牛顿万有引力的故事

牛顿万有引力的故事

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  牛顿万有引力的故事 篇1

  任何两个物体之间都存在相互吸引作用。物体之间的这种吸引作用普遍存在于宇宙万物之间,称为万有引力。

  牛顿发现万有引力的原因很多,主要为以下几点:首先是科学发展的要求。

  在牛顿之前,有很多天文学家在对宇宙中的星星进行观察。

  开普勒对这些观测结果进行了分析总结,得到开普勒三定律:

  (1)所有行星都绕太阳做椭圆运行,太阳在所有椭圆的公共焦点上;

  (2)行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积;

  (3)所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。

  开普勒三定律是不容置疑的,但为什么会这样呢?是什么让它们做加速不为零的运动?

  牛顿经过研究思考解决了这个问题:物体之间存在万有引力。

  当然,他发现万有引力定律是一个漫长而曲折的过程。

  其次是个人原因。牛顿发现万有引力定律,虽然是科学发展的要求,生产力发展的原因,但我们不能忽略牛顿本人的一些因素——聪明,勤于思考,拥有一定的知识量。

  据《物理学史》记载,牛顿在发现万有引力定律的那一段时间,真正地废寝忘食(每天魂不守舍,在食堂吃饭,饭碗在前,他在发呆。去食堂吃饭,却走错了方向。一些老师在校园后的沙滩上散步时,看见了一些古怪的算式和符号)。

  1669年,他年仅26岁,就担任了剑桥的数学教授,1672年当选为英国皇家学会会员。

  英国皇家学会不是一般人能进去的,那是科学研究中心,里面都是一流的科学家。

  1666年,23岁的艾萨克·牛顿还是剑桥大学圣三一学院三年级的学生。看到他白皙的皮肤和金色的长发,很多人以为他还是个孩子。他身体瘦小,沉默寡言,性格严肃,这使人们更加相信他还是个孩子。他那双锐利的眼睛和整天写满怒气的表情更是拒人于千里之外。

  黑死病席卷了伦敦,夺走了很多人的生命,那确实是段可怕的日子。

  大学被迫关闭,像艾萨克·牛顿这样热衷于学术的人只好返回安全的乡村,期待着席卷城市的病魔早日离去。

  在乡村的日子里,牛顿一直被这样的问题困惑:是什么力量驱使月球围绕地球转,地球围绕太阳转?为什么月球不会掉落到地球上?为什么地球不会掉落到太阳上?

  坐在姐姐的果园里,牛顿听到熟悉的声音,“咚”的一声,一只苹果落到草地上。

  他急忙转头观察第二只苹果落地。第二只苹果从外伸的树枝上落下,在地上反弹了一下,静静地躺在草地上。

  苹果落地虽没有给牛顿提供答案,但却激发这位年轻的科学家思考一个新问题:苹果会落地,而月球却不会掉落到地球上,苹果和月亮之间存在什么不同呢?

  第二天早晨,天气晴朗,牛顿看见小外甥正在玩小球。他手上拴着一条皮筋,皮筋的另一端系着小球。他先慢慢地摇摆小球,然后越来越快,最后小球就径直抛出。

  牛顿猛地意识到月球和小球的运动极为相像。

  两种力量作用于小球,这两种力量是向外的推动力和皮筋的拉力。

  同样,也有两种力量作用于月球,即月球运行的“推动力”和“重力”的拉力。

  正是在重力作用下,苹果才会落地。牛顿首次认为,重力不仅仅是行星和恒星之间的作用力,有可能是普遍存在的吸引力,不但适用于硕大的天体之间,而且适用于各种体积的物体之间。

  苹果落地、雨滴降落和行星沿着轨道围绕太阳运行都是万有引力作用的结果。人们普遍认为,适用于地球的自然定律与太空中的定律大相径庭。

  牛顿的万有引力定律沉重打击了这一观点,它告诉人们,支配自然和宇宙的法则是很简单的。牛顿推动了引力定律的发展,指出万有引力不仅仅是星体的特征,也是所有物体的特征。作为所有最重要的科学定律之一,万有引力定律及其数学公式已成为整个物理学的基石。

  当时牛顿提出了万有引力理论,得出万有引力的公式,F=Gm1m2/r2。因为公式中的“G”数值实在太小了,直到1798年英国物理学家卡文迪许利用著名的卡文迪许扭秤(即卡文迪许实验)才较精确地测出了引力恒量的数值。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。简单地说,质量越大的东西产生的引力越大,地球的质量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。

  17世纪早期,人们已经能够区分很多力,比如摩擦力、重力、空气阻力、电力和人力等。牛顿首次将这些看似不同的力准确地归结到万有引力概念里:苹果落地,人有体重,月亮围绕地球转,所有这些现象都是由相同原因引起的。牛顿的万有引力定律简单易懂,涵盖面广。牛顿的万有引力概念是所有科学中最实用的概念之一。牛顿认为万有引力是所有物质的基本特征,这成为大部分物理科学的理论基石。

  牛顿万有引力的故事 篇2

  1666年的秋天,在英国北部林肯郡一个名叫乌尔斯索普的村庄里,发生了这样一件"小事":一天傍晚,学习了一天的牛顿感到有些疲倦,他想休息一下,于是,信步来到自家的苹果园里,坐在一棵苹果树下,欣赏着满园的果实.面对这美妙和谐的大自然,牛顿总是隐隐约约地感到,在神秘的自然界后面,一定有某种规律在支配着它的运动,可是这个规律是什么呢?苹果的阵阵幽香,不知不觉又使牛顿沉浸于天体运动之谜的思考之中.。

  一个苹果从恰好树上落下来。这时候,他忽然想到,为什么苹果总是垂直落向地面呢?为什么苹果不向外侧或向上运动,而总是向着地球中心运动呢?无疑地,这是地球向下拉着它,有一个向下的拉力作用在物体上,而且这个向下的`拉力总和必须指向地球中心,而不是指向地球的其他部分。所以苹果总是垂直下落,或者总是朝向地球的中心。苹果向着地球,也可看成是地球向着苹果,物体和物体之间是相互朝着对方运动的。物体之间的作用力必须正比于它们的质量。

  这个力,就是我们后来所称的万有引力。

  牛顿万有引力的故事 篇3

  牛顿二十三岁时,鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染,通告学生休学回家避疫,学校暂时关闭。牛顿回到故乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里,他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作,都是这个期间完成的。

  那时,乡下的孩子是常常用投石器打几个转转之后,把石抛得很远。他们还可以把一桶牛奶用力从头上转过,而牛奶不掉下来。

  这些事实使他怀疑起来:“什么力量使投石器里面的石头,以及水桶里的牛奶不掉下来呢?对于这个问题,他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他从浩瀚的宇宙太空,周行不息的行星,广寒的月球,直至庞大的地球,进而想到这些庞然大物之间力的相互作用。这时,牛顿一头扎进”引力“的计算和验证中了。牛顿计划用这个原理验证太阳系各行星的行动规律。他首先推求月球距地球的距离,由于引用的资料数据不正确,计算的结果错了。因为依理推算月球围绕地球转,每分钟的向心加速度应是十六英尺,但据推算仅得十三点九英尺。在失败的困境中,牛顿毫不灰心和气馁,反而以更大的努力进行辛勤地研究。整整经过了七个春秋寒暑,到三十岁时终于把举世闻名的”万有引力定律“全面证明出来,奠定了理论天文学、天体力学的基础。

  这时期牛顿还对光学进行了研究,发现了颜色的根源。一次,他在用自制望远镜观察天体时,无论怎样调整镜片,视点总是不清楚。他想,这可能与光线的折光有关。接着就实验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光,在室内窗孔后放一个三棱镜,在三棱镜后挂好白屏接受通过三棱镜折进的光。结果,大出意外,牛顿惊异地看到,白屏上所接受的折光呈椭圆形,两端现出多彩的颜色来。对这个奇异的现象,牛顿进行了深入的思考。得知光受折射后,太阳的白光散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。因此,白光(阳光)是由红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴,阳光经过天空中余围的雨滴的折射、反射,形成五彩缤纷的虹霓,正是这个道理。

  经过进一步研究,牛顿指出世界万物所以有颜色,并非其自身有颜色。太阳普照万物,各物体只吸收它所接受的颜色,而将它所不能接受的颜色反射出来。这反射出来的颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说准确地道出颜色的根源,世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推翻。

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