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牛頓的引力故事

牛頓的引力故事

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牛頓的萬有引力的故事1任何兩個物體之間都存在相互吸引。這種物體之間的引力在宇宙萬物中是普遍存在的,這種引力叫做引力。

牛頓發現萬有引力的原因很多,主要有以下幾點:第壹,是科學發展的要求。

在牛頓之前,許多天文學家都在觀察宇宙中的恒星。

開普勒對這些觀測結果進行了分析和總結,得出了開普勒三定律:

(1)所有行星都以橢圓的形式圍繞太陽運行,太陽在所有橢圓的共同焦點上;

(2)行星的徑向在相同的時間內掃過相同的區域;

(3)所有行星的半長軸的立方與公轉周期的平方之比相等。

開普勒三定律毋庸置疑,但為什麽呢?是什麽讓他們做非零加速度?

牛頓通過研究和思考解決了這個問題:物體之間存在萬有引力。

當然,他發現萬有引力定律是壹個漫長而曲折的過程。

第二是個人原因。牛頓發現萬有引力定律是科學發展的要求,是生產力發展的原因,但我們不能忽視牛頓本人的壹些因素——聰明、思維勤奮、有壹定的知識量。

根據物理學史,牛頓發現萬有引力定律的時候,真的是廢寢忘食(每天迷迷糊糊,在食堂吃飯,飯碗在前面。去食堂吃飯,卻走錯了方向。壹些老師在校園後面的沙灘上散步時看到了壹些奇怪的公式和符號。

1669年,年僅26歲的他成為劍橋大學的數學教授,1672年當選為皇家學會會員。

皇家學會不是普通人能接觸到的。這是壹個充滿壹流科學家的科研中心。

1666,23歲的艾薩克·牛頓是劍橋大學三壹學院的三年級學生。看到他白皙的皮膚和長長的金發,許多人以為他還是個孩子。他瘦瘦的,沈默寡言,壹本正經,讓人相信他還是個孩子。他淩厲的眼神和整天憤怒的表情讓人敬而遠之。

黑死病席卷倫敦,奪走了許多人的生命。這真是糟糕的壹天。

大學被迫關閉,像艾薩克·牛頓這樣熱衷於學習的人不得不回到安全的鄉村,期待席卷城市的疾病早日離開。

在鄉下,牛頓總是被這樣壹個問題所困擾:是什麽驅使月亮繞著地球轉,地球繞著太陽轉?月球為什麽不會落到地球上?地球為什麽不落向太陽?

坐在姐姐的果園裏,牛頓聽到壹個熟悉的聲音,壹個蘋果砰的壹聲掉在了草地上。

他迅速轉過身去看第二個蘋果掉到地上。第二個蘋果從伸出的樹枝上掉下來,彈在地上,靜靜地躺在草地上。

雖然蘋果落地並沒有給牛頓提供答案,但卻啟發了這位年輕的科學家思考壹個新的問題:蘋果會落地,但月球不會落地。蘋果和月亮的區別是什麽?

第二天早上,陽光明媚,牛頓看到他的小侄子在玩球。他的手上綁著壹根橡皮筋,橡皮筋的另壹端綁著壹個球。他先慢慢地揮著球,然後越來越快,最後球被直直地扔了出去。

牛頓突然意識到月亮和球的運動非常相似。

有兩個力作用在球上,壹個是向外的驅動力,壹個是橡皮筋的張力。

同樣,作用在月球上的也有兩種力,即月球運行的“驅動力”和“引力”。

正是在重力的作用下,蘋果才會落到地上。牛頓第壹次認為引力不僅是行星和恒星之間的力,而且是壹種普遍的吸引力,不僅適用於巨大的天體,也適用於各種體積的物體。

蘋果落下,雨滴落下,行星繞著太陽轉,都是萬有引力的結果。人們普遍認為,適用於地球的自然法則與適用於太空的法則截然不同。

牛頓的萬有引力定律給了這種觀點沈重的壹擊,告訴人們支配自然和宇宙的規律非常簡單。牛頓推動了萬有引力定律的發展,指出萬有引力不僅是恒星的特性,也是所有物體的特性。作為最重要的科學定律之壹,萬有引力定律及其數學公式已經成為整個物理學的基石。

當時牛頓提出萬有引力理論,得到萬有引力公式,F=Gm1m2/r2。由於公式中“G”的值太小,直到1798年,英國物理學家卡文迪許才利用著名的卡文迪許扭秤(即卡文迪許實驗)準確地測出了引力常數的值。萬有引力定律最早是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》壹書中提出的。

牛頓用萬有引力定律不僅解釋了行星運動定律,還指出木星和土星的衛星也有同樣的繞行星運動定律。他認為月球不僅受到地球引力的吸引,還受到太陽引力的吸引,從而解釋了早就在月球運動中發現的二平均差和商旅。此外,他還解釋了彗星的軌道和地球上的潮汐現象。

海王星是根據萬有引力定律成功預測和發現的。萬有引力定律出現後,對天體運動的研究正式建立在力學理論的基礎上,從而創立了天體力學。簡單來說,質量越大,引力越大,地球質量產生的引力足以容納地球上的壹切。

在17世紀早期,人們已經能夠區分許多力,如摩擦力、重力、空氣阻力、電和人力。牛頓第壹次把這些看似不同的力準確地歸結為萬有引力的概念:蘋果落地,人有重量,月亮繞地球轉,都是同壹個原因造成的。牛頓萬有引力定律通俗易懂,涵蓋範圍廣。牛頓的引力概念是所有科學中最實用的概念之壹。牛頓認為引力是所有物質的基本特征,這成為大多數物理科學的理論基石。

2 1666年的秋天,在英格蘭北部林肯郡壹個名叫烏爾斯·索普的村莊裏,發生了這樣壹件“小事”:壹天傍晚,牛頓在學習了壹天後感到有些疲憊,他想休息壹下,於是他漫步走進自己的蘋果園,坐在壹棵蘋果樹下,享受著花園的果實。面對這美妙和諧的大自然,牛頓總是。蘋果的香味使牛頓不知不覺地沈浸在天體運動的神秘之中。

壹個蘋果從樹上掉了下來。這時,他突然想到,為什麽蘋果總是垂直落地?為什麽蘋果不是向外或向上運動,而是壹直向地心運動?毫無疑問,這是地球把它往下拉,有壹個向下的拉力作用在物體上,而這個向下的拉力之和壹定指向地球的中心,而不是地球的其他地方。所以蘋果總是垂直落下,或者總是面向地心。蘋果正對著地球,也可以看出地球正對著蘋果。物體相互靠近。物體之間的力壹定與它們的質量成正比。

這個力就是我們後來所說的引力。

牛頓引力的故事3牛頓二十三歲時,倫敦瘟疫流行。為了防止學生被感染,劍橋大學通知學生離校回家躲避疫情,學校暫時關閉。牛頓回到了他的家鄉林肯郡。在鄉下不上學的日子裏,他從未停止過學習和研究。重力、微積分、光分析等發明的基礎工作都是在這個時期完成的。

那時候農村的孩子經常用投石器打幾個回合,然後把石頭扔到很遠的地方。他們還可以把壹桶牛奶舉過頭頂,而牛奶不會掉下來。

這些事實讓他起了疑心:“是什麽力量讓彈弓裏的石頭和桶裏的牛奶不掉下來?”對於這個問題,他曾經想到開普勒和伽利略的思想。他從浩瀚的太空,壹望無際的行星,冰冷的月球到巨大的地球,然後想到了這些巨人之間的相互作用。這時,牛頓壹頭紮進了“萬有引力”的計算和驗證中。牛頓計劃用這個原理來驗證太陽系中行星的作用規律。他首先推導了月球和地球之間的距離,但由於引用的數據不正確,計算結果是錯誤的。因為根據理論,月球的向心加速度應該是每分鐘16英尺,但實際上只有13.9英尺。在失敗的困境中,牛頓沒有灰心喪氣。相反,他以更大的努力努力學習。歷經七年寒暑,30歲的他終於全面證明了舉世聞名的“萬有引力定律”,奠定了理論天文學和天體力學的基礎。

在此期間,牛頓還研究了光學,發現了顏色的起源。有壹次,他用自制的望遠鏡觀察天體,無論怎麽調鏡頭,視點總是不清晰。他認為這可能與光的折射有關。然後實驗開始了。他在暗室窗戶上留了壹個小圓孔透光,在室內窗孔後面放了壹個棱鏡,棱鏡後面掛了壹個白屏,接收通過棱鏡折疊的光線。結果讓他大為吃驚的是,牛頓驚訝地發現,在白色屏幕上接收到的折射是橢圓形的,兩端出現了五彩繽紛的顏色。牛頓對這個奇怪的現象進行了深入的思考。知道光是折射的,太陽的白光就被散射成七種顏色:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。所以白光(太陽光)是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光組成的。正是因為這個原因,雨後的大自然陽光明媚,陽光被天空周圍的雨滴折射反射,形成五彩繽紛的彩虹。

牛頓進壹步研究後指出,世間萬物都有顏色,而不是它本身。陽光普照萬物,每個物體只吸收它接受的顏色,反射它不能接受的顏色。這種反射的顏色就是人們看到的各種物體的顏色。這個理論準確地揭示了顏色的起源,世界上從古至今出現的各種顏色理論都被它推翻了。