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物之間,稱為萬有引力,。
牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的原因很多,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。
開普勒對(duì)這些觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析總結(jié),,得到開普勒三定律:(1)所有行星都繞太陽做橢圓運(yùn)行,,太陽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)過研究思考解決了這個(gè)問題:物體之間存在萬有引力。
當(dāng)然,,他發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過程,。
其次是個(gè)人原因。牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律,,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)選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員,。
英國皇家學(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滿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)掉落到太陽上,?
坐在姐姐的果園里,,牛頓聽到熟悉的聲音,“咚”的一聲,,一只蘋果落到草地上,。
他急忙轉(zhuǎn)頭觀察第二只蘋果落地。第二只蘋果從外伸的樹枝上落下,,在地上反彈了一下,,靜靜地躺在草地上。
蘋果落地雖沒有給牛頓提供答案,,但卻激發(fā)這位年輕的科學(xué)家思考一個(gè)新問題:蘋果會(huì)落地,,而月球卻不會(huì)掉落到地球上,蘋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,。www.
蘋果落地,、雨滴降落和行星沿著軌道圍繞太陽運(yùn)行都是萬有引力作用的結(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)牛頓提出了萬有引力理論,,得出萬有引力的公式,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》一書中首先提出的,。
牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運(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)萬有引力定律成功地預(yù)言并發(fā)現(xiàn)了海王星,。萬有引力定律出現(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,,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)到萬有引力概念里:蘋果落地,,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,。牛頓的萬有引力定律簡(jiǎn)單易懂,涵蓋面廣,。牛頓的萬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,。 |