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牛頓萬有引力的故事
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牛頓萬有引力的故事 1
任何兩個物體之間都存在相互吸引作用。物體之間的這種吸引作用普遍存在于宇宙萬物之間，稱為萬有引力。
牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力的原因很多，主要為以下幾點：首先是科學發(fā)展的要求。
在牛頓之前，有很多天文學家在對宇宙中的星星進行觀察。
開普勒對這些觀測結果進行了分析總結，得到開普勒三定律：
(1)所有行星都繞太陽做橢圓運行，太陽在所有橢圓的公共焦點上；
(2)行星的向徑在相等的時間內掃過相等的面積；
(3)所有行星軌道半長軸的三次方跟公轉周期的二次方的比值都相等。
開普勒三定律是不容置疑的，但為什么會這樣呢?是什么讓它們做加速不為零的運動?
牛頓經(jīng)過研究思考解決了這個問題：物體之間存在萬有引力。
當然，他發(fā)現(xiàn)萬有引力定律是一個漫長而曲折的過程。
其次是個人原因。牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，雖然是科學發(fā)展的要求，生產(chǎn)力發(fā)展的原因，但我們不能忽略牛頓本人的一些因素——聰明，勤于思考，擁有一定的知識量。
據(jù)《物理學史》記載，牛頓在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的那一段時間，真正地廢寢忘食(每天魂不守舍，在食堂吃飯，飯碗在前，他在發(fā)呆。去食堂吃飯，卻走錯了方向。一些老師在校園后的沙灘上散步時，看見了一些古怪的算式和符號)。
1669年，他年僅26歲，就擔任了劍橋的數(shù)學教授，1672年當選為英國皇家學會會員。
英國皇家學會不是一般人能進去的，那是科學研究中心，里面都是一流的科學家。
1666年，23歲的艾薩克·牛頓還是劍橋大學圣三一學院三年級的學生。看到他白皙的皮膚和金色的長發(fā)，很多人以為他還是個孩子。他身體瘦小，沉默寡言，性格嚴肅，這使人們更加相信他還是個孩子。他那雙銳利的眼睛和整天寫滿怒氣的表情更是拒人于千里之外。
黑死病席卷了倫敦，奪走了很多人的生命，那確實是段可怕的日子。
大學被迫關閉，像艾薩克·牛頓這樣熱衷于學術的人只好返回安全的鄉(xiāng)村，期待著席卷城市的病魔早日離去。
在鄉(xiāng)村的日子里，牛頓一直被這樣的問題困惑：是什么力量驅使月球圍繞地球轉，地球圍繞太陽轉?為什么月球不會掉落到地球上?為什么地球不會掉落到太陽上?
坐在姐姐的果園里，牛頓聽到熟悉的聲音，“咚”的一聲，一只蘋果落到草地上。
他急忙轉頭觀察第二只蘋果落地。第二只蘋果從外伸的樹枝上落下，在地上反彈了一下，靜靜地躺在草地上。
蘋果落地雖沒有給牛頓提供答案，但卻激發(fā)這位年輕的科學家思考一個新問題：蘋果會落地，而月球卻不會掉落到地球上，蘋果和月亮之間存在什么不同呢?
第二天早晨，天氣晴朗，牛頓看見小外甥正在玩小球。他手上拴著一條皮筋，皮筋的另一端系著小球。他先慢慢地搖擺小球，然后越來越快，最后小球就徑直拋出。
牛頓猛地意識到月球和小球的運動極為相像。
兩種力量作用于小球，這兩種力量是向外的推動力和皮筋的拉力。
同樣，也有兩種力量作用于月球，即月球運行的“推動力”和“重力”的拉力。
正是在重力作用下，蘋果才會落地。牛頓首次認為，重力不僅僅是行星和恒星之間的作用力，有可能是普遍存在的吸引力，不但適用于碩大的天體之間，而且適用于各種體積的物體之間。
蘋果落地、雨滴降落和行星沿著軌道圍繞太陽運行都是萬有引力作用的結果。人們普遍認為，適用于地球的`自然定律與太空中的定律大相徑庭。
牛頓的萬有引力定律沉重打擊了這一觀點，它告訴人們，支配自然和宇宙的法則是很簡單的。牛頓推動了引力定律的發(fā)展，指出萬有引力不僅僅是星體的特征，也是所有物體的特征。作為所有最重要的科學定律之一，萬有引力定律及其數(shù)學公式已成為整個物理學的基石。
當時牛頓提出了萬有引力理論，得出萬有引力的公式，F(xiàn)=Gm1m2/r2。因為公式中的“G”數(shù)值實在太小了，直到1798年英國物理學家卡文迪許利用著名的卡文迪許扭秤(即卡文迪許實驗)才較精確地測出了引力恒量的數(shù)值。萬有引力定律是牛頓在1687年出版的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中首先提出的。
牛頓利用萬有引力定律不僅說明了行星運動規(guī)律，而且還指出木星、土星的衛(wèi)星圍繞行星也有同樣的運動規(guī)律。他認為月球除了受到地球的引力外，還受到太陽的引力，從而解釋了月球運動中早已發(fā)現(xiàn)的二均差、出差等。另外，他還解釋了彗星的運動軌道和地球上的潮汐現(xiàn)象。
根據(jù)萬有引力定律成功地預言并發(fā)現(xiàn)了海王星。萬有引力定律出現(xiàn)后，才正式把研究天體的運動建立在力學理論的基礎上，從而創(chuàng)立了天體力學。簡單地說，質量越大的東西產(chǎn)生的引力越大，地球的質量產(chǎn)生的引力足夠把地球上的東西全部抓牢。
17世紀早期，人們已經(jīng)能夠區(qū)分很多力，比如摩擦力、重力、空氣阻力、電力和人力等。牛頓首次將這些看似不同的力準確地歸結到萬有引力概念里：蘋果落地，人有體重，月亮圍繞地球轉，所有這些現(xiàn)象都是由相同原因引起的。牛頓的萬有引力定律簡單易懂，涵蓋面廣。牛頓的萬有引力概念是所有科學中最實用的概念之一。牛頓認為萬有引力是所有物質的基本特征，這成為大部分物理科學的理論基石。
牛頓萬有引力的故事 2
1666年的秋天，在英國北部林肯郡一個名叫烏爾斯索普的村莊里，發(fā)生了這樣一件"小事":一天傍晚，學習了一天的牛頓感到有些疲倦，他想休息一下，于是，信步來到自家的蘋果園里，坐在一棵蘋果樹下，欣賞著滿園的果實.面對這美妙和諧的大自然，牛頓總是隱隱約約地感到，在神秘的自然界后面，一定有某種規(guī)律在支配著它的運動，可是這個規(guī)律是什么呢?蘋果的陣陣幽香，不知不覺又使牛頓沉浸于天體運動之謎的思考之中.。
一個蘋果從恰好樹上落下來。這時候，他忽然想到，為什么蘋果總是垂直落向地面呢?為什么蘋果不向外側或向上運動，而總是向著地球中心運動呢?無疑地，這是地球向下拉著它，有一個向下的拉力作用在物體上，而且這個向下的拉力總和必須指向地球中心，而不是指向地球的其他部分。所以蘋果總是垂直下落，或者總是朝向地球的.中心。蘋果向著地球，也可看成是地球向著蘋果，物體和物體之間是相互朝著對方運動的。物體之間的作用力必須正比于它們的質量。
這個力，就是我們后來所稱的萬有引力。
牛頓萬有引力的故事 3
牛頓二十三歲時，鼠疫流行于倫敦。劍橋大學為預防學生受傳染，通告學生休學回家避疫，學校暫時關閉。牛頓回到故鄉(xiāng)林肯郡鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下度過的休學日子里，他從沒間斷過學習和研究。萬有引力、微積分、光的分析等發(fā)明的基礎工作，都是這個期間完成的。
那時，鄉(xiāng)下的孩子是常常用投石器打幾個轉轉之后，把石拋得很遠。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉過，而牛奶不掉下來。
這些事實使他懷疑起來：“什么力量使投石器里面的石頭，以及水桶里的牛奶不掉下來呢？對于這個問題，他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他從浩瀚的宇宙太空，周行不息的行星，廣寒的月球，直至龐大的地球，進而想到這些龐然大物之間力的相互作用。這時，牛頓一頭扎進”引力“的計算和驗證中了。牛頓計劃用這個原理驗證太陽系各行星的行動規(guī)律。他首先推求月球距地球的距離，由于引用的資料數(shù)據(jù)不正確，計算的結果錯了。因為依理推算月球圍繞地球轉，每分鐘的向心加速度應是十六英尺，但據(jù)推算僅得十三點九英尺。在失敗的困境中，牛頓毫不灰心和氣餒，反而以更大的努力進行辛勤地研究。整整經(jīng)過了七個春秋寒暑，到三十歲時終于把舉世聞名的”萬有引力定律“全面證明出來，奠定了理論天文學、天體力學的基礎。
這時期牛頓還對光學進行了研究，發(fā)現(xiàn)了顏色的'根源。一次，他在用自制望遠鏡觀察天體時，無論怎樣調整鏡片，視點總是不清楚。他想，這可能與光線的折光有關。接著就實驗起來。他在暗室的窗戶上留一個小圓孔用來透光，在室內窗孔后放一個三棱鏡，在三棱鏡后掛好白屏接受通過三棱鏡折進的光。結果，大出意外，牛頓驚異地看到，白屏上所接受的折光呈橢圓形，兩端現(xiàn)出多彩的顏色來。對這個奇異的現(xiàn)象，牛頓進行了深入的思考。得知光受折射后，太陽的白光散為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。因此，白光（陽光）是由紅、橙、黃、綠、藍、 靛、紫七色光線匯合而成。自然界雨后天晴，陽光經(jīng)過天空中余圍的雨滴的折射、反射，形成五彩繽紛的虹霓，正是這個道理。
經(jīng)過進一步研究，牛頓指出世界萬物所以有顏色，并非其自身有顏色。太陽普照萬物，各物體只吸收它所接受的顏色，而將它所不能接受的顏色反射出來。這反射出來的顏色就是人們見到的各種物體的顏色。這一學說準確地道出顏色的根源，世界上自古以來所出現(xiàn)的各種顏色學說都被它所推翻。
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