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牛顿的科学贡献:《自然哲学的数学原理》和万有引力

时间:2023-08-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:鉴于牛顿的科学成就实在太广泛,笔者只选取与本书主题有关的部分。1687年7月5日,牛顿的《自然哲学的数学原理》出版。牛顿,一个百科全书式的科学全才,在数学、物理学和天文学方面都有巨大成就如果以F表示两个物体之间的引力,G为万有引力常量,m1为物体1的质量,m2为物体2的质量,r为两个物体之间的距离。

牛顿的科学贡献:《自然哲学的数学原理》和万有引力

鉴于牛顿科学成就实在太广泛,笔者只选取与本书主题有关的部分。

艾萨克·牛顿 (1643年1月4日至1727年3月31日),英国皇家学会会长,一个百科全书式的科学全才。他在数学、物理学和天文学方面都有巨大成就。不仅如此,作为曾经的英国皇家铸币厂厂长,他还提出了著名的金本位制度。

牛顿死后葬于威斯敏斯特教堂,其墓碑上镌刻着诗人蒲柏为其撰写的墓志铭:“自然界和自然规律隐藏在黑暗之中,上帝说:‘让牛顿去吧!’于是,宇宙一片光明。”

在感情方面,牛顿还是一个痴情人。在格兰瑟姆的国王中学读书时,他寄宿在药剂师威廉·克拉克的家中。在这里,他和药剂师的继女相爱,并在19岁时前往剑桥大学求学之前,与她正式订婚。然而,这位女子最后移情别恋,与他人成婚。自此,牛顿再无罗曼史,终生未娶。

1687年7月5日,牛顿的《自然哲学数学原理》(现常简称作《原理》)出版。法国科学家拉普拉斯认为:“《原理》是人类智慧的产物中最卓越的杰作。”

《原理》中记述了万有引力定律:任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

牛顿,一个百科全书式的科学全才,在数学、物理学和天文学方面都有巨大成就

如果以F表示两个物体之间的引力,G为万有引力常量,m1为物体1的质量,m2为物体2的质量,r为两个物体之间的距离。则万有引力定律表示为F=Gm1m2/r^2。(www.xing528.com)

《原理》中还提出了著名的牛顿三大运动定律。

牛顿第一运动定律,又叫惯性定律,其具体内容是:一切物体在没有受到力的作用的时候,运动状态不会发生改变,静止的物体将永远保持静止,运动的物体将永远保持匀速直线运动

牛顿第二运动定律,又叫加速度定律,其具体内容是:物体受到合外力的作用会产生加速度,加速度的方向和合外力的方向相同,加速度的大小与合外力的大小成正比,而与物体的自身惯性质量成反比。

牛顿第三运动定律,又叫作用力和反作用力定律,其具体内容是:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。

牛顿的聪慧之处在于,他用一个中心概念——“力”,把三大定律统摄起来。第一定律纠正了亚里士多德关于“力是物体运动的原因”这一错误说法,正确地指出了力是物体运动方式发生改变的原因。如果没有力,物体的运动或静止状态不会发生改变。第二定律明确指出了力的效果:使物体获得加速度,其加速度的大小和力的大小有关,也和物体自身的质量有关。第三定律说明了力的本质是一种相互作用。

牛顿三大定律构成了一个完整的、严谨的逻辑体系——牛顿力学体系,该体系完成了科学的一个大统一:遥远的、硕大无比的天体,与我们身边的小石头一样,都遵循牛顿三大运动定律。甚至变幻莫测、不可琢磨的光和声音,也分别可以看成粒子和空气分子的运动,同样遵循牛顿运动定律。这无疑是人类认识史上的一个飞跃。

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