top-slice

Ньютон и гравитация

Ньютонова теория тяготения и законы движения не только изменили наше представление о Вселенной, но и помогли отправить человека в космос.

Исаак Ньютон был первой научной суперзвездой, достигшей мирового признания и славы еще относительно молодым.

создание и продвижение сайтов в Приднестровье ПМР

Ньютон открыл спектральную природу света и построил первый зеркальный телескоп (рефлектор). В своем крупнейшем труде - «Математические начала натуральной философии», или «Начала» для краткости, ученый изложил теории о всемирном тяготении, движении, массе, силе, весе, инерции и ускорении. Его работа позволила рассчитывать движения разных объектов - от яблока до астероида.

Портрет сэра Исаака Ньютона кисти Готфрида Кнеллера
Портрет сэра Исаака Ньютона кисти Готфрида Кнеллера


ЮНЫЙ НЬЮТОН

Ньютон появился на свет на Рождество 1642 года (по юлианскому календарю, который тогда был в ходу) в маленьком помещичьем доме в Вулсторпе в графстве Линкольншир. Мало кто думал, что недоношенный крошка, который мог «уместиться в квартовом горшке», выживет.

Овдовевшая мать позже снова вышла замуж и мало времени уделяла маленькому Исааку. Он рос настырным, ершистым одиночкой.

В 12 лет Ньютона записали в школу, где поначалу он страдал от задир, но все-таки стал лучшим учеником.

В 19 лет Исаак добился поступления в Кембриджский университет.

Четырьмя годами позже Великая эпидемия чумы, прозванная в истории Черной смертью, привела к закрытию университета. Следующие два года, оказавшиеся для Исаа-ка невероятно продуктивными, он провел в Вулсторпе. Ученый сделал открытия в теории света и оптике, проводя опыты с призмой. Он пришел к выводу, что белый свет состоит из спектра, который можно разложить по цветам. Ньютон установил, что свет состоит из быстро перемещающихся частиц (корпускул), поэтому он двигается в виде прямых линий.

Ньютон построил зеркальный телескоп, использовав параболическое зеркало и еще одно вогнутое зеркало. Это давало значительное увеличение без искажений. Ученый был настолько увлечен своей работой, что, по легенде, даже вырезал в двери дверцу для кошки, чтобы она могла самостоятельно уходить и приходить!

Дом в Вулсторпе в графстве Линкольншир, где родился и вырос Ньютон, со знаменитой яблоней на переднем плане.
Дом в Вулсторпе в графстве Линкольншир, где родился и вырос Ньютон, со знаменитой яблоней на переднем плане.


НОВАЯ ТЕОРИЯ

Ньютон рассказал племяннице, что как-то сидя у окна он увидел, как яблоко падает с дерева, и подумал: «А почему, собственно, сила тяготения ограничивается только Землей? Почему ее не может быть на Луне?».

Впоследствии Ньютон понял, что гравитация - это сила притяжения, которая обнаруживается у всех предметов (а не сила падения). Он назвал эту силу гравитацией от латинского gravitas - «тяжесть». Он понял, что именно гравитация удерживает Луну и планеты на орбите.

Ньютон ни с кем не делился своими рассуждениями о гравитации, пока к нему в гости не пожаловал его друг астроном Эдмонд Галлей. Галлей был уверен в том, что комета, которая виднелась на небе в 1680 году, появлялась и ранее. (Позднее она была названа кометой Галлея после правильно предсказанного им возвращения кометы в 1758 году.)

Галлей спросил Ньютона, может ли тот объяснить это. Оказалось, что да.

Теории Ньютона о движении и гравитации во многом были обязаны другим ученым, например немецкому астроному Иоганну Кеплеру, который описал математически, как планеты двигаются по эллиптической орбите, и Роберту Гуку, куратору экспериментальной части в Королевском обществе.

Гук полагал, что гравитация подчиняется закону обратных квадратов: если два объекта лежат на двойном расстоянии друг от друга, сила между ними ослабевает в четыре раза (2-2 или 2 х 2 = 4). Если расстояние между ними 10-кратно, то сила между ними в 100 раз слабее (10-2 или 10 х 10 = 100). Гук также предположил, что объекты всегда двигаются по прямой, если их не сбивает с курса внешняя сила - это принцип инерции, который лежит в основе первого закона механики Ньютона.

На иллюстрации изображен Ньютон, который раскладывает луч света в цветной спектр, используя призму.
На иллюстрации изображен Ньютон, который раскладывает луч света в цветной спектр, используя призму.


УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ

Гений Ньютона был всеобъемлющим и позволил ему соединить собственные идеи и мысли других ученых в комплекс правил. Теория тяготения Ньютона работала по трем законам механики:

• Первый закон. Тела остаются в покое или двигаются с постоянной скоростью по прямой, если на них не воздействует другая сила.

• Второй закон. Тело меняет скорость и направление движения в зависимости от величины и направления приложенной к нему силы.

Третий закон. На каждое действие существует равное по силе и противоположное противодействие - тело сопротивляется с силой, равной силе воздействия.

Это произвело сенсацию. Ньютон назвал эти законы универсальными, поскольку они действуют везде («универсум» - Вселенная). Они показывают, что природа следует универсальным правилам, которые можно рассчитать математически и изучить в эксперименте.

«Начала» Ньютона разошлись по всем учебникам и вспомогательным материалам, для демонстрации изложенных в книге теорий создавались даже специальные механические устройства, например колыбель Ньютона.

Оригинальный телескоп-рефлектор Ньютона
Оригинальный телескоп-рефлектор Ньютона.


КОНФЛИКТЫ НЬЮТОНА

В письме к Галлею Ньютон признавал влияние на него Кеплера: «Я могу подтвердить, что я почерпнул [закон гравитации] из теоремы Кеплера», - писал он, но отказывался сослаться на Гука. «Если я смог увидеть чуть дальше, то только потому, что стоял на плечах Гигантов», - сообщил он куратору Королевского общества.

Поначалу Ньютон был признателен Гуку, но постепенно ссоры их нарастали. Один пример таких разногласий касается неопубликованной на тот момент работы Ньютона «Оптика». Ньютон считал, что свет состоит из частиц. Гук утверждал, что это волна. В общем-то, свет распространяется в виде волны, но действует с окружающей ма-терией как частица, поэтому правы были оба.

Когда Гук потребовал признать свое влияние в «Началах», Ньютон покинул Королевское общество, поклявшись никогда больше туда не возвращаться, пока там работает Гук. Когда в 1703 году Гук умер, Ньютон возглавил Королевское общество и избавился от всех следов своего врага, даже портрета.

Ньютон конфликтовал и с одним из основоположников математического анализа немецким математиком Готфридом Лейбницем. Ньютон держал свою работу при себе, пока Лейбниц не опубликовал свою, что повлекло за собой обвинения в плагиате. Королевское общество провело расследование и под давлением Ньютона обвинило Лейбница в обмане.

На рисунке изображен принцип, лежащий в основе теории Ньютона, который показывает, что если выстрелить из пушки с определенной высоты и с правильной скоростью, то ядро будет падать со скоростью, равной изгибу Земли, и обязательно упадет.
На рисунке изображен принцип, лежащий в основе теории Ньютона, который показывает, что если выстрелить из пушки с определенной высоты и с правильной скоростью, то ядро будет падать со скоростью, равной изгибу Земли, и обязательно упадет.


МАГИЯ И НАУКА

Ньютона описывали как первого из великих ученых и последнего из великих волшебников. И действительно, его мозг был всегда открыт новым идеям.

Помимо традиционной науки, он занимался алхимией в поисках вечной жизни. Мало что из исследований уцелело после пожара в доме ученого, и это сыграло свою роль в нервном срыве в 1693 году, который положил конец его экспериментальной работе.

В 1696 году Ньютон стал управляющим Королевского монетного двора. Благодарное государство возвело его в рыцарское звание в 1705 году, а когда он умер в 1727 году - пожаловало право быть захороненным в Вестминстерском аббатстве. На-учный мир назвал ньютоном (N) стандартную международную единицу силы.

После смерти в теле Ньютона обнаружилось большое содержание мышьяка и ртути. Возможно, Исаак Ньютон экспериментировал, принимая собственные снадобья?



МИСТИЧЕСКАЯ ГРАВИТАЦИЯ

Гравитация и сегодня продолжает оставаться не менее загадочной, чем во времена Ньютона. С тех пор ученые даже измерили гравитационную постоянную, которая составляет 6,6740 х 10 -11 Нм-2/кг-2. Эйнштейн ввел гравитацию в свою теорию относительности, правильно предсказав, что большие массы деформируют космическое пространство. Осталось только квантовым физика найти место для гравитации в их общей теории. Гравитация практически ничтожна, чтобы выявить ее на атомном уровне, но ее действие ощущается во всей Вселенной. Если Большой взрыв случится снова, гравитация может опять стянуть всю Вселенную в процессе Большого сжатия.

Во дворе Тринити-колледжа в Кембридже, где Ньютону пожаловали престижнейшую должность Лукасовского профессора математики в 1669 году.
Во дворе Тринити-колледжа в Кембридже, где Ньютону пожаловали престижнейшую должность Лукасовского профессора математики в 1669 году.


НАЧАЛА НЬЮТОНА

Труд Ньютона «Начала» мог и не появиться. Ученый откладывал публикацию работы на годы, пока его не начал переубеждать Эдмонд Галлей. Ньютон изменил свою позицию, когда Роберт Гук потребовал от него разъяснений. Королевское общество сначала согласилось профинансировать публикацию этого труда, но позже отказалось после потери огромной (на тот момент) суммы в ? 389 на печать богато иллюстрированной работы Фрэнсиса Уиллоби «История рыб». В конце концов за публикацию работы Ньютона заплатил его друг Галлей. «Начала» произвели мировую сенсацию.

"Начала" широко признаны важнейшим научным трудом в истории человечества.



НЬЮТОН И "АПОЛЛОН"

Идеи Ньютона сделали возможными посадку на Луну. Отрыв от Земли предполагал ускорение движения для разрыва гравитационного захвата. Гравитация на высоте равномерно ослабевает, но не исчезает совсем, поэтому космонавты никогда не становятся невесомыми, а просто находятся в медленном свободном падении. На определенной точке между Землей и Луной гравитационные силы выравниваются. Станция входит в зону свободного падения, только уже в сторону спутника Земли. Поскольку гравитация связана с массой тела, на Луне астронавты весили меньше, чем на Земле. Из-за этого они не ходили по ее поверхности, а прыгали.

Серия. "Солнечная система" 2013

<< Назад Далее >>

Читайте по это же теме:


Во вселенной есть тайные тропы?
Что обнаружили в созвездии Эридана?
Загадки Большого взрыва
Что было до Большого взрыва?
Мир законов природы
Мир фундаментальных констант
Странности космической инфляции
Время первых звезд
Каким космологи представляют себе "конец света"
Вселенная - это "мыслящий организм"?
Возможны ли путешествия во времени?
Машина времени Курта Гёделя
"Петля времени" Джона Ричарда Готта
Мир параллельных вселенных
Мир параллельных вселенных
Можно ли побывать в параллельной Вселенной?
Параллельные Вселенные Стивена Хокинга
Параллельные Вселенные Александра Виленкина
Гипотеза размножения Вселенных Ли Смолина
Закон всемирного тяготения
Общая теория относительности
Специальная теория относительности
Парадокс Ольберса
Загадка Большого взрыва
Что было до взрыва?
Вселенная как гигантская голограмма
Загадочное нейтрино
Темные пятна в темной материи
Какое оно, межзвездное вещество?
Круговорот вещества во Вселенной
Ньютон и гравитация
Армиллярная сфера
Приливной разогрев
Стэнтон Пил
Патрик Мур: пять героев астрономии