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苹果落地的启发万有引力定律

时间:2022-02-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:艾萨克·牛顿是17世纪英国伟大的科学家。万有引力定律是牛顿在探索自然界规律上的一个光辉典范,这一定律准确地揭示了自然界中一种基本的相互作用力,奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点。

艾萨克·牛顿是17世纪英国伟大的科学家。万有引力定律是牛顿在探索自然界规律上的一个光辉典范,这一定律准确地揭示了自然界中一种基本的相互作用力,奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点。

17世纪70年代,罗伯特·胡克在一次演讲‘“证明地球周年运动的尝试”中,提出了三个假设。在假设中,胡克首先使用“万有引力”这个词。他提出的三条假设,实际上已包含了有关万有引力的一切问题,所缺乏的只是定量的表述和论证。

但是,由于胡克缺乏深厚的数学基础和敏捷的逻辑思维能力,并不能像牛顿那样概括、归纳出这一定律,所以,他最终与跨时代的科学发现失之交臂。

1642年,牛顿出生在英格兰林肯郡沃尔斯索普村的一个农民家庭。12岁时,母亲送他到离家不远的格兰姆中学读书。牛顿学习非常努力,他对机械发明表现出浓厚的兴趣。1661年,牛顿考入英国著名的剑桥大学三一学院。1665年后,牛顿大学毕业,并获得学士学位。就在这一年,英国爆发了严重的瘟疫,23岁的牛顿回到了家乡。他一边帮母亲干农活,一边进行科学研究。

牛顿发现了万有引力定律。

这一年夏末的一个傍晚,牛顿走进后院的花园,坐在一棵树下,开始埋头读书,一边苦苦思索重力和行星运动的问题。这时,一个苹果落了下来,砸在牛顿的头上。这在人们看来再平常不过的事情,却引起了牛顿的思考,他自言自语地问自己:“苹果为什么总是落向地面而不是飞向天空?”

万有引力定律解释了为什么地球围绕着太阳运动,而月亮又围绕地球运动。

由苹果落地的运动牛顿继而想到了月亮绕地球的转动,难道地心引力和月球运动有什么关系?为什么苹果会落地而月球却一直在绕地球旋转?他猜想这两种运动都是由于地球的吸引力而引起的。从此,牛顿步入了研究引力问题的道路。

和其他天体相比,月亮是离地球最近的天体,人们对月亮运动的观测资料比较充分。于是,牛顿就把研究地球对月亮的吸引力作为探索万有引力问题的突破口。经过分析,他推断月亮绕地球转动的向心力等于它们之间的吸引力,但是计算结果却和他推断的不符。不久,科学界推翻了原来测得地球和月亮的有关数据,并公布准确的测量数据。牛顿根据这些数据重新进行了计算,这次计算结果和他的猜想完全一致。牛顿兴奋极了,对更多的天体进行了分析计算,其结果都和实际相符合。

最后,牛顿总结出这样的结论:所有物体之间都有相互吸引的力,这个力与相互吸引的物体质量之积成正比,同它们之间的距离的平方成反比,这就是著名的万有引力定律。

1687年,牛顿出版了《自然哲学的数学原理》一书,书中除了系统而深刻地论证了万有引力定律,还有对他所创立的力学三大定律的详细描述和论证。

万有引力定律的发现把天上的运动和地上的运动统一起来,它和牛顿力学三大定律共同奠定了力学基础,成为理论力学、天体力学、天文学、宇宙学等可以补充但不可超越的理论基石。

学海拾贝

万有引力定律奠定了现代航天的基础,随着科学技术的突飞猛进,人类登天的梦想变为现实。应用万有引力定律可以计算出正确的航天轨道和发射速度,人造天体才能发射成功。

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