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牛頓萬(wàn)有引力的故事
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牛頓萬(wàn)有引力的故事 1
任何兩個(gè)物體之間都存在相互吸引作用。物體之間的這種吸引作用普遍存在于宇宙萬(wàn)物之間，稱(chēng)為萬(wàn)有引力。
牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的原因很多，主要為以下幾點(diǎn)：首先是科學(xué)發(fā)展的要求。
在牛頓之前，有很多天文學(xué)家在對(duì)宇宙中的星星進(jìn)行觀察。
開(kāi)普勒對(duì)這些觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié)，得到開(kāi)普勒三定律：
(1)所有行星都繞太陽(yáng)做橢圓運(yùn)行，太陽(yáng)在所有橢圓的公共焦點(diǎn)上；
(2)行星的向徑在相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積；
(3)所有行星軌道半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等。
開(kāi)普勒三定律是不容置疑的，但為什么會(huì)這樣呢?是什么讓它們做加速不為零的運(yùn)動(dòng)?
牛頓經(jīng)過(guò)研究思考解決了這個(gè)問(wèn)題：物體之間存在萬(wàn)有引力。
當(dāng)然，他發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律是一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過(guò)程。
其次是個(gè)人原因。牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律，雖然是科學(xué)發(fā)展的要求，生產(chǎn)力發(fā)展的原因，但我們不能忽略牛頓本人的一些因素——聰明，勤于思考，擁有一定的知識(shí)量。
據(jù)《物理學(xué)史》記載，牛頓在發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的那一段時(shí)間，真正地廢寢忘食(每天魂不守舍，在食堂吃飯，飯碗在前，他在發(fā)呆。去食堂吃飯，卻走錯(cuò)了方向。一些老師在校園后的沙灘上散步時(shí)，看見(jiàn)了一些古怪的算式和符號(hào))。
1669年，他年僅26歲，就擔(dān)任了劍橋的數(shù)學(xué)教授，1672年當(dāng)選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。
英國(guó)皇家學(xué)會(huì)不是一般人能進(jìn)去的，那是科學(xué)研究中心，里面都是一流的科學(xué)家。
1666年，23歲的艾薩克·牛頓還是劍橋大學(xué)圣三一學(xué)院三年級(jí)的學(xué)生�？吹剿尊钠つw和金色的長(zhǎng)發(fā)，很多人以為他還是個(gè)孩子。他身體瘦小，沉默寡言，性格嚴(yán)肅，這使人們更加相信他還是個(gè)孩子。他那雙銳利的眼睛和整天寫(xiě)滿(mǎn)怒氣的表情更是拒人于千里之外。
黑死病席卷了倫敦，奪走了很多人的生命，那確實(shí)是段可怕的日子。
大學(xué)被迫關(guān)閉，像艾薩克·牛頓這樣熱衷于學(xué)術(shù)的人只好返回安全的鄉(xiāng)村，期待著席卷城市的病魔早日離去。
在鄉(xiāng)村的日子里，牛頓一直被這樣的問(wèn)題困惑：是什么力量驅(qū)使月球圍繞地球轉(zhuǎn)，地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)?為什么月球不會(huì)掉落到地球上?為什么地球不會(huì)掉落到太陽(yáng)上?
坐在姐姐的果園里，牛頓聽(tīng)到熟悉的聲音，“咚”的一聲，一只蘋(píng)果落到草地上。
他急忙轉(zhuǎn)頭觀察第二只蘋(píng)果落地。第二只蘋(píng)果從外伸的樹(shù)枝上落下，在地上反彈了一下，靜靜地躺在草地上。
蘋(píng)果落地雖沒(méi)有給牛頓提供答案，但卻激發(fā)這位年輕的科學(xué)家思考一個(gè)新問(wèn)題：蘋(píng)果會(huì)落地，而月球卻不會(huì)掉落到地球上，蘋(píng)果和月亮之間存在什么不同呢?
第二天早晨，天氣晴朗，牛頓看見(jiàn)小外甥正在玩小球。他手上拴著一條皮筋，皮筋的另一端系著小球。他先慢慢地?fù)u擺小球，然后越來(lái)越快，最后小球就徑直拋出。
牛頓猛地意識(shí)到月球和小球的運(yùn)動(dòng)極為相像。
兩種力量作用于小球，這兩種力量是向外的推動(dòng)力和皮筋的拉力。
同樣，也有兩種力量作用于月球，即月球運(yùn)行的“推動(dòng)力”和“重力”的拉力。
正是在重力作用下，蘋(píng)果才會(huì)落地。牛頓首次認(rèn)為，重力不僅僅是行星和恒星之間的作用力，有可能是普遍存在的吸引力，不但適用于碩大的天體之間，而且適用于各種體積的物體之間。
蘋(píng)果落地、雨滴降落和行星沿著軌道圍繞太陽(yáng)運(yùn)行都是萬(wàn)有引力作用的結(jié)果。人們普遍認(rèn)為，適用于地球的`自然定律與太空中的定律大相徑庭。
牛頓的萬(wàn)有引力定律沉重打擊了這一觀點(diǎn)，它告訴人們，支配自然和宇宙的法則是很簡(jiǎn)單的。牛頓推動(dòng)了引力定律的發(fā)展，指出萬(wàn)有引力不僅僅是星體的特征，也是所有物體的特征。作為所有最重要的科學(xué)定律之一，萬(wàn)有引力定律及其數(shù)學(xué)公式已成為整個(gè)物理學(xué)的基石。
當(dāng)時(shí)牛頓提出了萬(wàn)有引力理論，得出萬(wàn)有引力的公式，F(xiàn)=Gm1m2/r2。因?yàn)楣街械摹癎”數(shù)值實(shí)在太小了，直到1798年英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許利用著名的卡文迪許扭秤(即卡文迪許實(shí)驗(yàn))才較精確地測(cè)出了引力恒量的數(shù)值。萬(wàn)有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中首先提出的。
牛頓利用萬(wàn)有引力定律不僅說(shuō)明了行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且還指出木星、土星的衛(wèi)星圍繞行星也有同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。他認(rèn)為月球除了受到地球的引力外，還受到太陽(yáng)的引力，從而解釋了月球運(yùn)動(dòng)中早已發(fā)現(xiàn)的二均差、出差等。另外，他還解釋了彗星的運(yùn)動(dòng)軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象。
根據(jù)萬(wàn)有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬(wàn)有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運(yùn)動(dòng)建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，質(zhì)量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質(zhì)量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。
17世紀(jì)早期，人們已經(jīng)能夠區(qū)分很多力，比如摩擦力、重力、空氣阻力、電力和人力等。牛頓首次將這些看似不同的力準(zhǔn)確地歸結(jié)到萬(wàn)有引力概念里：蘋(píng)果落地，人有體重，月亮圍繞地球轉(zhuǎn)，所有這些現(xiàn)象都是由相同原因引起的。牛頓的萬(wàn)有引力定律簡(jiǎn)單易懂，涵蓋面廣。牛頓的萬(wàn)有引力概念是所有科學(xué)中最實(shí)用的概念之一。牛頓認(rèn)為萬(wàn)有引力是所有物質(zhì)的基本特征，這成為大部分物理科學(xué)的理論基石。
牛頓萬(wàn)有引力的故事 2
1666年的秋天，在英國(guó)北部林肯郡一個(gè)名叫烏爾斯索普的村莊里，發(fā)生了這樣一件"小事":一天傍晚，學(xué)習(xí)了一天的牛頓感到有些疲倦，他想休息一下，于是，信步來(lái)到自家的蘋(píng)果園里，坐在一棵蘋(píng)果樹(shù)下，欣賞著滿(mǎn)園的果實(shí).面對(duì)這美妙和諧的大自然，牛頓總是隱隱約約地感到，在神秘的自然界后面，一定有某種規(guī)律在支配著它的運(yùn)動(dòng)，可是這個(gè)規(guī)律是什么呢?蘋(píng)果的陣陣幽香，不知不覺(jué)又使牛頓沉浸于天體運(yùn)動(dòng)之謎的思考之中.。
一個(gè)蘋(píng)果從恰好樹(shù)上落下來(lái)。這時(shí)候，他忽然想到，為什么蘋(píng)果總是垂直落向地面呢?為什么蘋(píng)果不向外側(cè)或向上運(yùn)動(dòng)，而總是向著地球中心運(yùn)動(dòng)呢?無(wú)疑地，這是地球向下拉著它，有一個(gè)向下的拉力作用在物體上，而且這個(gè)向下的拉力總和必須指向地球中心，而不是指向地球的其他部分。所以蘋(píng)果總是垂直下落，或者總是朝向地球的.中心。蘋(píng)果向著地球，也可看成是地球向著蘋(píng)果，物體和物體之間是相互朝著對(duì)方運(yùn)動(dòng)的。物體之間的作用力必須正比于它們的質(zhì)量。
這個(gè)力，就是我們后來(lái)所稱(chēng)的萬(wàn)有引力。
牛頓萬(wàn)有引力的故事 3
牛頓二十三歲時(shí)，鼠疫流行于倫敦。劍橋大學(xué)為預(yù)防學(xué)生受傳染，通告學(xué)生休學(xué)回家避疫，學(xué)校暫時(shí)關(guān)閉。牛頓回到故鄉(xiāng)林肯郡鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下度過(guò)的休學(xué)日子里，他從沒(méi)間斷過(guò)學(xué)習(xí)和研究。萬(wàn)有引力、微積分、光的分析等發(fā)明的基礎(chǔ)工作，都是這個(gè)期間完成的。
那時(shí)，鄉(xiāng)下的孩子是常常用投石器打幾個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)之后，把石拋得很遠(yuǎn)。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉(zhuǎn)過(guò)，而牛奶不掉下來(lái)。
這些事實(shí)使他懷疑起來(lái)：“什么力量使投石器里面的石頭，以及水桶里的牛奶不掉下來(lái)呢？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他從浩瀚的宇宙太空，周行不息的行星，廣寒的月球，直至龐大的地球，進(jìn)而想到這些龐然大物之間力的相互作用。這時(shí)，牛頓一頭扎進(jìn)”引力“的計(jì)算和驗(yàn)證中了。牛頓計(jì)劃用這個(gè)原理驗(yàn)證太陽(yáng)系各行星的行動(dòng)規(guī)律。他首先推求月球距地球的距離，由于引用的資料數(shù)據(jù)不正確，計(jì)算的結(jié)果錯(cuò)了。因?yàn)橐览硗扑阍虑驀@地球轉(zhuǎn)，每分鐘的向心加速度應(yīng)是十六英尺，但據(jù)推算僅得十三點(diǎn)九英尺。在失敗的困境中，牛頓毫不灰心和氣餒，反而以更大的努力進(jìn)行辛勤地研究。整整經(jīng)過(guò)了七個(gè)春秋寒暑，到三十歲時(shí)終于把舉世聞名的”萬(wàn)有引力定律“全面證明出來(lái)，奠定了理論天文學(xué)、天體力學(xué)的基礎(chǔ)。
這時(shí)期牛頓還對(duì)光學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了顏色的'根源。一次，他在用自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體時(shí)，無(wú)論怎樣調(diào)整鏡片，視點(diǎn)總是不清楚。他想，這可能與光線(xiàn)的折光有關(guān)。接著就實(shí)驗(yàn)起來(lái)。他在暗室的窗戶(hù)上留一個(gè)小圓孔用來(lái)透光，在室內(nèi)窗孔后放一個(gè)三棱鏡，在三棱鏡后掛好白屏接受通過(guò)三棱鏡折進(jìn)的光。結(jié)果，大出意外，牛頓驚異地看到，白屏上所接受的折光呈橢圓形，兩端現(xiàn)出多彩的顏色來(lái)。對(duì)這個(gè)奇異的現(xiàn)象，牛頓進(jìn)行了深入的思考。得知光受折射后，太陽(yáng)的白光散為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色。因此，白光（陽(yáng)光）是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、 靛、紫七色光線(xiàn)匯合而成。自然界雨后天晴，陽(yáng)光經(jīng)過(guò)天空中余圍的雨滴的折射、反射，形成五彩繽紛的虹霓，正是這個(gè)道理。
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，牛頓指出世界萬(wàn)物所以有顏色，并非其自身有顏色。太陽(yáng)普照萬(wàn)物，各物體只吸收它所接受的顏色，而將它所不能接受的顏色反射出來(lái)。這反射出來(lái)的顏色就是人們見(jiàn)到的各種物體的顏色。這一學(xué)說(shuō)準(zhǔn)確地道出顏色的根源，世界上自古以來(lái)所出現(xiàn)的各種顏色學(xué)說(shuō)都被它所推翻。
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