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            科學百科 | 萬有引力的誕生

            被蘋果"砸”出來的定律

            在英國北部林肯郡,有一個名叫烏爾斯索普的村莊。1642年12月25日清晨,艾撒克·牛頓就誕生在這個村莊里。牛頓從小就非常喜歡數學,并且注意觀察周圍的事物,他還喜歡動手制作各種各樣的機械玩具。

            牛頓勤奮好學,當他以優異的成績考入著名的劍橋大學三一學院時,剛好19歲。學校強大的師資力量、濃厚的學術氛圍及優良的硬件設施,為他提供了一個絕好的學習環境,使他受益匪淺。他在大學期間學習更加刻苦,悉心鉆研數學、光學和天文學,這為他將來在物理學領域取得舉世矚目的成就奠定了堅實的基礎。

            艾撒克·牛頓是世界杰出的自然科學家,17世紀自然科學革命的首要人物。他在物理學、天文學、數學等領域都作出了卓越的貢獻。他也因此而成為第一位被英王授予爵士頭銜的自然科學家。

            牛頓于1665年畢業后,被劍橋大學的研究室留用,他的科研生涯也從此開始了。不久以后,為了躲避一場傳染病,牛頓回到了家鄉——林肯郡烏爾斯索普。一天,牛頓在一棵蘋果樹下專心思考問題,忽然一個蘋果從樹上掉下來,剛巧落在牛頓的腦袋上。蘋果落地本來屬于一種平常的自然現象,

            千百年來人們視為理所當然,從未想過其中的原因。而牛頓看著已滾落到一旁的蘋果卻陷入了深思。他想,蘋果為什么不是向上飛去而是往下掉呢?如果說蘋果往下掉是因為它有重量,那么重量又是如何產生的呢?他認為,也許有某種力量存在于地球上,能把一切東西都吸向它。每一件物體的重量,也許就是受這種地球引力而產生的。這說明地球和蘋果之間互有引力,進一步來看,整個宇宙空間都可能存在這種引力。就這樣,牛頓將思考的問題由一個落地的蘋果引向了星體的運行。

            根據牛頓運動第三定律,如果一個物體向另一個物體施加一個作用力,那么第二個物體就向第一個物體施加一個大小相等、方向相反的力,稱為反作用力。

            落體

            引力作用于兩個物體之間,并且把它們拉往一處。如果這兩個物體的質量不相同,那么,這個不均衡的“拉力”會將較輕的物體拉向較重的物體。在地球上,我們會注意到,當物體往下掉的時候,總是朝向地球的方向落下來。大約在400年以前,意大利物理及天文學家伽利略對落體做了一項實驗。最后,他發現地心引力使得任何物體落下來的速度幾乎是一樣的(之所以稍有不同,是因為不同物體所受空氣阻力不同),即輕的物體和重的物體下落的速度相等。因此,在一個真空環境下,一片羽毛落下來的速度和一個蘋果落下來的速度是一樣的。

            此后,牛頓繼續對這個問題進行深入的探索和思考,他進一步推測:太陽對各個行星必定也有吸引作用,不然各個行星不會圍繞著太陽運轉。

            牛頓在經過反復思考和探索后,得出結論:宇宙的定律就是質量與質量間的相互吸引。從恒星到恒星,從行星到行星,這樣相互吸引的交互作用遍及整個宇宙,使宇宙間的任何一種事物都在既定的時間,依照它既定的軌道,向著既定的位置運動。這種存在于整個宇宙空間的相互吸引作用,牛頓將其稱為“萬有引力”。

            自1665年開始,牛頓就用嚴密的數學手段對物體運動的規律和理論來進行進一步的研究和論證。牛頓從力學的角度分析后認為,開普勒所提出的行星運動的3個定律的基礎都在于萬有引力的作用。于是,牛頓決定從這些定律入手,通過一個定律的基礎都在于萬有引力的作用。于是,牛頓決定從這些定律入手,通過一系列嚴格的數學推論,用微積分證明:開普勒第一定律所表明的是,太陽作用于某一行星的力是吸引力,吸引力的大小與太陽中心到行星的距離的平方成反比;而開普勒第二定律則表明,作用于行星的力是沿著太陽和行星的連線方向,這個力只能起源于太陽;然而,太陽對于不同行星的吸引力都遵循平方反比關系,這則是開普勒第三定律要表明的。在這些論證的基礎上,牛頓進一步分析研究天體運動,最終得出了萬有引力定律。

            《數學原理》一書被評價為科學史上最偉大的著作,在這本書中,牛頓為以后300年的力學研究打下了基礎。

             

             

             

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