Что открыл ньютон в астрономии
Исаак Ньютон: основы небесной механики
Мы должны поставить памятники из золота Кеплеру, Галилею, Декарту и на каждом написать: «Платон — друг, Аристотель — друг, но главный друг — истина».
И. Ньютон
Исаак Ньютон — выдающийся ученый, первооткрыватель закона всемирного тяготения и создатель небесной механики. С его открытий и трудов началась новая эпоха в истории точных наук.
Открытия во время чумы
Исаак Ньютон родился в семье зажиточного фермера. Его мать, оставшись вдовой, надеялась, что он возьмет в свои руки управление хозяйством. Но Исаака с юных лет привлекали различные науки, он был лучшим учеником в школе, и преподаватели уговорили женщину позволить ему продолжить образование. Исаак успешно сдал экзамены и поступил на бесплатное обучение в Кембридж.
Учился Ньютон фанатично, днями и ночами просиживал над книгами, забывая про еду и сон. Еще во время учебы он сделал свои первые открытия в области математики и составил список нерешенных научных проблем, над которыми собирался работать.
В 1665 году в Лондоне началась эпидемия чумы, и занятия в университете были прерваны. Ньютон вернулся домой и несколько лет интенсивно работал. Именно в эти годы молодой ученый сделал свои самые выдающиеся открытия. В тот период были заложены основы теории всемирного тяготения, но опубликовал ее Ньютон только через 20 лет.
Все слышали историю о том, как на голову Ньютону упало яблоко, и его посетило внезапное озарение. На самом деле, никаких подтверждений этой истории нет, скорее всего, это просто красивая легенда. Из дневников ученого становится понятно, что к своей теории он шел постепенно, на протяжении нескольких лет.
Несколько лет Ньютон заседал в парламенте как представитель Кембриджского университета. В те времена ходил анекдот, что он всего лишь раз взял слово, чтобы попросить закрыть окно. На самом деле, он прилежно исполнял обязанности парламентария
Ньютон был образцом рассеянного ученого, которого не волнует ничего, кроме науки. Он был постоянно сосредоточен на своих размышлениях и не замечал того, что происходит вокруг. Один из его друзей вспоминал, как Ньютон пошел за вином для гостей в погреб, там его осенила интересная идея, и он занялся вычислениями, забыв и о вине, и о гостях. Такие истории происходили с ним постоянно.
Движение, тяготение и небесная механика
В чем же заключается знаменитая теория Ньютона? Из законов движения планет, открытых Кеплером, Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который стал основополагающим для такого раздела астрономии, как небесная механика. В этом разделе законы механики используются для расчетов движения небесных тел.
Фундамент механики — это три закона движения, сформулированные Ньютоном. Первый из них — закон инерции. Согласно ему, любое тело либо остается неподвижным, либо сохраняет прямолинейное равномерное движение, если на него не действует никакая сила. Второй закон — закон силы. Если к телу будет приложена сила, то его движение ускорится; чем больше будет эта сила, тем сильнее ускорение. Ускорение также зависит от массы тела. Третий закон — закон противодействия. Любое действие вызывает равное по силе и противоположное по направлению противодействие.
Закон всемирного тяготения объяснял, почему планеты движутся вокруг Солнца, а спутники — вокруг планет, почему небесные тела имеют шарообразную форму, а на Земле происходят приливы.
До Ньютона научные теории создавались, можно сказать, на пустом месте, потому что в голову ученого пришла та или иная идея. Поэтому было много надуманных, бездоказательных гипотез, где причины явлений объяснялись некими «скрытыми свойствами». Ньютон создал современный научный метод, включающий анализ и синтез. Знание должно быть подтверждено опытом, считал Ньютон. Его слова «Гипотез не измышляю» стали девизом нового подхода к науке.
Ньютон способствовал развитию экономики Англии: много лет возглавляя Монетный двор, он провел реформу, которая благоприятно отразилась на благосостоянии страны
Исаак Ньютон (1643—1727)
Значение Исаака Ньютона в области астрономии трудно переоценить. Он явился создателем оптической лаборатории, в которой весьма успешно работал над усовершенствованием стеклянных объективов без сферической и хроматической аберрации. В 25 лет ученый изобрел отражательный телескоп (рефлектор), в котором вместо линзы употребил вогнутое сферическое зеркало, не обладающее, как известно, сферической аберрацией. В 1671 году Ньютон направил свой отражательный телескоп в Лондонское королевское общество. Ученые высоко оценили этот телескоп. Рефлекторы системы Ньютона пользовались большой славой и в усовершенствованном виде применялись астрономами в их научной работе.
Но величайшей заслугой Ньютона перед наукой является то, что он сформулировал основные законы классической механики и открыл закон всемирного тяготения.
Три основных закона механики вошли теперь во все учебники. Эти законы положены в основу всей механики и стали исходными для решения весьма широкого круга задач.
Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, формулируется так: всякие два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. На языке математики это можно записать так:
где F — сила притяжения, M1 и M2 — массы двух тел, k — коэффициент пропорциональности, который находится опытным путем, d — расстояние между телами.
Ньютон доказал, что его закон всемирного тяготения носит универсальный характер и что движение небесных тел происходит строго по закону всемирного тяготения.
Существует легенда, что поводом для размышления о всеобщем законе тяготения явилось упавшее с дерева яблоко. Долгое время любопытным экскурсантам даже показывали дерево возле дома ученого, с которого якобы свалилось замечательное яблоко. Байрон в своем «Дон Жуане» об этом повествует так:
Случилось яблоку, упавши, перервать
Глубокие Ньютона размышленья,
И говорят (не стану отвечать
За мудрецов догадки и ученья)
Нашел он в этом способ доказать
Весьма наглядно силу тяготенья. 1
Ньютон был не только астрономом, но и крупнейшим физиком и математиком. Труды его в этом направлении, как и труды по астрономии, составили целую эпоху в истории науки.
В области физики Ньютон в 1666 году обнаружил, что белый свет состоит из лучей различной преломляемости. Ученый предложил специальную установку для изучения зависимости интерференционных цветов от толщины пластинки (кольца Ньютона). Впервые среди физиков он измерил длину световой волны, начал изучение дифракции света и поляризации светового пучка при двойном преломлении. В 1675 году Ньютон выдвинул синтетическую корпускулярно-волновую гипотезу света. Он же сконструировал один из первых термометров с льняным маслом. Кроме того, Ньютон открыл закон охлаждения нагретого тела и закон сопротивления тела в вязкой жидкости.
В области математики, независимо от немецкого математика и философа Лейбница (1646—1716), Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление, на котором, можно сказать, строится почти все современное естествознание. Метод флюксий (дифференциальное исчисление) вырос у Ньютона из нужд механики. Этот метод был необходим ему как универсальный инструмент для исследования механических явлений. В своих исследованиях ученый показал, что дифференцирование и интегрирование являются взаимно обратными операциями. Ему же принадлежат фундаментальные открытия в теории бесконечных рядов, в алгебре, аналитической и проективной геометрии. Он предложил свой метод численного решения алгебраических уравнений, известный в настоящее время под названием «метод Ньютона» или «метод касательных». Замечательный ученый открыл интерполяционную формулу, которая дает явное выражение единственного многочлена n-й степени, принимающего заданные значения в n+1 точках.
. Родился Исаак Ньютон в семье небогатого фермера в небольшом местечке Вулсторп, недалеко от Кембриджа. Он был слабым ребенком. Отец умер еще до его рождения. Матери выпала тяжелая доля: во что бы то ни стало сохранить жизнь ребенка и дать ему надлежащее воспитание. Мать мечтала сделать из сына фермера, так как, по ее мнению, всякая другая профессия для него не годилась. Она полагала, что деревенский воздух, игры и забавы благотворно скажутся на здоровье сына, и не ошиблась. Получив в детстве хорошую физическую закалку, Ньютон прожил до глубокой старости (умер 84 лет). Он не знал очков, и за всю жизнь у него не выпало ни одного зуба. Умер он от каменной болезни, приступы которой обнаружил за три недели до смерти.
Когда мальчику исполнилось 12 лет, мать определила его в городскую школу в Грантеме. В школе Ньютон отличался молчаливостью, старался уединяться. Наедине мальчик любил мечтать и что-нибудь мастерить. Так, в школьные годы, дав волю своей фантазии, он сделал ветряную мельницу и самокат.
Семнадцатилетним юношей Ньютон поступил в Тринити-колледж — один из колледжей Кембриджского университета. Окончив университет, он получает степень бакалавра. Прошло еще три года, и молодой ученый удостаивается степени магистра.
Уже в студенческие годы Ньютон зарекомендовал себя как пытливый и настойчивый исследователь. В университете он доказал теорему о биноме для любого действительного показателя. С тех пор формула бинома стала называться «биномом Ньютона». Тогда же он вплотную подошел к проблеме всемирного тяготения. Позднее этой проблеме он посвятил огромный трактат «Математические начала натуральной философии». Этот труд прославил автора на весь мир и снискал ему славу «великого из великих».
26 лет от роду Ньютон унаследовал от своего учителя Исаака Барроу физико-математическую кафедру Кембриджского университета, которой он ведал более тридцати лет. Спустя четыре года он избирается членом Лондонского королевского общества. Позднее он стал его президентом.
Когда Ньютону исполнилось 53 года, он был назначен смотрителем, а затем директором Монетного двора. Здесь он осуществил большое финансовое мероприятие, которое заключалось в замене старых монет новыми. Для этой цели в течение двух лет Ньютон перечеканил всю монету в Англии, чем положил конец злоупотреблениям со старой монетой. Если раньше чеканка производилась вручную и отделка монет зависела от руки и глаза работника, то Ньютон для перечеканки применил машину, выпускавшую монеты круглыми с надписью на ободе, что почти исключало возможность всякой подделки.
Для полноты картины следует отметить, что Ньютон не чуждался и общественной деятельности. В 45 лет как представитель Кембриджского университета он избирается в члены парламента. Многие биографы считают, что роль Ньютона в парламенте была более чем скромной. Свое мнение они подкрепляют тем, что Ньютон упорно молчал на всех заседаниях парламента, за все время он произнес только одну «речь» в Палате общин. «Речь» состояла всего из трех слов, обращенных к служителю: «Закройте окно — дует!» Однако внимательное изучение деятельности Ньютона как члена парламента показывает, что прославленный ученый не был балластом в этом учреждении, а проводил большую работу по установлению контактов между университетом и правительством, о чем свидетельствует сохранившаяся переписка.
Несмотря на большую популярность, Ньютон был удивительно скромным человеком. Известно его высказывание: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». О себе он говорил так: «Не знаю, каким я кажусь людям. Самому же себе я кажусь ребенком, который играет на берегу моря и радуется, когда ему удается отыскать гладкий камушек или красивую раковину не совсем обыкновенного вида, в то время как необозримый океан истин лежит передо мною неисследованным». 2
По описанию современников, Ньютон был среднего роста, весьма солидной полноты. Согласно традиции, он носил парик. У него были умные, живые глаза. По словам историка физики Н.А. Любимова, «никакая забава, никакое удовольствие не отвлекали Ньютона от занятий. Он всю жизнь не играл ни в какую игру. Самая любовь не имела над ним силы: он никогда не знал ни ее радостей, ни ее тревог. Впрочем, в юности он был неравнодушен к одной молодой девушке, но, увы! Эта первая и единственная любовь была так холодна, молодой ученый рассуждал так благоразумно о трудностях жить вдвоем при недостаточных средствах, что алгебра могла оставаться спокойной за своего поклонника». 3 Так всю жизнь Ньютон и прожил холостым человеком, не знающим ни радостей, ни печали семейной жизни.
Погруженный в глубокие размышления, Ньютон часто не замечал окружающих и был весьма рассеян. Иногда по утрам, вставая с постели, он вдруг задумывался и в таком положении, как зачарованный, мог просидеть долгие часы, пока кто-нибудь не выводил его из этого состояния. Увлекшись работой, он совершенно забывал о еде.
Когда друзья спрашивали Ньютона, каким образом он пришел к своим великим открытиям, тот отвечал: «Непрерывным размышлением о них». При этом добавлял: «Я постоянно обращаю внимание на предмет моих изысканий и жду, пока дело начинает медленно разъясняться, мало-помалу, пока не станет вполне и всецело ясно». 4
Еще при жизни Ньютона весь мир преклонялся перед его гением. Он был почетным членом многих научных обществ и академий. Королева даровала ему титул рыцаря и возвела в дворянское звание.
В память о великом из великих ученых на стене комнаты, в которой родился Ньютон, укреплена мраморная доска с надписью:
Природа и ее законы были покрыты мраком;
И сказал бог: «Да будет Ньютон!»
И все стало светло.
Погребен Ньютон в английском национальном пантеоне в Вестминстерском аббатстве, месте упокоения великих людей страны. При погребении ему были оказаны почести, которые обычно воздавались только членам королевского дома. На могильном памятнике сделана по латыни надпись, в которой перечисляются заслуги усопшего. Надпись заканчивается словами: «Пусть смертные радуются тому, что в их среде жило такое украшение рода человеческого».
В Кембридже сооружен памятник Ньютону. На постаменте этого памятника высечены стихи Лукреция: «Разумом он превосходил род человеческий».
Примечания
1. Цит. по кн.: И.А. Любимо в. История физики, ч. III. Спб., 1886, стр. 323—324.
2. Цит. по кн.: Ф. Даннеман. История естествознания, т. II. М.—Л., 1935, стр. 230.
3. Н.А. Любимов. История физики. Спб., 1896, стр. 319.
Исаак Ньютон
Коперник доказал, что планеты — в том числе и Земля — обращаются вокруг Солнца; Кеплер открыл законы, по которым совершается обращение планет; Галилей своими наблюдениями подтвердил правильность учения Коперника. Но оставалось еще неизвестным, какая причина заставляет планеты обращаться вокруг Солнца, не падая на него и не улетая в сторону; какая сила заставляет отделившиеся от поверхности Земли предметы (например, брошенный камень или ружейную пулю) падать обратно на Землю, а не улетать в пространство.
Все это стало известно лишь спустя полтора столетия после выхода трудов Коперника, когда уже давно не было в живых ни Кеплера, ни Галилея.
В конце XVII в. гениальный английский ученый Исаак Ньютон открыл и обосновал закон всемирного тяготения, объяснивший все эти явления. Развивавшийся в ряде стран, в особенности в Голландии и Англии, капитализм предъявлял все большие требования к технике и точным наукам. Система Коперника была признана многими передовыми учеными. И церковь, при всей своей вражде к передовой науке, вынуждена была ослабить борьбу против нее. Поэтому Ньютону не пришлось разделить трагической судьбы Бруно, Галилея и Кеплера.
Исаак Ньютон. (Репродукция с картины И. М. Гурвича.)
Ньютон родился в 1643 г. в одном из провинциальных английских городов — Вулсторпе. В детстве он не испытывал склонности к науке, но в юности у него обнаружились исключительные математические способности. В 1661—1665 гг. Ньютон учился в Кембриджском университете— одном из лучших университетов Англии. В 1669 г. он был уже профессором математики этого университета. В 1696 г. он переехал в Лондон, в котором жил до самой смерти. Скончался Ньютон в 1727 г. на 85-м году жизни, будучи всемирно известным ученым.
Ньютон обогатил своими открытиями все основные области точных наук — математику и механику, физику и астрономию. И прежде астрономия не могла развиваться без помощи математики, но теперь развитие астрономии наряду с развитием физики и техники предъявляло повышенные требования к математике.
Ньютон почти одновременно с немецким ученым Лейбницем создал важнейшие разделы высшей математики — дифференциальное и интегральное исчисления.
Он внес важнейший вклад в физику: открыл сложный состав белого цвета. Оказалось, что белый солнечный луч представляет собой «смесь» многих цветов. Ньютон доказал, что при помощи призмы белый цвет можно разложить на составляющие его цвета или вновь собрать их в белый цвет. Это открытие впоследствии легло в основу спектрального анализа, который со второй половины XIX в. оказал неоценимые услуги астрономии: с его помощью оказалось возможным узнать химический состав и физическую природу далеких небесных тел.
Ньютон построил отражательный телескоп, или рефлектор, в котором, в отличие от трубы Галилея, лучи света от наблюдаемого предмета собираются при помощи зеркала, а не линзы. Вообще Ньютон очень много сделал для развития оптики — важнейшего отдела физики, занимающегося изучением световых явлений.
Но самым замечательным из всех открытий Ньютона было открытие закона всемирного тяготения, управляющего движением небесных тел.
Ньютон упорно размышлял над вопросами: почему Луна, обращаясь по своей орбите вокруг Земли, не падает на нее и не улетает в сторону? Почему в то же время «земные предметы», отделившись от Земли, неизбежно снова на нее падают?
Ньютон пришел к выводу, что между всеми телами существует взаимное притяжение (которое он назвал «тяготением»), что сила этого притяжения зависит от масс притягивающихся тел и расстояния между ними. Эта зависимость определяется следующим образом: сила притяжения (тяготения) прямо пропорциональна массам притягивающихся тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Тогда сразу стало понятно, что Луну на ее орбите удерживает сила земного притяжения, а планеты, в том числе и Землю, на их орбитах удерживает сила солнечного притяжения. И всегда тяготение действует именно так, как доказал Ньютон: в зависимости от масс тел и расстояния между ними.
Во времена Ньютона еще не было возможности проверить, действует ли этот закон далеко за пределами солнечной системы, в мире звезд. Значительно позже, когда были открыты двойные звезды — звездные «пары», в которых одна является «главной» звездой, а другая ее «спутником», удалось установить, что и здесь, в звездном мире, также действует закон Ньютона. Выяснилось, что закон тяготения действует не только в солнечной системе, но и в отдаленнейших глубинах Вселенной. Вот поэтому его и назвали законом всемирного тяготения.
Открытие закона всемирного тяготения дало возможность решить такие задачи, которые раньше считались неразрешимыми. С помощью вычислений, основанных на применении закона тяготения, ученые определили массы Солнца, Луны, Земли, планет солнечной системы и их спутников. Было доказано, что Земля не является правильным шаром, а имеет «полярное сжатие», т. е. сплюснута у полюсов, что и было подтверждено измерениями Земли.
После великого открытия Коперника и трудов Галилея и Кеплера открытие закона всемирного тяготения, сделанное Ньютоном, было новой замечательной победой науки.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Астрономия Ньютона
Вы будете перенаправлены на Автор24
Исаак Ньютон (1643-1727)
Рисунок 1. Исаак Ньютон. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В Западной Европе в XVII – XVIII веке происходило постепенное развитие капиталистических отношений в экономике, шёл подъём грамотности и уровня научных знаний.
Потребность в четких и ясных принципах навигации, как в долгих морских путешествиях, так и в странствиях по суше, стала поводом к повышению уровня астрономических и географических знаний. Также человеческий ум вело и простое любопытство, желание узнать мир как можно лучше.
В это время в Западной Европе появляется множество учёных, раздвинувших границы человеческого познания. Одним из таких великих умов и стал Исаак Ньютон, знаменитый британский учёный.
На свет, будущий великий учёный, появился 25 декабря 1643 года в английской деревне под названием Вулсторп. Отец новорождённого умер перед самым появлением маленького Исаака, и образованием его в основном занимался родной дядя. Мать мальчика вышла повторно замуж и уехала жить в иное место, а мальчика оставила на воспитание бабушке.
Уже в юности Исаак Ньютон старался много читать. В свои двенадцать лет он поступил в школу, которую закончил через четыре года. Уже в ходе учёбы в ней Исаак смог проявить свои таланты. В результате школьный учитель рекомендовал продолжить дальнейшее обучение мальчика.
В 1661 году наш герой поступает в университет в городе Кембридж.
Исаак Ньютон был зачислен в Тринити – колледж, который он закончил три года спустя и перешёл на новую более высокую ступень обучения. В 1664 году Исаак Ньютон получает степень бакалавра.
Готовые работы на аналогичную тему
В Кембридже Исаак Ньютон проучился шесть лет. В ходе своего обучения он смог получить все степени своего университета. Также Исаак Ньютон за годы обучения смог подготовить материал для своих будущих научных свершений.
В 1665 году Исаак Ньютон получает степень магистра искусств.
А в свои двадцать пять лет, то есть в 1668г., Исаак Ньютон изобретает отражательный телескоп или рефлектор. Своё изобретение он сделал в им же созданной оптической лаборатории. В ней молодой учёный работал над улучшением объективов из стекла без сферической и хроматической аберрации. В своём же телескопе Исаак Ньютон применил вместо линзы вогнутое сферическое зеркало, которое не имеет свойства сферической аберрации.
Отправленный в 1671 году в Лондонское королевское общество телескоп Ньютона был по достоинству оценён учёными. В результате усовершенствованные телескопы Исаака Ньютона стали применяться специалистами в их работе.
Однако, главным достижением Исаака Ньютона по праву считается формулирование главных законов классической механики и открытие закона всемирного тяготения.
Закон тяготения Ньютона
Исаак Ньютон смог убедительно и с помощью математических расчётов доказать, что закон тяготения и законы движения планет, разработанные Кеплером, связаны вместе.
Ньютон вывел формулу закона тяготения, как силы обратно пропорциональной квадрату расстояния.
Так же он предложил достаточно целостную математическую модель.
Этих трёх элементов хватает для изучения самых непростых движений астрономических объектов. Тем самым Исаак Ньютон заложил основы небесной механики. Также именно с начинаний британского учёного начинается и такая научная дисциплина как динамика, которая применятся и в отношении небесных объектов.
Отметим, что до разработки уже в ХХ веке теории относительности и квантовой механики, особенных принципиальных правок в модель Ньютона не вносилось. Но сам математический аппарат получил своё развитие.
Теория движения комет и Луны, изложенная в труде Ньютона «Математические начала натуральной философии», была также признана верной.
Позднее исследователи Эйлер, Клеро и Лаплас смогли с большой точностью объяснить, опираясь на выведенные Ньютоном правила тяготения, те движения небесных тел, которые наблюдали.
В результате на основе закона тяготения Ньютона Эйлер, Клеро и Лаплас смогли разработать теорию возмущений.
Разработанный британским учёным закон тяготения помог решить также ряд проблем физики и астрофизики.
Так, Исаак Ньютон смог выработать метод определения массы Солнца и планет. Он пришёл к верному выводу, что причина приливов на Земле кроется в притяжении Луны. А в результате обработки данных о высоте приливов Исаак Ньютон смог вычислить с достаточно хорошей точностью массу Луны.
Исаак Ньютон также разработал теорему, согласно которой тело, находящееся под влиянием притягивающей его силы, подобной силе тяготения Земли, всегда описывает одну из кривых, которые получаются при пересечении конуса плоскостью. Такими кривыми являются:
Ещё одним выводом из закона всемирного тяготения стала прецессия земной оси.
Исаак Ньютон пришёл к выводу, что Земля сплюснута у полюсов и расширена в области экватора, что приводит к тому, что земная ось из-за постоянного притяжения Луны и Солнца совершает медленное, но постоянное смещение. Период такого смещения равен 26 000 годам.
Развитие науки в XVIII веке, в частности небесной механики, лишь утвердило правоту выводов и расчётов английского учёного.
Первые наблюдения отклонений от ньютоновской модели в астрономии удалось обнаружить лишь в ХХ веке. Таким отклонением является смещение перигелия Меркурия. Это явление было объяснено при помощи общей теории относительности.
Таким образом, труды Исаака Ньютона стали очередным доказательством, что Земля обращается вокруг Солнца, а не наоборот. Его работы стали одним из краеугольных камней развивающейся науки в Европе. Его имя вошло в список наиболее талантливых учёных за всю историю человечества.