当前位置:
文档之家› 艾萨克·牛顿(IsaacNewton)是英国伟大的数学家、物理学
艾萨克·牛顿(IsaacNewton)是英国伟大的数学家、物理学
罗伯特·胡克(Robert Hooke,1635.7.18—1703.3.3)于1635年7月18日出 生于英格兰南部威特岛的弗雷施瓦特。父亲是当地的教区牧师。胡克从小体弱 多病,性格怪僻但却心灵手巧,酷爱摆弄机械,自制过木钟、可以开炮的小战 舰等。十岁时,胡克对机械学发生了强烈的兴趣,并为日后在实验物理学方面 的发展打下了良好的基础。1648年,胡克的父亲逝世后,家道中落。十三岁的 胡克被送到伦敦一个油画匠家里当学徒,后来作过教堂唱诗班的领唱,还当过 富豪的待从。在威斯特敏斯特学校校长的热心帮助下,胡克修完了中学课程。 1653年,胡克进入牛津大学里奥尔学院作为工读生学习。在这里,他结识了一 些颇有才华的科学界人士。这些人后来大都成为英国皇家学会的骨干。此时的 胡克热心于参加医生和学者活动小组,并且显露出独特的实验才能。1655年胡 克成为牛津大学威力斯(1621-1675年,英国医学家、脑及神经科专家)的助 手,还被推荐到玻意耳的实验室工作。由于他的实验才能,1662年被任命为皇 家学会的实验主持人,为每次聚会安排三、四个实验,1663年获硕士学位,同 年被选为皇家学会正式会员,又兼任了学会陈列室管理员和图书管理员。1665 年,胡克担任格列夏姆学院几何学、地质学教授,并从事天文观测工作。1666 年伦敦大火后,他担任测量员以及伦敦市政检查官,参加了伦敦重建工作。 1677年至1683年就任英国皇家学会秘书并负责出版会刊。学会的工作条件使他 在当时自然科学的前沿(如机械仪器改制、弹性、重力、光学,乃至生物、建 筑、化学、地质等方面)做出了自己的贡献。1676年,胡克发表了著名的弹性 定律。1703年3月3日,胡克逝世于伦敦,终年68岁。
万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》 一书中首先提出的。牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星 运动规律,而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样 的运动规律。他认为月球除了受到地球的引力外,还受到太 阳的引力,从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差 等。另外,他还解释了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象。 根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定 律出现后,才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础 上,从而创立了天体力学。 简单的说,质量越大的东西产生 的引力越大,这个力与两个物体的质量均成正比,与两个物体 间的距离平方成反比。地球的质量产生的引力足够把地球上 的东西全部抓牢。
艾萨克·牛顿(Isaac Newton)是英国伟大的数学家、 物理学家、天文学家和自然哲学家,其研究领域包括了物理 学、数学、天文学、神学、自然哲学和炼术。牛顿的主要贡 献有发明了微积分,发现了万有引力定律和经典力学,设计 并实际制造了第一架反射式望远镜等等,被誉为人类历史上 最伟大,最有影响力的科学家。为了纪念牛顿在经典力学方 面的杰出成就,“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。
万有引力是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的大小和物体的 质量以及两个物体之间的距离有关。物体的质量越大,它们之间的万有引力就越大;物体 之间的距离越远,它们之间的万有引力就越小。
两个可看作质点的物体之间的万有引力,可以用以下公式计算:F=GmM/r^2,即 万 有引力等于引力常量乘以两物体质量的乘积除以它们距离的平方。其中G代表引力常量, 其值约为6.67×10的负11次方单位 N·m2 /kg2。为英国科学家 卡文迪许通过扭秤实验测 得。
万有引力的推导:若将行星的轨道近似的看成圆形,从开普勒第二定律可得行星运动 的角速度是一定的,即:
ω=2π/T(周期) 如果行星的质量是m,离太阳的距离是r,周期是T,那么由运动方程式可得,行星受 到的力的作用大小为 mrω^2=mr(4π^2)/T^2 另外,由开普勒第三定律可得 r^3/T^2=常数k' 那么沿太阳方向的力为 mr(4π^2)/T^2=mk'(4π^2)/r^2 由作用力和反作用力的关系可知,太阳也受到以上相同大小的力。从太阳的角度看, (太阳的质量M)(k'')(4π^2)/r^2
胡心的吸引力或重力,这些天体不仅把它们 自己的部分吸向中心,以使这些部分不至于 从它们中飞离出去,而且还吸引着在它们活 动范围内的其他天体,正如我们看到的地球 那样。 这也为万有引力的发现铺好了路。
西元1543年哥白尼提出天体运行论,以太阳为诸行星的运转中心和地球自转来解释星象, 对人类以自我为中心的宇宙观作了一个革命性的改变。其后克卜勒分别在西元1609年提 出行星运行第一定律「运行的轨道为椭圆,太阳位在椭圆的一焦点上」及第二定律「等面 积定律;行星与太阳连线在相同的时间内,扫过的面积相同」及西元1619年提出的第三 定律「周期定律;行星周期T的平方正比於轨道平均距离的立方」这三个定律揭示出几个 问题: 1. 轨道可以是圆的,也可以是椭圆的,什麼样的作用方式,可以形成这样的轨道运 行呢? 2. 太阳处於椭圆一焦点上,显示行星是绕著太阳的,是什麼力量使它们绕著太阳转 呢? 3. 由周期与轨道半径的关系(周期平方正比於轨道半径三次方),这又意味著是什麼作 用的方式所形的呢?
牛顿的伟大,就是看出了月亮是一直朝著地球「掉落」的,道理就和苹果的掉落相 同。他推论月亮与苹果掉落的原因,都是由於地球重力在拉的结果。 掉落中的月球
牛顿又进一步发展他的想法。他比较了掉落中的苹果与掉落中的月亮,后来牛顿了 解到,如果月亮没有朝著地球掉落的话,它将会做直线运动,最后则会脱离绕地轨 道,所以他认为月亮正绕著地球而掉落(月球可是很认真的掉唷)。因此,月亮必定掉 落在那条没受到外力时应该会走的下方。牛顿大胆地假设,月球在重力的吸引下, 只是一个绕著地球转的抛体而已。至於月球的切线速度是怎麼来的,可能就是在宇 宙大霹雳、创世之时就决定了,而月球的切线速度大小将会决定它绕地球的轨道是 圆形、椭圆形、抛物线、双曲线或是撞上地球。
开普勒(1571-1630)是德国著名的天体物理学家, 提出了著名的行星运动三大定律。
行星运动定律的创立者约翰尼斯·开普勒于公元1571年出生在德国的威尔德斯达特镇,恰好 是哥白尼发表《天体运行论》后的第二十八年。哥白尼在这部伟大著作中提出了行星绕太 阳而不是绕地球运转的学说。开普勒就读于蒂宾根大学,1588年获得学士学位,三年后获 得硕士学位。当时大多数科学家拒不接受哥白尼的日心说。在蒂宾根大学学习期间,他听 到对日心学说所做的合乎逻辑的阐述,很快就相信了这一学说。”
第一定律: 所有太阳系中的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上 — —轨道定律 第二定律: 对于每一个行星而言,太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积 第三定律: 开普勒第三定律 是指绕以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星,其周期的平方与椭圆轨 道半长轴的立方之比是一个常量。