他指出，当任何形状的物体在重力的作用下绕水平轴摆动时，其质量可被视为集中在连接悬点和重心的直线上的某一点，从而将复杂物体的摆动简化为简单的单摆运动。

惠更斯在他的钟摆理论中也给出了他关于所谓“离心力”的基本命题。他提出，在圆周上运动的物体有飞离中心的趋势，它对中心施加的离心力与速度的平方成正比，与运动半径成反比。这也是他对伽利略摇摆理论的扩展。

在研制钟摆时，惠更斯进一步研究了钟摆的运动。他制作了第二个钟摆(周期为2秒的钟摆)，并推导出钟摆的运动公式。当钟摆长度精确到3.0565英尺时，他计算出重力加速度为9.8米/秒2。该值与我们现在使用的值完全相同。

后来，惠更斯和胡克还发现了螺旋弹簧丝的等时振荡，这为现代游丝怀表和手表的发明创造了条件。

在漫长的古代和中世纪，哲学家和自然科学家只关心这个问题。到17世纪，科学家们通过出色的实验工作研究了光学现象，奠定了现代物理学的基础。在此期间，有一场关于光的本质的讨论。

惠更斯在巴黎工作期间致力于光学研究。1678年，他在法国科学院的一次演讲中公开反叛。

他说如果光是微粒，光在穿越时会因碰撞而改变方向。然而，当时人们并没有发现这种现象，用粒子理论来解释折射现象会得到与现实相矛盾的结果。因此，惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正式提出了光涨落理论。

著名的惠更斯原理建立了。根据这一原理，他推下了光的反射和折射定律，令人满意地解释了光速在光密介质中降低的原因，也解释了光进入冰洲石所引起的双折射，认为这是由于冰洲石分子粒子的椭圆度。

惠更斯原理是现代光学的重要基础理论。然而，虽然它能预测光的衍射现象的存在，但它不能解释这些现象，即它能确定光波的传播方向，但不能确定振动在不同方向上传播的幅度。因此，惠更斯原理是对光学现象的近似理解。直到后来，菲涅尔发展和补充了惠更斯的光学理论，并建立了“惠更斯-菲涅尔原理”，以更好地解释衍射现象，完成所有的光涨落理论。