Izaokas Niutonas — fizikos, matematikos ir gravitacijos pradininkas
Izaokas Niutonas — gravitacijos, optikos ir matematikos pradininkas. Sužinokite apie Principia, judėjimo dėsnius ir jo gilų poveikį mokslo raidai.
Seras Izaokas Niutonas FRS PRS (1642 m. gruodžio 25 d. - 1726 m. kovo 20 d.) - anglų fizikas, matematikas ir astronomas. Jis gerai žinomas dėl savo darbų apie judėjimo dėsnius, optiką, gravitaciją ir skaičiavimą. 1687 m. Niutonas išleido knygą "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", kurioje pateikė visuotinės traukos teoriją ir tris judėjimo dėsnius.
Ankstyvas gyvenimas ir išsilavinimas
Izaokas Niutonas gimė Woolsthorpe (Lincolnshire) apskrityje. Jaunystėje mokėsi vietinėje mokykloje, vėliau įstojo į Kembridžo universitetą, Trinity College. Per 1665–1666 m. maro protrūkį, kai universitetai laikinai užsidarė, jis dirbo namuose — šiuo laikotarpiu jam gimė daug svarbių idėjų apie skaičiavimą, optiką ir gravitaciją.
Pagrindiniai moksliniai pasiekimai
- Trijų Niutono judėjimo dėsnių formulavimas, kurie sudaro klasikinės mechanikos pagrindą: inercijos dėsnis, jėgos ir pagreičio ryšys, veikimo ir poveikio dėsnis.
- Visuotinės traukos teorija — idėja, kad kiekvienas masyvus kūnas traukia kiekvieną kitą kūną jėga, proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo kvadratui. Principia įrodė, kaip ši teorija paaiškina planetų judėjimą.
- Optika — Niutonas parodė, kad balta šviesa susideda iš skirtingų spalvų, kurias galima išskaidyti prizmėje; jis siūlė šviesos dalelių (korpuskulinę) teoriją ir sukonstravo pirmą praktinį atspindintį teleskopą (Newtono teleskopą).
- Matematika ir skaičiavimas — Niutonas išvystė fluxijų (fluxions) metodą, kuris yra skaičiavimo (kalkuliuso) pagrindas; šio darbo autorystė vėliau tapo ginčų objektu su Gotfriedu Leibnicu.
Trumpas Niutono dėsnių paaiškinimas
- Pirmasis dėsnis (inercija): kūnas lieka ramybėje arba juda tiesiai tolygiai, kol jėga nepakeičia jo būsenos.
- Antrasis dėsnis: pagreitis yra proporcingas veikiančiai jėgai ir atvirkščiai proporcingas masės dydžiui (F = m·a).
- Trečiasis dėsnis: kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija.
Optikos eksperimentai ir teleskopas
1668 m. Niutonas sukonstravo pirmąjį praktiškai pritaikomą atspindintį teleskopą. Jo konstrukcija išsprendė chromatines aberacijas, būdingas lęšiniams teleskopams. Niutono prizmės eksperimentai parodė, kad prizmė tik išskiria jau esamą skirtingų bangų ilgį šviesą, o ne sukuria spalvų — tai pakeitė supratimą apie šviesos prigimtį.
Skaičiavimas ir ginčas su Leibnicu
Niutonas sukūrė fluxijų metodą, leidusį spręsti skaičiuotinius uždavinius susijusius su kaita ir judėjimu. Tačiau tuo pat metu panašius metodus plėtojo ir Gottfried Wilhelm Leibniz. Abi pusės vėliau įsivėlė į autorystės ginčą dėl prioritetų; ši diskusija buvo viena garsiausių mokslinės istorijos konfliktų.
Kiti darbai ir pareigos
Be teorinių tyrimų, Niutonas ėmėsi ir praktinių pareigų: buvo Kembridžo profesorius, vėliau — Royal Society prezidentas (nuo 1703 m.), taip pat 1696–1701 m. užėmė Valstybės Pinigų kalyklos (Warden, vėliau Master of the Mint) pareigas. Jis prisidėjo prie monetų pertvarkos ir kovojo su klastojimu. 1705 m. Niutonas buvo suteiktas riterio titulas (sir).
Asmenybė ir vėlesnė veikla
Niutonas buvo girdimas kaip uždaro ir kartais peikimo vengiančio būdo mokslininkas. Be fizikos ir matematikos, jis daug laiko skyrė alchemijai ir teologijai — darbai šiose srityse ilgą laiką liko nepublikuoti ar mažai žinomi. Mirė 1726 m. (1727 m. pagal kai kuriuos kalendorius) ir palaidotas Vestminsterio abatijoje.
Paveldas
Niutono idėjos apie šviesą, judėjimą ir gravitaciją dominavo fizikoje kitus tris šimtmečius, kol jas išplėtė ir tam tikrais atvejais pakeitė Alberto Einšteino reliatyvumo teorija. Niutono darbai nutiesė kelią moderniai fizikai ir inžinerijai — jo metodai ir formulės tebėra mokyklų ir universitetų programų pagrindas.
Gyvenimas
Ankstyvasis gyvenimas
Izaokas Niutonas gimė (pagal tuo metu Anglijoje galiojusį Julijaus kalendorių) 1642 m. gruodžio 25 d. (1643 m. sausio 4 d.) "valandą ar dvi po vidurnakčio" Vulsthorpo dvare Vulsthorpo prie Kolstervorto, kaimelyje Linkolnšyro grafystėje, Anglijoje. Jo tėvas, taip pat vardu Izaokas Niutonas, mirė likus trims mėnesiams iki jo gimimo. Kai Niutonui buvo treji metai, jo motina Hana Ayscough vėl ištekėjo už kunigo Barnabaso Smitho. Jaunasis Niutonas liko gyventi su savo močiute iš motinos pusės Margery Ayscough.
1655-1659 m. Niutonas mokėsi Karaliaus mokykloje Granthame. Būdamas septyniolikos, jis buvo pašalintas iš mokyklos. Motina bandė jį paversti ūkininku, bet jam tai nepatiko. Karaliaus mokyklos mokytojas Henris Stoksas (Henry Stokes) paprašė motinos grąžinti jį į mokyklą.
1661 m. birželį jis buvo išsiųstas studijuoti į Kembridžo universitetą. Kartais pasakojama, kad Izaokas Niutonas skaitė knygą po medžiu, kai šalia jo nukrito obuolys. Tai paskatino jį atlikti gravitacijos skaičiavimus.
Ankstyvieji atradimai
Niutonas matematiškai paaiškino visatos veikimą. Jis aprašė judėjimo ir gravitacijos dėsnius. Šie dėsniai - tai matematinės formulės, paaiškinančios, kaip juda objektai, kai juos veikia jėga. Savo garsiausią knygą Principia Izaokas išleido 1687 m., kai dirbo matematikos profesoriumi KembridžoTrejybėskoledže. Knygoje Principia Izaokas paaiškino tris pagrindinius dėsnius, kuriais vadovaujamasi objektams judant. Po to jis aprašė savo idėją arba teoriją apie gravitaciją. Gravitacija - tai jėga, dėl kurios daiktai krenta žemyn. Jei pieštukas nukristų nuo stalo, jis nukristų ant grindų, o ne ant lubų. Savo knygoje Izaokas taip pat pasinaudojo savo dėsniais, kad įrodytų, jog planetos aplink saulę sukasi ne apvaliomis, o ovaliomis orbitomis. Izaokas taip pat atrado difrakciją. Tai paskatino jį pradėti dirbti fizikos srityje, kurioje jam puikiai sekėsi.
Trys Niutono judėjimo dėsniai
Toliau pateikiami trys judėjimo dėsniai.
- Pirmasis dėsnis (inercijos dėsnis)
Pirmasis Niutono judėjimo dėsnis teigia, kad objektas, kurio nestumia arba netraukia kokia nors jėga, nejuda arba juda tiesia linija pastoviu greičiu. Nesunku suprasti, kad raketa nejudės, jei jos niekas nestums arba netrauks. Sunkiau suprasti, kad objektas ir toliau judės be pagalbos. Dar kartą pagalvokite apie raketą. Jei kas nors skrieja raketa ir iššoka iš jos, kol raketa dar nesustojo, kas atsitiks? Raketa toliau skrenda, kol išskrenda į kosmosą. Objekto polinkis nejudėti arba toliau judėti tiesia linija pastoviu greičiu vadinamas inercija.
- Antrasis dėsnis (pagreičio dėsnis)
Antrasis dėsnis paaiškina, kaip jėga veikia objektą. Objektas greitėja ta kryptimi, kuria jį judina jėga. Jei kas nors sėda ant dviračio ir spaudžia pedalus į priekį, dviratis pradeda judėti. Jei kas nors stumtelės dviratį iš nugaros, dviratis pagreitės. Jei dviratininkas pedalus paspaus atgal, dviratis sulėtės. Jei dviratininkas pasuks vairą, dviratis pakeis kryptį. Šį dėsnį parodo formulė F=m*a, arba objektą veikianti jėga lygi masės ir pagreičio sandaugai.
- Trečiasis dėsnis (Abipusių veiksmų dėsnis)
Trečiasis dėsnis teigia, kad jei objektas stumiamas arba traukiamas, jis bus stumiamas arba traukiamas lygiai taip pat priešinga kryptimi. Jei kas nors kelia sunkią dėžę, jis naudoja jėgą, kad ją pastumtų. Dėžė yra sunki, nes ji sukelia vienodą jėgą žemyn kėlėjo rankoms. Svoris perduodamas per kėlėjo kojas į grindis. Grindys lygia jėga spaudžia aukštyn. Jei grindys stumtų atgal mažesne jėga, dėžę keliantis žmogus kristų per grindis. Jei grindys atsitrauktų didesne jėga, kėlėjas pakiltų į orą.
Gravitacijos dėsnio atradimas
Kai dauguma žmonių galvoja apie Izaoką Niutoną, įsivaizduoja jį sėdintį po obelimi ir stebintį, kaip krenta obuolys. Kai kurie žmonės net mano, kad obuolys nukrito jam ant galvos. Niutonas suprato, kad tokie daiktai kaip obuoliai krenta ant žemės dėl tam tikros jėgos - jėgos, kurią vadiname gravitacija. Niutonas manė, kad gravitacija - tai traukos jėga tarp dviejų objektų, pavyzdžiui, obuolio ir žemės. Jis taip pat manė, kad objektas, turintis daugiau medžiagos, mažesnius objektus veikia tokia pat jėga, kokia jie veikia jį. Tai reiškė, kad didelė Žemės masė traukia objektus link jos. Štai kodėl obuolys krito žemyn, o ne aukštyn, ir kodėl žmonės neplaukia ore.
Izaokas Niutonas toliau mąstė apie gravitaciją. Iki Niutono žmonės manė, kad žemyn krenta tik arti žemės esantys daiktai. Tačiau Niutonas manė, kad gravitacija turėtų apsiriboti ne tik žeme ir joje esančiais objektais. Kas būtų, jei gravitacija pasiektų Mėnulį ir dar toliau?
Niutonas išrado formulę dviejų kūnų traukos jėgai apskaičiuoti. Jis ja pasinaudojo apskaičiuodamas jėgą, kurios reikia, kad Mėnulis judėtų aplink Žemę. Tuomet jis palygino ją su jėga, kuri verčia obuolį kristi žemyn. Atsižvelgęs į tai, kad mėnulis yra daug toliau nuo žemės ir jo masė yra daug didesnė, jis nustatė, kad jėgos yra vienodos. Mėnulį orbitoje aplink Žemę laiko Žemės traukos jėga.
Niutono išrasta formulė vadinama gravitacijos dėsniu.
Poveikis
Izaoko Niutono skaičiavimai pakeitė žmonių supratimą apie visatą. Niekas nesugebėjo paaiškinti, kodėl planetos išlieka savo orbitose. Kas jas išlaikė? Likus mažiau nei 50 metų iki Izaoko Niutono gimimo buvo manoma, kad planetas laiko nematomas skydas. Izaokas įrodė, kad jas laiko Saulės gravitacija. Jis taip pat įrodė, kad gravitacijos jėgai įtakos turi atstumas ir masė. Jis ne pirmas suprato, kad planetos orbita yra ne apskrita, o labiau pailga, panaši į ovalą. Tačiau jis sugebėjo paaiškinti, kaip tai veikia.
Seras Izaokas Niutonas pirmasis atrado gravitacijos ir judėjimo dėsnius. Jis taip pat sukūrė naują matematikos sritį, vadinamą skaičiavimu, nors tuo pat metu šias idėjas plėtojo vokietis Gotfrydas Leibnicas. Jo darbai labai prisidėjo prie mokslo ir matematikos sričių, todėl jis tapo vienu įtakingiausių mokslininkų žmonijos istorijoje ir vienu didžiausių visų laikų matematikų.
Didysis fizikas Albertas Einšteinas manė, kad Niutono gravitacijos idėja nebuvo visiškai tiksli. Jis ištaisė daugelį dalykų, kuriuos padarė Niutonas.
Mirtis
Izaokas Niutonas mirė (1727-03-31)1727 m. kovo 31 d. [1726 m. kovo 20 d.] Londone, Anglijoje.
Jis palaidotas Vestminsterio abatijoje. Jis paruošė dirvą daugeliui būsimų garsių fizikų, tokių kaip Albertas Einšteinas, Džeimsas Čadvikas ir Stivenas Hokingas.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas buvo seras Izaokas Niutonas?
A: Seras Izaokas Niutonas buvo anglų fizikas, matematikas ir astronomas.
K: Kuo jis yra gerai žinomas?
A: Jis gerai žinomas dėl savo darbų apie judėjimo dėsnius, optiką, gravitaciją ir skaičiavimą.
K: Kokią knygą jis išleido 1687 m.?
A: 1687 m. Niutonas išleido knygą "Philosophiو Naturalis Principia Mathematica", kurioje pateikė visuotinės traukos teoriją ir tris judėjimo dėsnius.
K: Ką jis išrado 1668 m.?
A: 1668 m. Niutonas sukonstravo pirmąjį praktiškai pritaikomą atspindintį teleskopą.
K: Kaip Niutonas paaiškino šviesą?
A: Niutonas sukūrė šviesos teoriją, pagrįstą stebėjimu, kad prizmė išskaido baltą šviesą į vaivorykštės spalvas.
K.: Kas dar yra jo bendrų nuopelnų kuriant skaičiavimą?
Atsakymas: Niutonas turi bendrų nuopelnų su Gotfriedu Leibnicu, sukūrusiu skaičiuotę.
K: Kiek laiko jo idėjos dominavo fizikoje, kol jas pakeitė Alberto Einšteino reliatyvumo teorija?
A: Jo idėjos apie šviesą, judėjimą ir gravitaciją dominavo fizikoje kitus tris šimtmečius, kol jas pakeitė Alberto Einšteino reliatyvumo teorija.
Ieškoti