Теория тяготения Ньютона

АВТОНОМНАЯ  НЕКОММЕРЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЕВРАЗИЙСКИЙ ОТКРЫТЫЙ ИНСТИТУТ

 

 

 

 

 

Кафедра

Экономики и финансов.

 

 

 

 

 

Реферат

 

по дисциплине

 

«Концепции современного естествознания»

 

                               на тему: «Теория тяготения Ньютона».

 

 

 

 

   Выполнил:

                                                                                                                    Студентка                

                                                                                                                  гр. ЗЭ-109п

                                                                                                          Прокушева М. В.                                                                               

  Проверил:

                                                                                                               Алексеев С.И.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

Введение. Жизненный путь Исаака  Ньютона……………………………3

Глава 1.

Оптика Ньютона.............................................................................................6

Механика Ньютона........................................................................................7

Глава 2.

Теория тяготения Исаака Ньютона……………………………………….9

Космология Ньютона……………………………………………………11

Завершение деятельности Ньютона………………………………………13

Заключение………………………………………………………………..15

Список литературы.....................................................................................16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жизненный путь  Исаака Ньютона.

                                                   

Было бы правильно сказать,

Что Ньютон не только привел

В порядок всю совокупность

Известных в то время данных,

Но и приписать его гению

Изумительную способность предвидеть

Последующие открытия и дальнейшее

Развитие науки.

Н.Бор

Исаак Ньютон родился 4 января 1643 года в семье небогатого фермера. Его  детство проходило в деревне Вулсторп недалеко от городка Грантем, где он учился в общественной школе. Воспитывала его бабушка, так как отец незадолго до его рождения умер, и мать, вторично выйдя замуж, уехала из деревни. Казалось, судьба уготовила Ньютону жизнь фермера, но стремление к знаниям, увлечение математикой, неожиданно проснувшееся в нем в школьные годы, обратил на себя внимание школьного учителя и родственников. В старости Ньютон вспоминал, что его любимым делом тогда было мастерить разные механические игрушки, солнечные часы, а в 1658 году он проделал свой первый физический эксперимент: измеряя дальность прыжка по направлению ветра, сумел определить силу ветра во время бури. Родственники уговорили мать Исаака не препятствовать его дальнейшему образованию, и в 1661 году он был принят в Тринити-колледж на правах субсайзера-бедного студента, в обязанности которого входило также прислуживание членам колледжа и '' действительным ''  студентам. Знаменитый колледж, основанный в 1546 году, за 400 лет существования сыграл громадную роль в развитии английской культуры и науки.

              Выдающиеся способности и прилежание Ньютона позволили ему быстро пройти все ступеньки иерархической лестницы академических знаний. В 1669 году он получил почетную Люкасовскую кафедру и читал в Кембриджском университете лекции по оптике и математике. Все остальное время молодой учитель посвящал научным исследованиям. Это самый плодотворный период в жизни Ньютона, в течение которого были сделаны почти все его  основные открытия. Особенно результативным были почти два года  его вынужденного пребывания в родной деревне Вулсторп (1665-1667) во время страшной эпидемии чумы, охватившей всю Англию. Именно здесь он создает свою первоклассную оптическую лабораторию и проводит первые эксперименты по разложению света в призмах, разрабатывает основные теории '' флюксий ''   -дифференциальное и интегральное исчисление, раздумывает о всемирном тяготении и получает закон уменьшения силы тяжести с расстоянием. Но мир узнает обо всех этих открытиях два десятка лет спустя. Ньютон был человеком очень осторожным, не выносившим торопливости в работе.

        В 1668 году в результате большого и увлеченного труда, в котором проявилось искусство Ньютона как химика и металлурга, была изготовлена модель телескопа нового типа. Первый телескоп-рефлектор имел диаметр зеркала всего 2,5 см  и длину 15 см, но этот крохотный инструмент мог давать изображение не хуже громоздких телескопов с линзами. Благодаря этому изобретению имя Ньютона становится известным и в январе 1672 года его избирают в Лондонское Королевское общество. Через гол на заседании общества он зачитывает свой мемуар '' Новая теория света и цветов '', в котором изложены его гениальные экспериментальные исследования по диспепсии света. Мемуар был составлен ученым на основе лекции по оптике, которые он читал в 1669-1671 годах студентам  Кембриджа. Его совершенно новая, революционная теория о цветах, построенная на основе убедительных экспериментов, полностью отвергла старые воззрения о свете и цвете, идущие еще от Аристотеля. Согласно этим воззрениям, разные цвета света объяснялись различными пропорциями между светом и тенью, взаимодействием света с веществом. Ньютон первым показал, что реально существуют монохроматические лучи разной цветности и белый, обычный свет есть смесь этих лучей.

          В конце 1675 года Ньютон присылает в Королевское общество еще один оптический мемуар, в котором описывает знаменитые опыты, приведшие к открытию так называемых колец Ньютона. На основании этих опытов ученый делает вывод о '' периодичности '' в распространении света. В переписке с Гуком-сторонником волновой природы света - Ньютон анализирует все преимущества и недостатки волновой концепции и склоняется к некоторым дуализму природы света, предвосхищая основную идею квантовой физики. Однако он не   развивает своих гипотез о природе света. Ему ближе была эмиссионная теория, позволявшая просто объяснить закон прямолинейного распространения света. Это дало основание ученикам и последователям Ньютона считать его основоположником корпускулярной теории света, и авторитет великого ученого искусственно сдерживал развитие волновой оптики вплоть до появления работ  Юнга и Френеля.

           Болезненно воспринимая любую критику своих работ, Ньютон решает не публиковать сочинений по оптике. И его '' Оптика'', в которой он собрал все свои исследования световых явлений, выходит лишь в 1704 году, через год после смерти  Р.Гука-основного критика и претендента на многие открытия Ньютона. Эта книга и в настоящее время служит образцом описания тонкого и измуного физического эксперимента, а опыты с призмой стали классическими и неизменно демонстрируются на уроках физике.

        

 

 

 

 

Глава 1.

Оптика Ньютона.

Тематика наблюдения у Ньютона не очень обширна, выбраны очень простые объекты (волос, полуплоскость, прямоугольная и клиновидные щели) чтобы действие побочных факторов не мешало выяснению основных причин явления. В первых двух книгах '' Оптики ''предложения '' и ''наблюдения '' всюду разделяются либо вначале следует четко сформулированный тезис, а затем он доказывается опытами, либо этот тезис появляется на основе анализа предшествующих наблюдений.

          В третьей книге изложение построено по-иному. Формально здесь вообще нет '' предложений ''. Этим Ньютон, видимо хотел подчеркнуть отсутствие полной ясности в вопросе, которое, по его мнению, объясняется недостатком экспериментальных данных: '' Производя предыдущие наблюдения, я намеривался повторить большинство из них с большей тщательностью и точностью и сделать некоторые новые наблюдения для определения способа, каковым лучи света изгибаются при их прохождении около тел, создавая цветные каемки с темными линиями между ними. Но я был тогда прерван, и не могу теперь думать о том, чтобы приняться за дальнейшее рассмотрение этих предметов. Ввиду того, что я не завершил этой части моего плана, я закончу предложением только нескольких вопросов для дальнейшего исследования, которое произведут другие ''.

           При чтении третьей книги '' Оптики '' очень трудно освободиться от ощущений, что все дифракционные опыты ставились по заранее продуманному плану после того, как была сформулирована теория этих опытов. Исследователь творчества Ньютона лорд Кейне однажды сказал о Ньютоне: '' Я подозреваю, что его эксперименты были всегда средством не для открытия, а только для проверки того, что он уже знал ''.

        

 

 

 

 

Механика Ньютона.

 

От оптических исследований ученый постепенно переходит  к проблемам механики. Первые идеи о всемирном тяготении появляются у него во время 

'' вулсторпского отпуска ''. Именно к этому периоду относится знаменитая легенда о '' ньютоновском яблоке'', и падение которого озарило ученого. К проблеме обоснования кеплеровских законов движения планет Ньютон в дальнейшем подходит неоднократно: в 1679 году его стимулирует к этому письмо Р. Гука, а в 1684 году, когда были получены более точные данные о размерах Земли, расстояние от  Земли до Луны и обоснование эллиптичесих орбит стало жгучей проблемой дня, друг ученого астроном Э.Галлей настойчиво требует от Ньютона окончательного решения. В 1687 году благодаря усилиям Галлея выходит в свет книга Ньютона под названием  '' ''Математические начала натуральной философии ''

           В истории естествознания не было события более крупного, чем появления '' Начал Ньютона…Ньютоновое учение о пространстве времени, массах и силах давало общую схему для решения любых конкретных задач механики, физики и астрономии. Величественный пример системы мира, разобранный Ньютоном, увенчанный открытием всемирного тяготения, увлекал науку на этот новый путь, на применение ньютоновой схемы ко всем  разделам физики. Возникла '' классическая физика '' по образу и подобию  '' ''Начал'' .*

            Его '' метод принципов '', глубоко реализованный в отмеченных физических работах, заключается в следующем. На основе опыта формулируется наиболее  общие закономерности-аксиомы или так называемые принципы, и из них дедуктивным путем выводится отдельные законы и положения, которые должны быть проверены на опыте . Согласие с опытом этих следствий служит гарантией справедливости основных положений теории. Этот путь построения физического знания оказался необычайно плодотворным, и все последующие великие теории ( электродинамика, термодинамика, теория относительности, квантовая теория-Бура ) построены именно так.

             Свой метод Ньютон противопоставил господствовавшему тогда в естествознании стремлению, во что бы то ни стало объяснить явления даже с помощью не обоснованных опытом гипотез, догадок и спекуляции. Ньютон полагал, что на такой основе построить истинную физическую теорию нельзя. Если на данном этапе нет возможности объяснить причины, то следует ограничиться установлением из экспериментов реальной закономерности. Отсюда его решительное кредо: '' Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою; гипотезом же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии, пишет он в '' Общем поучении '' второго издания '' Начал ''.

*Вавилов о трудах Ньютона- Г.М.Голин ''Классики физической науки ''

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2.

Теория тяготения Исаака Ньютона.

 

С именем Ньютона связано открытие или окончательная формулировка основных законов динамики: закона инерции, пропорциональности между количеством движения mv и движущей силы.

 Равенство по величине и противоположности по направлению сил при центральном характере взаимодействия. Вершиной науки Ньютона стала его теория тяготения и провозглашение первого действительно универсального закона природы - закон всемирного тяготения.

           В 1666 году у Ньютона возникает идея всемирного тяготения, его родство с силой тяжести на Земле и идея о том, каким образом можно вычислить силу тяготения. Показание тождества силы тяжести на Земле  и идея о том, каким образом можно вычислить  силу тяготения. Показание тождества силы тяжести на земле  Ньютон проводит на основе вычисления центростремительного ускорения Луны в ее обращении вокруг Земли, уменьшив это ускорение пропорционально квадрату расстояния Луны от Земли, он устанавливает, что оно равно ускорению силы тяжести у земной поверхностью. Обобщая эти результаты, Ньютон сделал вывод, что для всех планет имеет место притяжение  к Солнцу, что все планеты тяготеют друг к другу с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Далее Ньютон выдвинул тезис, в соответствии с которым сила тяжести пропорциональна лишь количеству материи (массе) и не зависит от формы материала и других свойств тела. Развивая это положение, Ньютон формулирует закон всемирного тяготения.

    Древняя идея взаимного стремления тел друг к другу ('' любви '') благодаря Ньютону освободилось от антропоморфности и таинственности. В теории Ньютона  тяготение предстало как универсальная сила, которая появляется между любыми материальными частицами независимо от их конкретных качеств и состава, всегда пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон показал неразрывную связь, взаимообусловленность законов Кеплера и закона изменения действия силы тяготения обратно пропорционально квадрату расстояния. Законы движения планет представляли как следствия закона всемирного тяготения. Причину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов.                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Космология Ньютона.

 

Несмотря на свой знаменитый девиз '' Гипотез не измышляю! '', Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии.