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1、故事
少年时代的牛顿发现苹果落地。牛顿,1642年12月25日生于英国林肯郡伍尔索普村的一个农民家庭。12岁他在格兰撒姆的公立学校读书时,就表现了对实验和机械发明的浓厚兴趣,自己动手制作了水钟、风磨和日晷等。苹果落地引起他的注意是偶然的。一个炎热的中午,小牛顿在他母亲的农场里休息,正在这时,一个熟透了的苹果落下来,这个苹果不偏不倚,正好打在牛顿头上。牛顿想:苹果为什么不向上跑而向下落呢?他问他的妈妈,他妈妈也不能解释。大凡科学家都保留一颗童心,牛顿更不例外,当他长大成了物理学家后,他联想到了少年的“苹果落地”故事,可能是地球某种力量吸引了苹果掉下来。于是,牛顿发现了万有引力。
2、人物简介
艾萨克·牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。
他在1687年发表的论文《自然定律》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律;为太阳中心说提供了强有力的理论支持,并推动了科学革命。
3、成就
提出万有引力定律、牛顿运动定律
与莱布尼茨共同发明微积分
发明反射式望远镜和光的色散原理
被誉为“近代物理学之父”
1665至1667年间,牛顿已在思考引力的问题。一天傍晚,他坐在苹果树下乘凉,一个苹果从树上掉了下来。他忽然想到:为什么苹果只向地面落,而不向天上飞呢?他分析了哥白尼的日心说和开普勒的三定律,进而思考:行星为何绕着太阳而不脱离?行星速度为何距太阳近就快,远就慢?离太阳越远的行星,为何运行周期就越长?牛顿认为它们的根本原因是太阳具有巨大无比的吸引力。
经过一系列的实验、观测和演算,牛顿发现太阳的引力与它巨大的质量密切相关。牛顿进而揭示了宇宙的普遍规律:凡物体都有吸引力;质量越大,吸引力也越大;间距越大,吸引力就越小。这就是经典力学中著名的“万有引力定律”。
F: 两个物体之间的引力
G:万有引力常量
m1: 物体1的质量
m2: 物体2的质量
r: 两个物体之间的距离(大小)(r表示径向矢量)
依照国际单位制,F的单位为牛顿(N),m1和m2的单位为千克(kg),r 的单位为米(m),常数G近似地等于
G=6.67×10 N·m?/kg?(牛顿平方米每二次方千克)。
由此可知排斥力F一直都将不存在,这意味着净加速度的力是绝对的。(这个符号规约是为了与库仑定律相容而订立的,在库仑定律中绝对的力表示两个电子之间的作用力。)
扩展资料:
牛顿在推出万有引力定律时,没能得出引力常量G的具体值。G的数值于1789年由卡文迪许利用他所发明的扭秤得出。卡文迪许的扭秤试验,不仅以实践证明了万有引力定律,同时也让此定律有了更广泛的使用价值。
扭秤的基本原理是在一根刚性杆的两端连结相距一定高度的两个相同质量的重物,通过秤杆的中心用一扭丝悬挂起来。秤杆可以绕扭丝自由转动,当重力场不均匀时,两个质量所受的重力不平行。这个方向上的微小差别在两个质量上引起小的水平分力,并产生一个力矩使悬挂系统绕扭丝转动,直到与扭丝的扭矩平衡为止。
扭丝上的小镜将光线反射到记录相板上。当扭丝转动时,光线在相板上移动的距离标志着扭转角的大小。平衡位置与扭秤常数和重力位二次导数有关。在一个测点上至少观测3个方位,确定4个二次导数值,测量精度一般达几厄缶。
万有引力定律揭示了天体运动的规律,在天文学上和宇宙航行计算方面有着广泛的应用。它为实际的天文观测提供了一套计算方法,可以只凭少数观测资料,就能算出长周期运行的天体运动轨道,科学史上哈雷彗星、海王星、冥王星的发现,都是应用万有引力定律取得重大成就的例子。
利用万有引力公式,开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了月亮和太阳的万有引力引起的潮汐现象。他依据万有引力定律和其他力学定律,对地球两极呈扁平形状的原因和地轴复杂的运动,也成功的做了说明。推翻了古代人类认为的神之引力。
对文化发展有重大意义:使人们建立了有能力理解天地间的各种事物的信心,解放了人们的思想,在科学文化的发展史上起了积极的推动作用。
参考资料:
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