Законы Вселенной Исаака Ньютона
Научные целиСформулировать научные законы о движении всех тел во Вселенной и об их взаимном притяжении.
КтоИСААК НЬЮТОН
ГдеЛинкольншир и Кембридж, Англия
Когдас 1663 по 1713 г.
КакРазработав новый раздел математики для понимания движения объектов, торможения и ускорения, а также сил притяжения и отталкивания.
РезультатыНьютон открыл закон всемирного тяготения и объяснил причины движения планет (например, как Луна движется по орбите вокруг Земли). В частности, этот закон проявляется в том, что Земля притягивает все материальные тела.
Простые законы объяснят устройство Вселенной
В 1665 году многие города Британии постигла беда — эпидемия чумы. Люди умирали тысячами, а выжившие в страхе бежали из городов. Ньютону повезло. Он уехал на семейную ферму в маленькой деревушке Вулсторп в Линкольншире. Здесь он совершил несколько величайших научных открытий в истории.
Знаменитая легенда о Ньютоне гласит, что секрет гравитации он открыл благодаря упавшему яблоку
В этом деревенском домике в канун Рождества 1642 года родился Исаак Ньютон. Мать надеялась, что он станет фермером, но с этим у Ньютона вышло не очень.
Ньютон вывел три закона движения. Первый гласит, что движущееся тело сохраняет одну и ту же скорость и направление, если на него не действуют посторонние силы. Представьте, что вы ударили по мячу. Он хочет лететь по прямой, но гравитация тянет его вниз, а сопротивление воздуха тормозит. Второй закон утверждает, что скорость тем выше, чем больше приложенная сила. Чем сильнее ты ударишь по мячу, тем дальше он улетит. Третий закон состоит в том, что объект, который толкают или тянут, с той же силой тянет или толкает в ответ. То есть нога приложила силу к мячу, но мяч давит на ногу с той же силой — и ты чувствуешь ее при ударе.
Этот портрет Ньютона в возрасте 46 лет был написан спустя 2 года после публикации его самых важных открытий.
Необычно то, что на картине Ньютон изображен не в парике, а с собственными волосами.
Затем Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Он понимал, что эти физические законы относятся ко всем телам во Вселенной. Между тобой и Землей действует сила притяжения. Помимо этого, тебя притягивает и Солнце, и все остальные планеты. Но после прыжка ты падаешь на Землю, а не на Солнце, потому что притяжение Земли сильнее, ведь она гораздо ближе.
Ньютон нашел применение законам. Он записал их в виде формул и потом проверил, изучая Луну и планеты. Он предсказал, как эти тела будут двигаться в будущем. Как говорил сам Ньютон, он открыл «учение о строении системы мира».
При помощи призмы Ньютон разложил белый свет на спектральные цвета. Он выбрал число семь и выделил известные нам цвета радуги, с той разницей, что цвет между голубым и фиолетовым он назвал индиго.
Его интересовали и другие явления, к примеру свет. Он обнаружил, что белый свет можно разложить на цветные составляющие при помощи куска стекла особой формы — призмы.
Оказалось, что, смешав те же цвета воедино, можно снова получить белый цвет.
Ребенком Ньютон мастерил технические игрушки (часы, мельницы). У местного аптекаря он учился секретам врачевания. В 19 лет будущий ученый поступил в Кембриджский университет, где и провел почти всю жизнь. Там он изучал тайны света, движения и математики. Своими открытиями Ньютон делился с узким кругом друзей.
Про Ньютона ходит много невероятных историй. Якобы его собака опрокинула свечу на его рабочем столе и подожгла его работы. Или что он пропилил большую дыру в двери, чтобы в нее могла проходить собака, и отверстия поменьше — для ее щенков.
Но однажды, в 1684 году, к Ньютону за помощью обратился астроном и математик Эдмонд Галлей. Вместе с коллегами они уже давно и безуспешно пытались вывести математическую формулу, описывающую орбиты планет. Ньютон эту задачу решил много лет назад. Галлей был так впечатлен, что оплатил издание книги Ньютона «Начала». В книге разъяснялись законы движения и показывалось, как эти законы можно применить при расчете движения любых объектов, на которые воздействуют силы (включая притяжение).
Чтобы вывести эти законы, Ньютон применял дифференциальное и интегральное исчисления, но, охраняя свой секрет, объяснял он их в книге через более громоздкие геометрические примеры.
С этого момента Ньютон стал знаменитым. Он вступил в Королевское общество, прообраз Академии наук, и позже стал его президентом. В 1704 году он опубликовал свои работы по преломлению света во второй своей книге, «Оптика». Королева Анна посвятила его в рыцари — редкая честь для ученого. До него ее удостоился лишь Фрэнсис Бэкон, и было это больше 100 лет назад.
Эта книга Ньютона — одна из самых важных в истории человечества. Заглавие ее в переводе с латыни означает «Математические начала натуральной философии».
Ньютон также возглавил Королевский монетный двор, где чеканились британские деньги. Эта должность хорошо оплачивалась и не подразумевала особых забот — скорее награда за научные достижения. Но в те времена люди стачивали края монет, и драгоценного металла в них оставалась лишь половина от положенного.
Преступники — их называли фальшивомонетчиками — изготовляли поддельные деньги. Ньютон боролся с этими нарушениями, он даже сам выдавал себя за фальшивомонетчика, чтобы поймать жуликов!
Ньютон был умелым ремесленником. Он не только создал телескоп, но и сам изготовил все необходимое для этого оборудование.
Вклад в физику
- Вывел физические законы, которым подчиняется движение небесных тел и обычных предметов;
- Изобрел дифференциальное исчисление — раздел математики, полезный для описания изменчивых процессов, например движения;
- Создал новый тип телескопа — с вогнутым зеркалом ( большинство крупнейших телескопов мира сегодня зеркальные.
Ньютон объяснил, как белый свет разлагается на цвета радуги. Он объяснил движение планет и существование приливов и отливов.
Друзья и враги Ньютона
Ньютон мог быть хорошим другом, но и врагов он наживал легко.
Без настойчивости, финансирования и подбадривания своего друга Эдмонда Галлея Ньютон, вероятно, так никогда бы и не написал «Начал».
Джон Флемстид, королевский астроном, не давал разрешения на использование своих результатов наблюдения за Луной для проверки теорий Ньютона. Тот все равно использовал данные Флемстида, и ученые стали злейшими врагами.
Готфрид Лейбниц независимо от Ньютона разработал интегральное и дифференциальное исчисление. Ньютон же решил, что Лейбниц украл его идеи, и ожесточенные споры не стихали до самой смерти Лейбница.
Поделиться ссылкой
Исаак Ньютон – биография, законы физики, семья, личная жизнь, фото и последние новости
Биография
Исаак Ньютон появился на свет 4 января 1643 года в небольшой британской деревушке Вулсторп, располагавшейся на территории графства Линкольншир. Хилый, преждевременно покинувший лоно матери мальчик пришел в этот мир накануне Английской гражданской войны, вскоре после смерти своего отца и незадолго до празднования Рождества.
Ребенок был настолько слабым, что на протяжении долгого времени его даже не крестили. Но все же маленький Исаак Ньютон, названный так в честь своего отца, выжил и прожил очень долгую для семнадцатого века жизнь – 84 года.
Отец будущего гениального ученого был мелким фермером, однако довольно успешным и состоятельным. После смерти Ньютона-старшего его семья получила несколько сотен акров полей и лесных угодий с плодородной почвой и внушительную сумму размером в 500 фунтов стерлингов.
Мать Исаака, Анна Эйскоу, вскоре снова вышла замуж и родила своему новому супругу троих детей. Анна уделяла больше внимания младшим отпрыскам, а воспитанием ее первенца поначалу занималась бабушка Исаака, а потом его дядя Уильям Эйскоу.
В детстве Ньютон увлекался живописью, поэзией, самозабвенно изобретал водяные часы, ветряную мельницу, мастерил бумажных змеев. При этом он по-прежнему был весьма болезненным, а также крайне необщительным: веселым играм со сверстниками Исаак предпочитал собственные увлечения.
Когда ребенка отправили в школу, его физическая слабость и плохие коммуникативные навыки однажды даже стали причиной того, что мальчика избили до полуобморочного состояния.
Это унижение Ньютон стерпеть не мог. Но, конечно, в одночасье приобрести атлетическую физическую форму он не мог, поэтому мальчик решил тешить свое самоуважение иначе.
Если до этого случая он достаточно плохо учился и явно не был любимчиком учителей, то после начал серьезно выделяться по успеваемости среди своих одноклассников. Постепенно он стал лучшим учеником, а также еще серьезнее, чем до этого, начал интересоваться техникой, математикой и удивительными, необъяснимыми явлениями природы.
Исаак НьютонКогда Исааку исполнилось 16 лет, мать забрала его обратно в поместье и попыталась возложить на повзрослевшего старшего сына часть забот по ведению хозяйства (второй муж Анны Эйскоу к тому времени тоже скончался). Однако парень только и занимался тем, что конструировал хитроумные механизмы, «проглатывал» многочисленные книги и писал стихи.
Школьный учитель молодого человека, мистер Стокс, а также его дядя Уильям Эйскоу и знакомый Хэмфри Бабингтон (по совместительству – член Кембриджского Тринити-колледжа) из Грэнтема, где будущий всемирно известный ученый посещал школу, уговорили Анну Эйскоу позволить одаренному сыну продолжить обучение.
В результате коллективных уговоров в 1661 году Исаак завершил учебу в школе, после чего успешно выдержал вступительные экзамены в Кембриджский университет.
Начало научной карьеры
Как студент Ньютон имел статус «sizar». Это означало, что он не платил за свое образование, однако должен был выполнять в университете разноплановые работы, либо оказывать услуги более богатым студентам. Исаак мужественно выдержал это испытание, хотя по-прежнему крайне не любил чувствовать себя угнетенным, был нелюдим и не умел заводить друзей.
В то время философию и естествознание в знаменитом на весь мир Кембридже преподавали по Аристотелю, хотя на тот момент миру уже были продемонстрированы открытия Галилея, атомистическая теория Гассенди, смелые труды Коперника, Кеплера и других выдающихся ученых. Исаак Ньютон с жадностью поглощал всю возможную информацию по математике, астрономии, оптике, фонетике и даже теории музыки, какую только мог найти. При этом он нередко забывал про еду и сон.
Исаак Ньютон изучает преломление светаСамостоятельную научную деятельность исследователь начал в 1664 году, составив перечень из 45 проблем в человеческой жизни и природе, которые пока не были решены.
Тогда же судьба свела студента с одаренным математиком Исааком Барроу, который начал работать на математической кафедре колледжа. Впоследствии Барроу стал его учителем, а также одним из немногих друзей.
Еще сильнее заинтересовавшись математикой благодаря одаренному преподавателю, Ньютон выполнил биномиальное разложение для произвольного рационального показателя, которое стало его первым блестящим открытием в математической области. В том же году Исаак получил звание бакалавра.
Исаак Ньютон и Исаак БарроуВ 1665-1667 годах, когда по Англии прокатилась чума, Великий Лондонский пожар и крайне затратная война с Голландией, Ньютон ненадолго осел в Вусторпе. В эти годы он направил свою основную деятельность на открытие оптических тайн. Пытаясь выяснить, как избавить линзовые телескопы от хроматической аберрации, ученый пришел к исследованию дисперсии. Суть экспериментов, которые ставил Исаак, была в стремлении познать физическую природу света, и многие из них до сих пор проводят в учреждениях образования.
В результате Ньютон пришел к корпускулярной модели света, решив, что его можно рассматривать как поток частиц, которые вылетают из некоторого источника света и осуществляют прямолинейное движение до ближайшего препятствия. Такая модель хоть и не может претендовать на предельную объективность, однако стала одной из основ классической физики, без которой не появились бы и более современные представления о физических явлениях.
Закон всемирного тяготенияПримерно тогда же Исаак стал автором, пожалуй, самого известного своего открытия: Закона всемирного тяготения. Впрочем, опубликованы эти исследования были на десятилетия позже, так как ученый никогда не стремился к славе.
Среди любителей собирать интересные факты давно бытует заблуждение о том, что этот ключевой закон классической механики Ньютон открыл после того, как ему на голову упало яблоко. В действительности Исаак планомерно шел к своему открытию, что понятно из его многочисленных записей. Легенду о яблоке популяризовал авторитетный в те времена философ Вольтер.
Научная известность
В конце 1660-ых годов Исаак Ньютон вернулся в Кембридж, где получил статус магистра, собственную комнату для жизни и даже группу юных студентов, у которых ученый стал преподавателем. Впрочем, преподавание явно не было «коньком» одаренного исследователя, и посещаемость его лекций заметно хромала. Тогда же ученый изобрел телескоп-рефлектор, который прославил его и позволил Ньютону вступить в Лондонское королевское общество. Посредством данного приспособления было сделано множество потрясающих астрономических открытий.
Труд «Математические начала натуральной философии»В 1687 году Ньютон опубликовал, пожалуй, самую важную свою работу – труд под названием «Математические начала натуральной философии». Исследователь и до этого издавал свои труды, но этот имел первостепенное значение: он стал основной рациональной механики и всего математического естествознания. Здесь содержался хорошо всем известный закон всемирного тяготения, три известных до сих пор закона механики, без которых немыслима классическая физика, вводились ключевые физические понятия, не подвергалась сомнениям гелиоцентрическая система Коперника.
По математическому и физическому уровню «Математические начала натуральной философии» были на порядок выше, чем изыскания всех ученых, работавших над этой проблемой до Исаака Ньютона. Здесь не было недоказанной метафизики с пространными рассуждениями, безосновательными законами и неясными формулировками, которой так грешили работы Аристотеля и Декарта.
В 1699 году, когда Ньютон работал на административных должностях, в университете Кембриджа начали преподавать его систему мира.
Личная жизнь
Женщины ни тогда, ни с годами не проявляли особой симпатии к Ньютону, и за всю свою жизнь он ни разу не женился.
Исаак НьютонСмерть великого ученого наступила в 1727 году, причем на его похороны собрался практически весь Лондон.
Законы Ньютона
- Первый закон механики: всякое тело покоится или остается в состоянии равномерного поступательного движения, пока этот состояние не будет скорректировано приложением внешних сил.
- Второй закон механики: изменение импульса пропорционально приложенной силе и осуществляется по направлению ее воздействия.
- Третий закон механики: материальные точки взаимодействуют друг с другом по прямой, их соединяющей, с равными по модулю и противоположными по направлению силами.
- Закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками пропорциональна произведению их масс, умноженному на гравитационную постоянную, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими точками.
Универсальный закон тяготения
Сэр Исаак Ньютон: Универсальный закон тяготенияСэр Исаак Ньютон:
Что на самом деле случилось с Apple?
Вероятно, более правильная версия этой истории состоит в том, что Ньютон, наблюдая яблока, упавшего с дерева, стал мыслить в следующем ключе: Яблоко ускоряется, так как его скорость меняется от нуля, когда он висит на дереве и движется к земле. Таким образом, по второму закону Ньютона на яблоко должна действовать сила, вызывающая это ускорение. Давайте назовем эту силу «гравитацией», а связанное с ней ускорение «ускорением, обусловленным к гравитации». Затем представьте, что яблоня в два раза выше. Снова, мы ожидаем, что яблоко будет двигаться с ускорением к земле, так что это предполагает, что эта сила, которую мы называем гравитацией, достигает вершины самого высокого яблоня.Самая превосходная идея сэра Исаака
Теперь пришло поистине блестящее открытие Ньютона. озарение: если сила гравитации достигает вершины самого высокого дерева, может дальше не доходит; в частности, может ли он не дойти до конца на орбиту Луны! Затем орбита Луны вокруг Земли могла быть следствием гравитационного силы, потому что ускорение силы тяжести может изменить скорость Луна именно таким образом, что она следовала по орбите вокруг земли.
Это можно проиллюстрировать мысленным экспериментом, показанным на рис. следующий рисунок. Предположим, мы стреляем из пушки горизонтально с высокой горы; снаряд в конечном итоге упадет на землю, на что указывает кратчайший траектория на рисунке, из-за гравитационного сила, направленная к центру Земли, и связанное с ней ускорение. (Помните, что ускорение — это изменение скорости, и эта скорость является вектором, поэтому она имеет как величину и направление. Таким образом, ускорение возникает, если одна или обе величины и направление изменения скорости.)
Центр масс двойной системы
Если вы на мгновение задумаетесь об этом, может показаться немного странным, что в кеплеровском Законы Солнце неподвижно в точке пространства, а планета вращается вокруг него. Почему Солнце в привилегированном положении? У Кеплера были довольно мистические представления о Солнце, наделяя его почти богоподобными качествами, оправдывающими его особое место.
Однако Ньютон, главным образом как следствие его 3-го закона,
продемонстрировал, что ситуация на самом деле была более симметричной, чем у Кеплера.
воображали и что Солнце не занимает привилегированного положения;
в процессе он изменил 3-й закон Кеплера.Два предельных случая
Мы можем получить больше информации, рассмотрев положение центра масс. в двух пределах. Сначала рассмотрим только что рассмотренный пример, где одна масса намного крупнее другого. Тогда мы видим, что центр масс для система практически совпадает с центром массивного объекта:
Таким образом, для всех практических целей Солнце почти
(но не совсем) неподвижно в центре масс для системы, как Кеплер
изначально думал.Однако теперь рассмотрим другой предельный случай, когда две массы равны друг друга. Тогда легко видеть, что центр масс лежит на равном расстоянии от двух масс и если они гравитационно связаны друг с другом, каждая масса вращается вокруг общего центра масс система, лежащая посередине между ними:
Эти предельные случаи для расположения центра масс
возможно, знакомы с нашей вышеупомянутой игровой площадки
опыт.
Если на качелях находятся люди с одинаковым весом, точка опоры должна быть
помещают посередине, чтобы уравновесить, но если один человек весит намного больше, чем
другого человека, точка опоры должна располагаться ближе к более тяжелому человеку, чтобы
достигать
баланс.
Круговая скорость и геосинхронная орбита
С какой скоростью мы должны лететь на ракете, чтобы оставаться в круговом движении? вращаться вокруг гораздо более массивного тела, такого как Земля? Я приведу здесь ответ без вывода, но он следует из Закон всемирного тяготения Ньютона.Если предположить, что масса ракеты мала по сравнению с Землей, тогда КРУГОВАЯ СКОРОСТЬ определяется квадратным корнем из GM/r, то есть
где G — гравитационная постоянная, R — радиус орбиты, M — масса большего объекта, как Земля, вокруг которой вращается меньший объект. Обратите внимание, что формула не зависит от массы меньшего объекта. (Этот последний факт следует из ньютоновской теории и связано с экспериментальным выводом Галилея о том, что два тела разной массы упали с одной высоты упасть на Землю в одно и то же время.)
Мы можем использовать эту формулу, чтобы вычислить скорость движения Луны.
свою орбиту вокруг Земли. Подключая земную массу
М=6 х 10 24 кг,
радиус орбиты Луны R=3,84 x 10 8 метров,
и гравитационная постоянная G= 6,67 x 10 -11 Ньютон-метр 2 / кг 2 ,
тогда величина скорости Луны составляет 1020 метров в секунду.
Это около 2278 миль в час.
(Эй, если он движется так быстро, в 5 раз быстрее чем реактивные самолеты, почему реактивные самолеты кажутся движущимися по небу быстрее, чем луна? Вам придется ответить на этот вопрос самостоятельно..)
Поскольку круговая скорость изменяется обратно пропорционально квадратному корню из R, объект в меньшем размере орбита имеет более высокую скорость, потому что гравитация сильнее. Тот же расчет для R=6578 км над центром Земля говорит нам, что спутник должен двигаться со скоростью 17 400 миль. в час (=7790 м/с). Таким образом, ракеты должны двигаться невероятно быстро. Ракета должна встать, а затем развернуться на точку по кругу. орбиту с правильной скоростью. Но как только он достигнет такой скорости, он оставаться на орбите без последующей ракетной тяги.
Поскольку орбитальная скорость спутника зависит от его расстояния
от центра Земли, чем дальше, тем дольше период
орбиты. У Земли период обращения около 1,5 часов.
Если выйти примерно на 42 000 км (26 000) миль, орбитальный период
составляет 24 часа.
Таким образом, спутник будет находиться на ГЕОСИНХРОННОЙ ОРБИТЕ.
Представьте себе запуск спутника на восток над экватором Земли.
на геостационарной орбите: тогда спутник останется над той же точкой
на Земле все время нахождения на ее орбите.
Открытые и закрытые орбиты
Орбиты, которые замыкаются сами на себя, как круговые или эллиптические орбиты называются ЗАКРЫТЫМИ ОРБИТАМИ. Объект на таких орбитах всегда возвращается в одно и то же место на орбите. периодически. На круговых орбитах скорость объекта остается одинаково везде на орбите. На эллиптических орбитах скорость тем быстрее, чем объект движется к более близкой части своей орбиты и затем замедляется по мере продвижения объекта к дальней части орбиты.
Существуют также орбиты, называемые ОРБИТАМИ ПОБЕГА или ОТКРЫТЫМИ ОРБИТАМИ. На этих орбитах объект никогда не возвращается и уходит на большие расстояния.
Чтобы увидеть это
Представьте себе пушку, стреляющую с горы на поверхность.
Земли (рис.
5-13).
Есть 5 качественно различных возможностей в зависимости от того, насколько быстро пушечное ядро
первоначально движется относительно круговой скорости.
Спасательная скорость
СКОРОСТЬ УБЕГА от объекта, подобного Земле, определяется выражением где R — радиус точки запуска объекта. Когда точка запуска находится на поверхности Земли, то R будет радиусом Земли.
Эта скорость убегания является критической скоростью, которую должен иметь объект.
чтобы впоследствии уйти в бесконечность при выстреле вверх изнутри
гравитационное поле. То есть если с Земли выстрелить ракетой и
потребляет все свое топливо, чтобы разогнаться до этой скорости, то даже
после того, как ракета перестанет сжигать топливо, она остановится
до бесконечности, и гравитация Земли не может оттянуть ракету обратно в
Земля.Подставив массу, радиус и G Земли, получаем 11,2 км/с для скорости убегания запускаемого объекта с поверхности Земли. Это около 25 000 миль в час! Я смею вас попытаться сбежать. (Так много для беспокойства Аристотеля о птицы, слетающие с поверхности Земли — при наличии гравитации шансов нет.)
Вес и гравитационная сила
Мы видели, что во всемирном законе всемирного тяготения ключевой величиной является масса. В популярном языке масса и вес часто используются для обозначения одного и того же. вещь; на самом деле это родственные, но совершенно разные вещи.
Что мы
обычно называют вес на самом деле просто гравитационная сила оказываемое на
предмет определенной массы. Мы можем проиллюстрировать, выбрав
Земля как одна из двух масс
на предыдущей иллюстрации Закона Гравитации: Таким образом, вес объекта массой м у поверхности Земли получается
умножив массу м на ускорение свободного падения, г , на поверхности
земли. Ускорение свободного падения приблизительно равно произведению
универсальная гравитационная постоянная G и масса Земли М ,
разделить на радиус Земли, r в квадрате.
(Мы предполагаем, что Земля
сферическим и пренебрегаем радиусом объекта относительно радиуса
Земля в этом обсуждении.) Измеренное гравитационное ускорение на
Поверхность Земли составляет около 9,8 м/с 2 .Масса и вес
Масса — это мера того, сколько материала содержится в объекте, но вес является мерой гравитационная сила, действующая на этот материал в гравитационном поле; таким образом, масса и вес пропорциональны друг другу с ускорением, обусловленным гравитации как константа пропорциональности.
Следует, что
масса объекта постоянна (на самом деле это не совсем так, но мы
приберегу этот сюрприз для нашего последующего обсуждения
Теория относительности),
но вес зависит от местоположения объекта.
Например, если мы перевезли предыдущий объект массой м до поверхности
Луна, гравитационное ускорение изменилось бы, потому что радиус и
масса Луны отличается от массы Земли. Таким образом, наш объект
имеет массу м как на поверхности Земли, так и на поверхности Луны, но это
будет ли весить намного меньше на поверхности Луны
потому что гравитационное ускорение там в 6 раз
меньше, чем на поверхности
земли.Вывод законов Кеплера Ньютоном
Обратите внимание, что величина круговой скорости объекта на орбите также равен длина окружности орбиты, деленная на период орбиты. То есть:
В
контур = (GM/R) 1/2 = (2 пи R)/ P где pi=3,1415, а P — период обращения. Последнее равенство следует из простого замечания, что величина Скорость – это мера расстояния, пройденного за единицу времени.
Пройденное расстояние равно длине окружности орбиты (= 2 пи R),
а период P — это время, которое требуется, чтобы пройти это расстояние.
Но смотрите: теперь мы волшебным образом восстановили третий закон Кеплера!:
Преобразовывая последнее равенство, имеем(GM) P
2 = 4 пи 2 R 3 дело в том, что P 2 пропорционально R 3 . Это третье место Кеплера. закон, выпадающий теперь непосредственно из теории Ньютона.Интерпретация Ньютоном законов Кеплера
Потому что на каждое действие есть равное и противоположной реакции, Ньютон понял, что в системе планета-Солнце планета не вращается вокруг неподвижного Солнца. Вместо этого Ньютон предположил, что оба планета и Солнце вращаются вокруг общего для планеты-Солнца центра масс система. Затем он изменил 3-й закон Кеплера так, что масса Используемая M теперь представляет собой сумму массы Солнца и планеты. Вместо использования М 1 и M 2 , как указано выше, давайте использовать M s и M p .
Тогда мы
имеем M= M s + M p и т.д.Г(М
с + М р ) Р 2 = 4 пи 2 R 3Но обратите внимание, что происходит в новом уравнении Ньютона, если масса Солнца намного больше, чем масса любой из планет (что всегда так). Тогда сумма двух масс всегда приблизительно равна массе Солнце и так вернулись к
G M
s P 2 = 4 пи 2 R 3 для систем планета-Солнце. Если мы возьмем отношения 3-го закона Кеплера для двух разных планет, масса Солнца затем отменяется из отношения, и мы остаемся с оригинальная форма третьего закона Кеплера: Таким образом, 3-й закон Кеплера приблизительно справедлив, потому что Солнце намного больше массивнее любой из планет и, следовательно, Поправка Ньютона мала. Данные, к которым имел доступ Кеплер, были нехорошими достаточно, чтобы показать этот небольшой эффект. Однако, подробные наблюдения, сделанные после Кеплера, показывают, что модифицированная форма Ньютона Третий закон Кеплера лучше согласуется с данными, чем исходная форма Кеплера.
Законы движения и гравитации Исаак Ньютон |
Перейти к разделу
- Введение
- Кратко об Исааке Ньютоне
- Что такое движение?
- Важные термины, связанные с движением, о которых вам необходимо знать
- Три важных закона движения, данные Ньютоном
- Влияние, создаваемое законом движения Ньютона
- Закон всемирного тяготения Ньютона
- Часто задаваемые вопросы законам движения и Гравитация Ньютона
- Заключительные размышления о законах движения и гравитации Ньютона
Введение
Всякий раз, когда вы смотрите вокруг себя, ваш разум наполняется любопытством и вопросами — как эта штука работает? Какие факторы стоят за этим? За каждым природным явлением стоят сложные наборы вещей. Работают законы физики, правила движения и другие универсально применимые законы, заставляющие работать большинство вещей.
Движение является одним из таких очень важных понятий, и его законы применимы ко всему, что может двигаться.
В этой статье мы поговорим о три золотых правила движения, данные Исааком Ньютоном . А также будет говориться о законе всемирного тяготения . Вы узнаете о многих вещах, например о том, как происходит действие и какие факторы на него влияют. Так что, если вы изучаете физику или интересуетесь вещами в целом, то эта статья будет вам очень полезна.
Кратко об Исааке Ньютоне
Исаак Ньютон PRS был английским математиком, физиком, астрономом, алхимиком, теологом и писателем, широко признанным одним из величайших математиков и физиков и одним из самых влиятельных ученых всех времен. Он родился 4 января 1643 года и умер 31 марта 1727 года. Это человек, который произвел революцию в области физики, введя ключевые термины, связанные с движением и гравитацией. Сегодня большинство законов в области физики вращаются вокруг них. Он был главной фигурой в философской революции, известной как 9-й век.0022 Просветление . Некоторые из его других открытий включают оптику (состав белого света) и математику (исчисление).
Что такое движение?
Для начала самое основное, что вам нужно знать, это то, что именно означает движение. Если говорить о буквальных терминах, то движение можно определить как явление, при котором объект с течением времени меняет свое положение. И для его описания используются такие термины, как перемещение, расстояние, скорость, ускорение, скорость и время. Движение означает движение объекта и осуществляется с помощью кинетической энергии. Когда объект находится в движении, он меняет свое положение, перемещаясь в одном направлении: вверх, вниз, вперед или назад. Три различных типа движений:
- Поступательное
- Вращательное
- Колебательное
ДвижениеСамое основное уравнение движения согласно второму закону движения: F = ma .
Движение — это одно слово, но чтобы правильно его понять, вам необходимо знать и некоторые другие основные термины. Ниже приведены некоторые основные термины, связанные с движением:
Объект в движении, движется вверх, вниз, вперед, назад и диагностируетсяПеремещение
Смещение означает, что объект сдвинулся или был смещен.
Простыми словами это означает изменение положения объекта после его перемещения. Это вектор, длина которого равна кратчайшему расстоянию от начального до конечного положения точки P, совершающей движение.
Формула смещения: s = sf – si . с = водоизмещение .
Расстояние
Расстояние — это числовая мера того, насколько далеко друг от друга находятся объекты или точки. Как правило, это относится к промежутку, который нужно пройти из одной точки в другую. Подводя итог, расстояние означает степень или количество пространства между двумя вещами, точками, линиями и т. д. Оно измеряется с точки зрения метра.
Скорость
Скорость — очень важный термин в физике. Это означает скорость изменения его положения по отношению к системе отсчета и является функцией времени. Он движется по отношению и представляет собой скорость изменения своего положения по отношению к системе отсчета и является функцией времени.
Единицей скорости является мили в час, фут/с.
Ускорение
Ускорение означает скорость изменения скорости, а также скорости и направления. Точка или объект, движущиеся по прямой, получают ускорение, если они ускоряются или замедляются. Три уровня ускорения: положительное, отрицательное и поперечное.
Скорость
Скорость объекта — это величина скорости изменения его положения во времени или величина изменения его положения в единицу времени. И измеряется она в терминах кинетической энергии. Это очень распространенный термин, который мы используем в нашей повседневной жизни.
Время
Время означает продолжительность перемещения объекта из одного места в другое.
Три важных закона движения, данные Ньютоном
Движение — сложная вещь и имеет много исключений. Исаак Ньютон отбросил три важных закона, связанных с движением:
Три важных закона движения, данные НьютономПервый закон Ньютона: закон инерции
Самый первый закон движения Ньютона гласит, что объект остается в движении и будет продолжать оставаться в движении до тех пор, пока к нему не будет приложена внешняя сила.
Он будет продолжать двигаться с постоянной скоростью, если к нему не будет приложена сила. Закон инерции впервые был сформулирован Галилео Галилеем для горизонтального движения на Земле, а позже был обобщен Рене Декартом. В нем также говорится, что направление движения объекта по прямой линии также не изменится. Он будет двигаться прямолинейно до тех пор, пока на него не подействует внешняя сила. Подводя итог, можно сказать, что движение может быть только передано и не может быть создано.
Второй закон Ньютона ускорения:
F = ma Второй закон движения гласит, что скорость изменения импульса тела по отношению ко времени одинакова в обоих величины и направления приложенной к нему силы. Все вместе это утверждает, что ускорение объекта, вызванное результирующей силой, прямо пропорционально величине результирующей силы, в том же направлении, что и результирующая сила, и обратно пропорционально массе объекта. В нем говорится, что F=ma.
Это очень важный закон, определяющий работу многих вещей.
Третий закон Ньютона: закон действия и противодействия
Последний и окончательный закон движения гласит, что каждое действие имеет равную и противоположную реакцию. Это означает, что если сила приложена в одном направлении, то такая же сила будет приложена и в противоположном направлении. В нем также говорится, что при взаимодействии двух тел они прикладывают друг к другу силы, равные по величине и противоположные по направлению.
Например, отдача оружия; если мы выстрелим спереди, то та же сила будет приложена сзади. Этот закон важен при анализе задач статического равновесия, когда все силы уравновешены, но он также применим к телам в равномерном или ускоренном движении.
Третий закон Ньютона: закон действия и противодействияНекоторые другие законы движения, о которых вам необходимо знать
Обычно нас учат только трем законам движения, данным Ньютоном, поскольку они являются наиболее точными и полезными.
Но он дал еще много законов, некоторые из них упомянуты ниже: 9Мм. -лр.: рз. это расстояние между двумя частицами.
Большинство законов Ньютона вращаются вокруг движения, того, как оно работает, и вещей, которые действуют как сопротивление ему. Понимание законов движения действительно важно. Посмотрите это видео, оно поможет прояснить ситуацию.
3 важных закона движения НьютонаВлияние, созданное законом движения Ньютона
Все законы, данные Ньютоном, произвели революцию в области физики и проложили путь другим изобретениям и открытиям человека.
Ниже перечислены некоторые из влияний, созданных его законами:
- Самое главное, что он сделал, это разгадал тайну гравитации и многих других сил, которые постоянно воздействуют на нас, а мы их не осознаем.
- Он рассказывает нам о повседневных вещах, например о том, что произойдет, если мы выпрыгнем из движущегося автобуса, и как это повлияет на нас.
- Ньютон помог создать новую специализированную форму математики. А также дал нам исчисление, которое нанесло на карту постоянно меняющееся и изменчивое состояние природы.
- Упростил работу с повседневными вещами, которые иначе можно было бы принять за сложные. Например, теперь мы знаем, как работает катание на коньках и другие движения.
- Теперь мы можем объяснить приливы, движение пушечных ядер, практически все, что мы видим в окружающем нас мире.
- Не будет ошибкой сказать, что Исаак Ньютон изменил мир науки и упростил жизнь грядущим поколениям. Его влияние можно увидеть во всех аспектах жизни, и трудно провести какой-либо физический эксперимент, не обращаясь к его работам.
Что такое гравитация?
Гравитация окружает нас повсюду, независимо от того, какой уголок этой планеты мы посещаем, но мы до сих пор не знаем, что такое гравитация. Гравитация — это естественное явление, или ее также можно назвать силой притяжения, которая действует на все, что имеет массу и энергию. Будь то планеты, звезды, галактики и даже свет, гравитация действует на все. Она придает вес физическим объектам, а гравитация Луны вызывает приливы и отливы океанов. Это главная сила, которая удерживает все предметы на своих местах и отвечает за их падение в направлении вниз, а не вверх. Гравитация имеет бесконечный диапазон, хотя ее эффекты становятся слабее по мере удаления объектов.
Читайте также «Паучьи кудри: правильная форма, преимущества и советы»
Что такое гравитация?Закон всемирного тяготения Ньютона
Ньютон был первым, кто задумался об этом. Случилось так, что однажды он сидел под яблоней, и вдруг ему на голову упало яблоко.
Ему стало любопытно, почему яблоко упало только вниз, а не вверх. И тогда он начинает работать над этим. Он прочитал много книг, провел много экспериментов и много видов исследований. Ему потребовались годы, чтобы выяснить, что это за сила и как она работает.
Ниже приводится закон всемирного тяготения, данный Ньютоном, и то, как он работает:
Универсальный закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что каждая частица во Вселенной притягивает все остальные частицы в ней. И это делается с помощью силы, которая постоянно воздействует на все вещи. Сила прямо пропорциональна массе изделия и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В символах величина силы притяжения F равно G (гравитационная постоянная, число, размер которой зависит от используемой системы единиц и является универсальной постоянной), умноженной на произведение масс и деленной на квадрат расстояния
Формула этого закона R: F = G ( m 1 m 2 )/ 9 0022 Р 2 .
Роль, которую играет этот закон
Ньютон сформулировал этот закон в 1667 году, и с тех пор он является основой всех космических исследований и других экспериментов, проводимых с ним. Это полезно как в таких вещах, как физическая среда мира, так и в других вещах. Не будет ошибкой сказать, что это один из самых важных созданных законов.
Но за последние несколько лет было проведено множество исследований, доказывающих, что он применим не во всех аспектах и имеет множество исключений.
Читайте также Что такое рокировки и рокировки в шахматах?
Универсальный закон всемирного тяготения НьютонаВажные формулы, связанные с движением и гравитацией, о которых следует помнить:
| Тема | Формула |
| Водоизмещение | с = sf – si . с = водоизмещение . |
| Закон ускорения | F=ma |
| Закон всемирного тяготения | R:F = г ( м 1 м 2 )/ р 2 . |
Упомянутое ниже видео поможет вам лучше понять универсальный закон всемирного тяготения, данный Ньютоном, и прояснит ваши основы, связанные с ним.
Универсальный закон всемирного тяготения Исаака НьютонаQ1. В чем смысл инерции?
Объект движется из-за скорости, а инерция — это сопротивление, которое объект оказывает при изменении своей скорости. Сюда входят изменения скорости или направления движения объекта. Это физическая сила, которая удерживает вещи на месте или заставляет их двигаться в том направлении, в котором они движутся. Это один из самых важных терминов в физике.
Q2. Что такое пятый закон Ньютона?
Вы можете подумать, что все мы слышали только о трех законах движения, придуманных Ньютоном, так что же это за пятый закон? Пятый закон гласит, что на каждое действие (силу) существует реактивная сила, причем силы действия и противодействия равны по величине и противоположны по направлению и действуют на разные тела .
Часто действие/реакция происходит через контактные силы. В качестве примера можно привести две машины, отталкивающиеся друг от друга.
Q3. От чего зависит закон всемирного тяготения?
Есть много вещей, которые должны попасть в нужное место, чтобы закон сработал. То же самое и с этим законом гравитации. Закон Ньютона гласит, что сила притяжения между любыми двумя объектами зависит от двух факторов: массы объектов и расстояния между ними. Объекты с большей массой имеют более сильную силу тяжести между собой.
Q4. Почему закон всемирного тяготения важен для нас?
Гравитация действует на всех нас и влияет на работу вещей. Есть много факторов, которые делают этот закон очень важным для нас. Важность универсального закона всемирного тяготения заключается в том, что с его помощью удалось объяснить многие явления, такие как: как разные объекты в этой вселенной влияют на другие, как гравитация отвечает за вес тела и удерживает нас на земле, как движение Луны происходит вокруг Земли, среди других подобных явлений.
Q5. Каковы некоторые примеры закона всемирного тяготения?
Некоторые примеры этого закона:
- Падение предмета вниз, а не вверх.
- Способность вещи оставаться на месте.
Q6. Есть ли исключения из законов движения?
Все брошенные законы имеют свои ограничения и исключения. Некоторые из них являются единственными исключениями из этого правила – фиктивными силами, возникающими в неинерциальных системах отсчета, и большинство из них не применяются в квантовой физике. Ограничение, которое имеет второй закон, только в том случае, если масса постоянна. Поскольку масса изменяется по мере того, как скорость приближается к скорости света, F = ma рассматривается как строго нерелятивистское соотношение, применимое к ускорению объектов с постоянной массой.
Q7. Какие исключения есть у закона всемирного тяготения?
Гравитация – универсальная вещь, и поэтому закон всемирного тяготения общепризнан, Но есть некоторые исключения, которые он имеет.
Применяется, когда вещь падает на землю, поэтому исключением может быть то, что предмет не падает на землю. Со временем многие ученые говорили, что этот закон во многих местах неверен и имеет некоторые лазейки. Поэтому его не следует принимать повсеместно.
Также читайте интересные факты о Ghostwriting
Q8. Какие факторы влияют на гравитацию?
Гравитация — это сила, которая действует на всю планету и удерживает все на своих местах. Но есть много вещей и факторов, влияющих на гравитацию, некоторые из которых:
- Масса тела,
- Расстояние от центра массы и
- Константа G, т.е. универсальная гравитационная постоянная.
Все эти элементы вместе работают над объектом и помогают удерживать его на месте.
Заключительные мысли о законах движения и гравитации Ньютона
Главное, что движение может показаться очень простой вещью, но когда вы удалите его слои, вы узнаете, что оно имеет свой собственный набор правил, которые за ним работают.