牛顿 万有引力

http://blog.gmw.cn/u/1534/archives/2009/67467.html


李冬雪的blog


我是李冬雪

时 间 记 忆
>> 日 一 二 三 四 五 六
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30

最 新 评 论
Re:我的研究之路
Re:培养科学的精神
Re:培养科学的精神
Re:《牛顿是骗子吗》这篇文章在混淆
Re:运动电荷不守恒
Re:从李小龙的武术哲学看知行合一的
Re:从李小龙的武术哲学看知行合一的

专 题 分 类
首页 相册 标签

最 新 日 志
我的研究之路
培养科学的精神
《牛顿是骗子吗》这篇文章在混淆视听
运动电荷不守恒
从李小龙的武术哲学看知行合一的巨大力
学习的技术

最 新 留 言
签写留言

搜 索
日志标题 日志内容

用 户 登 录
用户名：
密　码：
　　　　记住密码
用户注册 忘记密码

友 情 链 接


博 客 信 息
详细信息站内订阅(0)加为好友发送短信日志:7评论:6留言:0访问:805








首页 相册 标签


《牛顿是骗子吗》这篇文章在混淆视听　
[ 2009/6/25 23:12:00 | By: 李肇东lzd123 ]

8
推荐如果胡克在牛顿之前就发现了万有引力，那他肯定没有提出确实的证据，万有引力的关键是“万有”，牛顿的贡献在于他认识到天上的星体和地上的石头及任何物体都遵循同一规律，这才叫万有，下面我给大家介绍一下牛顿，希望增加科普知识传播。也希望大家承认我是“运动电荷不守恒”和“磁场不存在”的发现者。

牛 顿

——伟大的物理学家、天文学家和数学家

经典力学体系的奠基人



艾萨克·牛顿（Isaac Newton, 1642-1727）生在伦敦近郊的林肯郡沃尔斯索普村一个农户家里，出生前父亲死于肺炎。他从小瘦弱，孤僻而倔强。三岁母亲改嫁，跟随外祖母生活。牛顿童年和少年在农村度过。幼年的牛顿在学校里没有表现出将来要成为伟人的迹象。他多病而腼腆，学习成绩不突出。

但牛顿很喜欢动手，八岁时自己积攒零钱买了锤、锯来做手工，他特别喜欢制日晷，利用圆盘上小棍的投影显示时刻，传说他家里墙角、窗台上到处都有他刻划的日晷，他还做了一个日晷放在村中央，被人称为“牛顿钟”，一直用到牛顿死后好几年。他还做过带踏板的自行车；用小木桶做过滴漏水钟；放过自做的带小灯笼的风筝；用小老鼠作动力做了磨坊的模型，等等。

他观察自然最生动的例子是他十五岁时做得一次实验：为了计算风力和风速，他选择狂风时做顺风跳跃和逆风跳跃，再量出两次跳跃的距离差。随着年龄的增长，牛顿越来越沉湎于读书；他十二岁进入格兰瑟姆文科中学，读了四年，中途曾因家贫辍学。他在格兰瑟姆读书时，曾寄住在格兰瑟姆镇的克拉克药店，这更培养了他科学实验的习惯，因为当时的药店就是一所化学实验室。

牛顿在自己的笔记中，将自然现象分类整理，包括颜色调配、时钟、天文、几何问题等等。这些灵活的学习方法，都为他后来的创造打下了良好的基础。

牛顿辍学的那段时间，在家务农，利用一切时间自学。放羊时，农闲时他都手不释卷，羊吃了别人的庄稼，他也不知道。他舅父是一个神父，有一次发现牛顿看的是数学，便支持他继续上学。1661年6月牛顿进入剑桥大学三一学院。作为领取补助金的“减费生”，他必须担负伺候某些富家子弟的任务。两年之后的1663年，三一学院创办卢卡斯自然科学讲座，由被称为“欧洲最优秀的学者”的巴罗（Isaac Barrow）教授担任第一任教授。巴罗教授对牛顿格外垂青，将牛顿引向了近代自然科学，尤其是数学和光学。1664年经巴罗考核，牛顿被选为他的助手。1665年牛顿大学毕业。

在1665-1666年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到沃尔斯索普村。在这段时间他始终进行着数学和力学研究，1665年建立了微分学；1666年5月建立了积分学；所谓的“苹果落地”的故事，据说就发生在这个时期。

1667年复活节前后，牛顿重返剑桥大学，当年秋天被选为选修课研究员。1668年3月被任命为主修课研究员，成为大学教师。巴罗为了牛顿的成长于1669年主动辞职，不久牛顿成为卢卡斯讲座教授。1670年他正式开课，讲授光学、数学和力学——传播他的最新科研成果。

1687年，牛顿出版了他的巨著《自然科学的数学原理》。1672年，牛顿制成了有重大改进的第二代反射望远镜，受到科学界和英国皇室的赞赏，被选为英国皇家学会会员。此后，牛顿曾担任造币厂督办、造币厂厂长、皇家学会会长等职。1726年，牛顿的《原理》第三版出版，这是他最后的科学活动。

1727年3月20日深夜，艾萨克·牛顿与世长辞，终年84岁。

牛顿对自然科学的兴趣和贡献非常广泛，其主要贡献在力学、数学和光学三个方面，对热学和化学也做过一些有益的工作。在力学方面，牛顿发现三个运动定律和万有引力定律，提出绝对时空观，创立了经典力学体系。在数学方面，牛顿创立了微积分学，建立了牛顿二项式定理，提出了无穷级数的计算法等。在光学方面，牛顿倡导光的微粒说，成功地解释了光的直进和光的反射、折射定律，他对光的色散现象的研究成果成为现代光谱学的基础。牛顿的一生是一位科学家的一生，而且是一位具有代表性的机械唯物论的伟大科学家的一生。由于牛顿对物理学乃至整个自然科学所做的光辉卓著的贡献，使他在近代科学界和人们心中享有极其崇高的声誉。他确实是当之无愧的“一代科学巨人”。

牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开的。他的助手H．牛顿说过：“他很少在两、三点前睡觉，有时一直工作到五、六点。春天和秋天经常五六个星期住在实验室，直到完成实验。”他有一种长期坚持不懈集中精力透彻解决某一问题的习惯。他洞察事物的诀窍是“不断地沉思”。对此有许多故事流传：年幼时，他曾一面牵牛上山，一面看书，到家后才发现手里只有一根绳子。看书时定时煮鸡蛋，结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里。

有一次，他请朋友到家中吃饭，自己却在实验室废寝忘食地工作，再三催促仍不出来。当朋友把一只鸡吃完，留下一堆骨头在盘中走了以后，牛顿才想起这件事，可他看到盘中的骨头后又恍然大悟地说：“我还以为没有吃饭，原来我早已吃过了。”

以下简述牛顿的几项成就：

一、牛顿的数学成就

随着自然科学研究提出的许多新的问题，十七世纪后，原有的几何和代数已解决不了当时的新问题。例如：如何求出物体瞬时速度与加速度？如何求曲线的切线及曲线长度（行星路程）、矢径扫过的面积、极大值极小值（如近日点、远日点、最大射程等）、体积、重心、引力等等。尽管牛顿以前已有对数、解析几何、无穷级数等成就，但还不能圆满和普遍解决这些问题。当时笛卡尔的《几何学》和瓦里斯的《无穷算术》对牛顿的影响最大。

牛顿将古希腊以来求解无穷小问题的种种特殊方法统一为两类算法：正流数术（微分）和反流数术（积分），反映在1669年的《运用无限多项方程》、1671年的《流数术与无穷级数》、1676年的《曲线求积术》三篇论文和《原理》一书，以及被保存下来的1666年10月他的一篇手稿《论流数》中。所谓“流量”就是随时间变化而变化的自变量如x、y、s、u等，“流数”就是流量的改变速度即变化率，写作等。他说的“差率”“变率”等。就是微分，与此同时，他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿还发现了其他无穷级数，并用来计算面积、积分解方程等等。1684年莱布尼茨从对曲线的切线研究中引入了dy/dx和拉长的S作为微积分符号，从此牛顿创立的微积分学迅速推广。

微积分的出现，成为数学中除几何和代数以外的另一重要分支——数学分析（牛顿称之为“借助无限多项方程的分析”），并进一步迅速发展为微分几何、微分方程、变分法等等，这些又反过来促进了理论物理学的发展。例如瑞士的J.伯努利曾征求最速降落曲线的解答，这是变分法的最初始问题，半年以后全欧洲数学家无人能解答。1697年，牛顿偶然听说此事的当天晚上一举解出，并匿名刊登在《哲学学报》上。伯努利惊异地说：“从这锋利的爪中我认出了雄狮。”

二、牛顿的光学成就

牛顿的《光学》是他的另一本科学经典著作（1704年）。该书的副标题是“关于光的反射、折射、拐折和颜色的论文”，集中的反映了他的光学成就。

第一篇是几何光学和颜色理论（棱镜光谱实验）。从1663年起，他开始磨制透镜和制作望远镜。他在送交皇家学会的信中报告说：“我在1666年初做了一个三角形的玻璃棱镜，以便试验那著名的颜色现象。为此，我弄暗我的房间……”接着详细叙述了他开小孔、引阳光进行的棱镜色散实验。关于光的颜色理论从亚里士多德到笛卡尔都认为白光纯洁均匀，乃是光的本色，色光乃是白光的变种。

牛顿细致地注意到阳光不是像过去人们所说的五色而是在红、黄、绿、蓝、紫色之间还有橙、靛青等中间色共七色。奇怪的是还有棱镜分光后形成的不是圆形而是长条椭圆形，接着他又试验“玻璃的不同厚度部分”“不同大小的窗孔”“将棱镜放在外边”再通过孔、“玻璃的不平和偶然不规则”等的影响；用两个棱镜正倒放置以“消除第一棱镜的效应”；取“来自太阳不同部分的光线，看其不同的入射方向会产生什么样的影响”；并“计算各色光线的折射率”，“观察光线经棱镜后会不会沿曲线运动”；最后才做了“判决性试验”：在棱镜所成的彩色带中通过屏幕上的小孔取出单色光，再投射到第二棱镜后，得出该色光的折射率（当时叫“折射程度”）。这样就得出“白光本身是由不同的各种彩色光所组成的非均匀的混合体”。这个惊人的结论推翻了前人的学说，是牛顿细致观察和反复试验与思考的结果。

在研究这个问题的过程中，牛顿还肯定：不管是伽利略望远镜（一个凸透镜一个凹透镜）还是开普勒望远镜（两个凸透镜），其结构本身都无法避免物镜色散引起的色差。他发现经过仔细研磨后的金属反射镜面作为物镜可放大30-40倍。1671年他将此镜送英国皇家学会保存，至今的巨型天文望远镜仍用牛顿式的基本结构。牛顿磨制及抛光精密光学镜面的方法，至今仍是工厂光学加工的主要手段。

第二篇描述了光照射到叠放的凸透镜和平面玻璃上的“牛顿环”现象的各种实验。除了产生环的原因没有涉及外，他做了现代实验所能想到的一切实验，并做了精确测量。他把干涉现象解释为光行进中的“突发”或“切合”，即周期性的时而突然“易于反射”，时而“易于透射”。他甚至测出这种等间隔的大小，如黄橙色之间有一种色光的突发间隔为1／89000英寸（即现今2854×10­­­-10m），正好与现代波长值5710×10­­­-10m相差一半！

第三篇是“拐折”（他认为光线被吸收）即衍射、双折射实验和他的31个疑问。这些衍射实验包括头发丝、刀片、尖劈形单缝形成的单色窄光束“光带”（今称衍射图样）等10多个实验。牛顿已经走到了重大发现的大门口却失之交臂，他的31个疑问极具启发性，说明牛顿在实验事实和物理思想成熟前并不先作绝对的肯定。牛顿在《光学》一、二篇中视光为物质流，即由光源发出的速度、大小不同的一群粒子，他假设在双折射中这些光粒子有方向性且各向异性。由于当时波动说还解释不了光的直进，他倾向于粒子说，但他认为粒子与波都是假定。他甚至认为以太的存在也是没有根据的。

在流体力学方面，牛顿指出粘性阻力与剪切率成正比，这种阻力与液体各部分之间的分离速度成正比，符合这种规律的（如空气与水）称为牛顿流体。

在热学方面，牛顿的冷却定律为：当物体表面与周围形成温差时，单位时间单位面积上散失的热量与这一温差成正比。

在声学方面，他指出声速与大气压强平方根成正比，与密度平方根成反比。他原来把声传播作为等温过程对待，后来拉普拉斯（P.S.Laplace）纠正为绝热过程。

三、万有引力定律的提出

牛顿是在1664-1666年开始研究引力问题的。他深知研究引力问题的难度。因此，不露声色地克服了一切困难，尤其是数学上的困难，当1684年引力问题还在学术界议论纷纷时，牛顿的引力理论却瓜熟蒂落了。

1.引力平方反比律的发现

牛顿在1664年-1665年写的《流水账本》（Waste Book）的手稿中，讨论了圆周运动的动力学，引进了“离心力”的概念，讨论了“离心力”大小的因素，并结合开普勒第三定律得出了离心力与半径的平方成反比的定律。他写到：“当物体以速度V在半径为R的圆周上运动时的离心力（Centrifugal force）等于作用在一个从静止开始沿一直线运动的相同的物体上的力时，在圆周上运动的物体通过距离为R的时间内，在直线上运动的物体将通过R的距离。”对此我们可以做如下的演算：设离心力为F，从静止开始在直线上运动的物体，在力F的作用下，加速度为F／m；在R／V的时间内所经过的距离为：
可得：

在1699年前的一份手稿《论圆运动》中，牛顿也讨论了离心力。他推论：“在不同半径的圆上，运动物体的离心力正比于直径除以周期的平方。”

牛顿在这篇文章中还指出：“由于行星运行周期的平方同它们到太阳的距离的立方成正比，所以行星退离太阳的离心力与行星到太阳的距离的平方成反比。牛顿在在这里虽没叙述他的推导过程，但是有了他的离心力公式和开普勒第三定律，则很容易从圆运动得出：

常数 即
2.椭圆运动的平方反比律的确立

1666年牛顿在沃尔斯索普村家里，对引力定律进行了第一次检验失败后，第二年春天他回到剑桥大学，结束了他的动力学创造工作的第一个时期。从1667年到1669年，这方面的工作几乎完全中断。1679年当哈雷与雷恩证明了作用于行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比后，于这年10月24日，胡克在给牛顿的信中提出了引力反比于距离的平方的猜想，并问道：如果是这样，行星的轨道将是什么形状？胡克给牛顿的信重新激起了牛顿对动力学的兴趣，使牛顿把注意力转移到椭圆运动问题。

1684年1月，雷恩、哈雷和胡克在伦敦讨论行星运动的轨道问题，胡克说他已通晓，但拿不出计算结果。于是牛顿的好友哈雷专程去剑桥请教牛顿，牛顿说他已经计算过了，行星绕日轨道是个椭圆，但手稿压置多年一时找不到，并应允重新计算，约期三个月交稿。哈雷按约期再度访剑桥，牛顿又提出一份手稿《论运动》。在此基础上，在1684年8-10月间牛顿写了一本小册子《论球体在液体中的运动》，给向心力下了明确的定义，并再一次证明了向心力定律。他还根据开普勒面积定律和几何关系，证明了椭圆上运动的物体指向椭圆焦点的向心力与物体到焦点的距离的平方成反比。

更重要的是，他在该文中首次提出了引力的“万有性”或“普适性”。以前他只考虑太阳对行星的引力。照此理论，行星绕太阳的运动是严格的椭圆。他根据太阳相对太阳系质心的位移，发现向心力并不总是指向系统的重心。因此，牛顿认为“这些行星既不是严格的椭圆运动，也不会在同一轨道上绕行两次。”“每个行星的轨道依赖于所有行星的联合运动以及它们之间的相互作用”。

也就是说牛顿发现，行星的轨道说明它们不光是受到太阳的引力，它们之间也相互影响。这就意味着，引力不仅是太阳的本性，同样也是行星的属性。到1685年牛顿进一步在《原理》中写道：“依次定律一切物体必定互相吸引”，这就是万有引力了。

这篇文章讨论物体在有阻力的介质中运动时，牛顿首次提出了质量概念，还把质量和重量加以区别。为了研究引力与质量的关系，通过分析外力作用于物体产生的运动得出“加速力等于质量乘加速度”的规律。

3.万有引力定律的确立

在《论运动》和《论球体在液体中运动》的基础上，牛顿于1684年底开始了《原理》的写作。1685年完成了球体引力理论，以卓越的探索精神和严谨的科学态度解决了求解球体引力的问题。证明对于密度对球心对称分布的物质所组成球体，吸引它外边物体时就好像它的全部质量都集中在它的中心一样。有了这一有效地证明，就能在引力研究中把太阳、行星、卫星都看作只有质量而没有大小和形状的点（质点）。

牛顿在《原理》第三篇《论宇宙系统》的命题7中，精辟地表述了万有引力定律：“一切物体所具有的引力正比于它们各自所包含的物质的量，与距离的平方成反比。”如果我们用及分别表示二物体的质量，R表示二者之间的距离，则引力F为
这就是万有引力定律的数学表示式，式中G是引力常数。

万有引力定律的发现揭示了引力的普适性。牛顿在《原理》中提到物体的普遍属性时写到：“如果依靠实验和天文观察，普遍发现地发现地球周围的所有物体被吸向地球，而且这种吸引正比于这些物体各自所含的物质之量；月球同样也按其物质之量被地球所吸引。另一方面，我们的海洋又被月球所吸引；所有的行星相互吸引；而且彗星也以同样方式被太阳所吸引。那么根据这条法则，我们必须普遍承认，所有物体都天然具有相互吸引的本性。

在牛顿之前，无论是东方还是西方，天与地的区别是根深蒂固的。没有任何一项成果能说明天上运动与地上运动服从相同的规律。牛顿的引力定律体现了天上运动与地上运动的统一性，他把开普勒的行星运动和伽利略的落体与抛体运动统一起来，从而把天体运动纳入到根据地面上的实验得出的力学原理之中。这是物理学史上第一次伟大的综合，也是人类认识史上一次巨大飞跃。

我们应当注意到，万有引力定律并不是当时就为人们普遍承认，而是在其后100多年的时间里，由于不断被科学实践所证实，才逐渐得到普遍承认的。牛顿的朋友哈雷就根据牛顿的万有引力定律同样适用于彗星的论断，对1682年出现的大彗星（后来被命名为哈雷彗星）的轨道进行计算，预言这颗彗星大约以76年为运转周期，将于1758年再次出现。1743年法国数学家克雷罗将此计算加上木星、土星的干扰因素指出：哈雷彗星将出现于1759年4月。果然，这一大彗星于1759年又以它绚丽的姿态辉映于夜空，它经过近日点的日期与预算日期仅差一个月。两百年后，牛顿的理论被另一位伟大的物理学家爱因斯坦的广义相对论所修正。




阅读全文(97) | 回复(1) |反映问题 | 引用通告(0) | 编辑



标签：牛顿 万有引力
上一篇：运动电荷不守恒
此文章被以下用户所推荐：
杨英法
yostxie
pdd45966
吴越论春秋
lizesheng1218
侯振宇
刘文进

Re:《牛顿是骗子吗》这篇文章在混淆视听
[ 2009/6/26 1:57:00 | By: 杨英法 ]

伟大。中国出这么一个人，就好了。

个人主页 | 引用 | 返回 | 删除 | 回复



发表评论：
昵称：
密码： (游客无须输入密码)
主页：
标题：