Биография и вклад в физику исаака ньютона



Исаак Ньютон и его вклад в развитие физики

к 370-летию со дня рождения

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Новохоперского муниципального района Воронежской области

«Бороздиновская средняя общеобразовательная школа»

(к 370-летию со дня рождения)

Подготовила: ученица 8 класса

Набатова Людмила Владимировна

  1. Введение
  2. Жизнь великого ученого
  3. Чумные годы
  4. Научные работы Исаака Ньютона
  5. Парламентская деятельность Ньютона
  6. Последние годы жизни
  7. Заключение

Сделал, что мог, пусть другие сделают лучше.

1687 год вошел навсегда в историю физики как год выхода в свет выдающегося труда профессора Кэмбриджского университета Исаака Ньютона «Математические начала натуральной философии» (иногда его называют «Математическими основами естествознания» и даже просто «Началами»). Однако многие тогда не поняли значения этого события для науки. Достаточно сказать, что некоторые из профессоров университета, по словам секретаря Ньютона, получив экземпляр «Начал» и перелистав его страницы, хмуро заявили, что надо лет семь еще учиться, прежде чем что-нибудь понять в этой книге.

Исаак Ньютон (1643-1727) – выдающийся английский физик, механик, астроном и математик – сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, закон разложения белого света на монохроматические составляющие, разработал (наряду с Лейбницем) дифференциальное и интегральное исчисление. Какова же история этих открытий, каков творческий путь этого великого ученого? Хочется сказать Вам сразу: вклад его в физику очень велик.

Давайте я Вам немного поведаю о жизни великого ученого. Исаак Ньютон родился 4 января 1643 г. в Вульсторпе(Англия). В 12 лет мальчика отдали в городскую школу в соседний городок Грэнтэм. Здесь Ньютон поселился на квартире у городского аптекаря Кларка.

Английские школы того времени отличались суровыми педагогическими приемами – порка и другие виды наказаний были обычным явлением. Немногие сохранившиеся материалы о школьных годах Ньютона рисуют его застенчивым, скрытным мальчиком, избегавшим шумного общества своих сверстников, но очень самолюбивым. Учился Ньютон сначала плохо и физически был слабым. Однажды, когда в драке его сильно избили, он принял решение покончить с таким положением и выделиться успехами. Ньютон начинает упорно работать и достигает своей цели – он занял первое место в школе и удерживал его до ее окончания. Интересно, а как же великий ученый проявлял себя в детстве? Уже в самом раннем возрасте Ньютон любил строить сложные механические игрушки, модели мельниц, самокаты, водяные и солнечные часы. Эти рассказы позволяют угадать будущего искусного экспериментатора, отличного шлифовальщика зеркал, призм и линз, превосходящего умением лучших лондонских мастеров. Склонность к занятиям химией и алхимией, которым Ньютон посвятил впоследствии довольно много времени, могла зародиться в обстановке жизни у аптекаря Кларка: ведь от аптеки XVII в. до алхимической лаборатории было совсем недалеко. Имеется немало свидетельств того, что Ньютон хорошо рисовал, увлекался поэзией и математикой.

В 1660 г. он был принят в Тринити-колледж Кэмбриджа в качестве «сабсайзера» (так назывались бедные студенты, в обязанности которых входило прислуживание членам колледжа – бакалаврам, магистрам и прочим). Но, несмотря на это Ньютон настойчиво изучает работы Декарта и Кеплера, арифметику и геометрию Евклида, тригонометрию, богословские науки и древние языки, в особенности латинский. Из всех учителей колледжа наибольше влияние на Ньютона оказал Барроу, математик и богослов, читавший лекции по оптике. Ньютон с большим интересом и вниманием слушал его лекции, и Барроу стал видеть в нем своего преемника. Напряженная работа дала хорошие результаты: за семь лет (1660-1667) Ньютон прошел все степени колледжа (бакалавр, магистр).

В 1665 г. в Англии разразилась эпидемия чумы, и Ньютон покинул Кэмбридж, уехав в свою родную деревню Вульсторп. Только в 1668 г. он возвратился в колледж. Годы пребывания в деревне оказались для Ньютона самыми плодотворными: получение и изучение спектра, открытие бинома, дифференциального и интегрального исчисления, конструирование микроскопов, телескопов, шлифовка и полировка стекол и металлов; видимо, к этому периоду относятся и его первые мысли о всемирном тяготении, здесь создается программа всей его дальнейшей научной работы. В 1669 г. Ньютон получил от Барроу кафедру математики и в 27 лет стал профессором Кэмбриджского университета. С тех пор Кэмбридж стал славиться не столько богословием, сколько физикой и математикой.

Первые научные работы Ньютона относятся к оптике. В 1666 г., пропуская свет через трехгранную стеклянную призму, он обнаружил его сложный состав, разложив на семь цветов (в спектр), т.е. открыл явление дисперсии. Кроме того, обнаружив хроматическую аберрацию у линз и считая ее неустранимой, Ньютон пришел к выводу, что линзы в телескопе надо заменить сферическими зеркалами. В 1668 г. он построил первую миниатюрную модель рефлектора длиной 15 см, а в 1671 г. – второй усовершенствованный рефлектор длиной 120 см. Это изобретение послужило поводом к избранию его членом Королевского общества.

В своих работах по оптике Ньютон поставил очень важный и сложный вопрос: «Не являются ли лучи света очень мелкими частицами, испускаемыми светящимися телами?» Последователи Ньютона ответили на этот вопрос утвердительно и однозначно, и гипотеза истечения, подкрепленная авторитетом Ньютона, стала господствующей в оптике XVIII в.несмотря на возражения против неё Ломоносова, Эйлера и других учёных, несмотря на успехи волновой теории Гюйгенса.

Что касается самого Ньютона, то он совсем не был категоричен в ответе на поставленный им вопрос. В разрабатываемой им в 1675 г. теории света Ньютон хотел объединить представление о частицах с представлениями о волнах. Только в начале XIX в. в результате работ Юнга и Френеля победила волновая теория. Однако через сто лет выяснилась необходимость удержать в науке и представление о свете как о потоке частиц.

Очень интересна также мысль Ньютона о возможном превращении тел в свет и обратно. «Превращение тел в свет и света в тела соответствует ходу природы, которая как бы услаждается превращениями», — говорил Ньютон. И действительно, в 1933-1934 гг. были открыты факты превращения заряженных частиц электрона и позитрона в свет и обратно. Так Ньютон предугадал одно из далеких будущих открытий атомной физики.

Но новое не побеждает без борьбы – в этой истине пришлось убедиться Ньютону после того, как 6 февраля 1672 г. он сделал доклад о Королевском обществе о новой теории света и цветов. Против опытов и особенно против выводов Ньютона выступили член Королевского общества Р.Гук (автор известного в физике «закона Гука»), физик Х. Гюйгенс, бельгийский ученый Люкас и др. При этом интересно то обстоятельство, что наряду с непониманием и непризнанием нового, внесенного им в науку, его обвинили в плагиате, в заимствовании чужих открытий. Это обвинение выдвигал, например, Гук, оспаривая приоритет Ньютона в изобретении рефлектора и открытии закона всемирного тяготения.

Приоритет в изобретении нового математического метода оспаривал Лейбниц. Это обстоятельство, видимо, указывает на то, что открытия Ньютона при всей их глубине и значимости не были неожиданными: они подготавливались всем ходом развития науки, т.е., как принято говорить, «идеи носились в воздухе». Но Ньютон доводил эти идеи до такого совершенства и законченности, какого не достигал никто из его современников. Он глубже всех и дальше всех проникал в то новое, что заключалось в идеях. Поэтому я с полным основанием считаю автором упомянутых открытий Ньютона.

Вообще Ньютон печатался очень неохотно, возможно, и потому, что почти каждая публикация приводила к тяжелым спорам, в том числе и по вопросу приоритета. Так, Ньютон долго не решался опубликовать свой труд «Математические начала натуральной философии». Только в 1687 г. «Начала» вышли в свет. Гелиоцентрическая система мира Коперника получила теперь динамическое обоснование и стала прочной научной теорией. Три закона Ньютона завершили труды Галлея, Декарта, Гюйгенса и других ученых по созданию механики и стали прочной основой для дальнейшего ее развития.

К первому изданию «Начал» Ньютон написал свое собственное предисловие, где он говорил о тенденции современного ему естествознания «подчинить явления природы законам математики». Далее Ньютон набрасывал программу механической физики: «Сочинение это нами предлагается как математические основания физики. Вся трудность физики, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить все остальные явления». Так Ньютон сформулировал задачи физики.

«Начала» — вершина научного творчества Ньютона – состоят из трех частей: в первых двух речь идет о движении тел, последняя часть посвящена системе мира.

Приведу формулировку законов Ньютона в русском переводе, сделанном академиком А.Н.Крыловым.

I. Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

II. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

III. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, — взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны.

Четвертым законом, который Ньютон формулирует в своих «Началах», был закон всемирного тяготения. К открытию этого закона ученый пришел следующим образом. Размышляя о движении Луны, Ньютон сделал вывод, что Луна на орбите удерживается той же силой, под действием которой камень падает на Землю, т.е. силой тяжести или силой тяготения. Используя формулу Гюйгенса для центростремительного ускорения и астрономические данные, он нашел, что центростремительное ускорение Луны в 3600 раз меньше ускорения падения камня на Землю. Поскольку расстояние от центра Земли до центра Луны в 60 раз больше радиуса Земли, то можно предположить, что сила притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Анализируя законы Кеплера на основе своих законов механики, Ньютон сделал заключение о наличии силы тяготения между Солнцем и планетами, обратно пропорциональной квадратам их расстояний до его центра. Наконец, высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и о пропорциональности силы тяжести тела его массе, Ньютон приходит к выводу, что сила тяготения между телами пропорциональна массам этих тел. Так был установлен закон всемирного тяготения, который в современных обозначениях записывается широко известной формулой

Во второй части Ньютон рассмотрел силы сопротивления среды при движении в ней тел, гидро- и аэростатику, законы волнового движения, простейшие случаи вихревых движений.

В третьей книге ученый изложил общую систему мира и небесную механику, в частности теорию сжатия Земли у полюсов, теорию приливов и отливов, движение комет, возмущения в движении планет и т.д. Рассматривая все эти явления, Ньютон везде находит подтверждение своего закона тяготения.

«Начала» Ньютона знаменовали новую эру в развитии науки. Они явились прочным фундаментом, на котором успешно строилась физика XVIII-XIX вв., получившая название классической. Книга подводила итог всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи.

Пробным камнем новой теории на первом этапе был вопрос о фигуре земли. По теории Ньютона Земля была сжата у полюсов, по теории Декарта – вытянута. Многолетние споры вокруг этого вопроса были разрешены в результате работ, проведенных в 1735-1744 гг. В 1735 г. Парижская академия наук организовала экспедицию в Перу для измерения дуги меридиана в экваториальной зоне, а в 1736 г. с той же целью в Лапландию.

Вторую экспедицию возглавил академик П. Мопертюи (1698-1759), в состав экспедиции входил молодой математик Клеро (1713-1765). Вернувшись через 15 месяцев, экспедиция доказала справедливость теории Ньютона. В 1743 г. вышла работа Клеро «Теория фигуры Земли», подтверждающая и развивающая теорию Ньютона. Еще две замечательные работы принадлежали этому даровитому математику: в 1752 г. вышла в свет «Теория движения Луны», в 1762 г. – работа, посвященная анализу движения кометы Галлея.
Галлей, открыв в 1682 г. новую комету, предсказал ее возвращение через 76 лет, т.е. в 1758 г. Однако в этот год комета не появилась, и Клеро сделал новый расчет времени возвращения кометы с учетом влияния на нее Юпитера и Сатурна. Назвав время ее появления 4 апреля 1759 г., Клеро ошибся всего на 19 дней. Это был величайший триумф учения Ньютона.

В 1798 г. Г. Кавендиш экспериментально определил постоянную тяготения, придав тем самым закону всемирного тяготения форму количественного соотношения, пригодного для решения практических задач.

А успехи теории Ньютона в решении проблем небесной механики продолжались и, в частности, увенчались открытием в 1846 г. планеты Нептун. На основании теоретических вычислений Леверье (и одновременно с ним Адамса) Галле в указанном месте неба обнаружил эту планету. В память о такой точности сделанных вычислений и родились слова: «планета Нептун открыта на кончике пера». Механикой Ньютона мы пользуемся постоянно и сегодня, решая как земные, так и космические задачи.

В работах Ньютона раскрывается его мировоззрение и методология исследований. Ньютон был стихийным материалистом. Он был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени. Своим стремлением свести все к механике Ньютон поддерживал механистический материализм.

Существует трактовка образа Ньютона, по которой он представляется человеком, всецело погруженным в свои мысли, далеким от всех житейских треволнений, отрешенным от всего земного. Видимо, это не так.

В 1688 г. после прихода к власти Вильгельма Оранского в Англии был избран парламент, депутатом которого стал Ньютон. Некоторые биографы Ньютона считают его парламентскую деятельность случайным эпизодом, ссылаясь на то, что он ни разу не выступал публично на заседаниях парламента. Передают анекдот, что единственным словесным выступление Ньютона было обращение к служителю: «Закройте окно – дует». На самом деле Ньютон не был пассивным созерцателем работы парламента, и его переписка с вице-канцлером университета свидетельствует о его большой политической работе по установлению взаимоотношений между университетом и новым правительством.

В последние годы жизни Ньютона его авторитет признала уже вся Европа, в том числе картезианская Франция и Германия Лейбница.

Здоровье Ньютона было хорошим, и только на 80-м году жизни он начал страдать каменной болезнью, от которой и умер в ночь на 21 марта 1727 г. восьмидесяти четырех лет от роду. По указу короля его торжественно похоронили в Вестминстерском аббатстве. На надгробной плите могилы Ньютона высечены слова: «Здесь покоится то, что было смертного в Исааке Ньютоне».

Подводя итог, хочется еще раз сказать, что Исаак Ньютон сделал очень многое для развития физики, его вклад можно назвать научным подвигом, который по достоинству оценен и современниками, и потомками. Метод Ньютона служил примером Амперу и Фарадею, Томсону и Максвеллу, Эйнштейну и Дираку. Законы Ньютона в течение веков заучивались в авторской формулировке. Знание их считалось обязательным почти во всех школах мира. Целые поколения людей воспитывались на законах Ньютона как незыблемом фундаменте научного познания природы. Новая физика изменила представления Ньютона о пространстве и времени, массе и действии, но не отбросила его механику, а только определила границы ее применимости. И сегодня мы постоянно пользуемся творениями великого ученого, идейное богатство его работ вдохновляет творческую физическую мысль. По словам С.И.Вавилова, «ньютоновская механика – не историческая реликвия, а основа естествознания сегодняшнего дня».

Источник статьи: http://nsportal.ru/ap/library/literaturnoe-tvorchestvo/2016/11/24/isaak-nyuton-i-ego-vklad-v-razvitie-fiziki


Adblock
detector