Реферат: Исаак Ньютон

Исаак Ньютон (Newton, 4.01.1643-31.03.1727, Вулсторп (графство Линкольншир), Англия) механик, астроном и физик, создатель классической механики. В книге, сданной в печать в феврале 1-я часть, в марте 2-я часть, апреле 3-я часть (напечатана полностью в Лондоне 5 июля тиражом в 250экз.) и послужившей возникновению классической физики, "Математические начала натуральной философии" (в 3-х книгах), излагает учение о всемирном тяготении и теорию движения небесных тел, т.е. объединяет небесную и земную философию, вводит понятие массы, силы, количества движения, подвергает анализу основные понятия механики а также пространства и времени. Книга написана за 18 месяцев после того, как в 1784г приехавший к нему будущий королевский астрономом Э.Галлей (Халли), попросил обосновать законами движение открытой им кометы. На деньги Э.Галлея и под его давлением на Ньютона написана и печаталась в Лондоне книга, третья часть завершена 5 июля 1687г.

Будучи другом Р.Гука и И.Ньютона и, зная предысторию открытия Закона Всемирного тяготения, Э.Галлей попросил включить ссылку на Р.Гука. Но И.Ньютон сделал ссылку в виде F~1/r² и указал, что эта идея принадлежит Р.Гуку, Э.Галлею и Кристоферу Рену (королевский архитектор, президенту Королевского общества), хотя оба последних никакого особого отношения к Закону не имели. Хотя в действительности план Начал был впервые набросан Гуком.

В первой книге "О движении тел рассматривается движение тел под действием сил, показано применение трех установленных им в 1665г законов механики (основывался на механике Г.Галилея и законах движения Р.Декарта), выведенного и сформулированного Закона Всемирного тяготения в среде без сопротивления на примере Луны. Во второй книге "О движении тел" анализирует те две движения, но в среде, оказывающей телам сопротивление, гидро- и аэростатику, законы волнового движения, простейшие случаи ветрового движения. На основании своих законов объясняет понятие силы, массы, количества движения. В последующих изданиях 1713г и 1726г развивает и уточняет выдвинутые положения.

Летом 1666г предложил, что земная тяжесть и есть та сила, которая управляет движением Луны, зная радиус Земли, расстояние до Луны в 60,3 R_⊕ , период обращения и вычисляя ускорение а=v² /г (раньше Х.Гюйгенса), делая предложение, что шар с равномерно распределенной массой притягивает также, как будто масса сосредоточена в центре и исходя из 3-го закона Кеплера получает, что F~1/R² и выводит закон Всемирного тяготения, который затем переводит на другие планеты, их спутники и т.д. уравнивая ускорение Луны на орбите с земным ускорением, получил расхождение в 16% (из-за неточности радиуса Земли) и поэтому ни чего не опубликовал по тяготению, как впрочем и большинство других работ до этого не публиковал.

В третьей книге «О системе мира» излагает законы движения применительно к Солнечной системе. Сравнивая силы притяжения между Луной и Землей, выводит все три закона Кеплера. Первый закон доказывает сложным геометрическим способом и проще чем И.Кеплер, используя открытое им дифференциальное исчисление. Второй закон доказывает исходя из изменения количества движения и уточняет вид орбиты в зависимости от скорости (это кривые: эллипс, парабола и гипербола, называемые каноническими сечениями. Получены древнегреческим геометром и астрономом Менехмом (ученик Евдокса) при сечении конусов вращения плоскостями, перпендикулярными их образующим). Третий закон, объединив законы движения и всемирного тяготения, выводит и уточняет с учетом масс тел. Рассчитывает массу всех планет и спутников в массах Земли и Солнца (за исключение Земли и Луны, масса которых только оценил). Указывает на бесконечность Вселенной и ее стационарность (неизменность во времени), что мир создан творцом, придавшим столь правильное движение. Указывает, что только в бесконечном пространстве материя под действием силы тяготения не могла собраться в единую массу, а образовала бесчисленное число звездных масс. Указывает на наличие тяготения между Солнцем и планетами. Таким образом завершает создание небесной механики, начатой Т.Браге и И.Кеплером.

Объясняет важнейшие особенности движения Луны, попросив астрономов уточнить наблюдаемые данные: вариацию, попятное движение узлов, годичное неравенство и др. Так сперва объясняет поворот орбиты Луны в своей плоскости на 1,5º при реальном 3º, затем, не публикуя, получает верный результат, а математики еще будут вынуждены искать доказательство. Определяет, что ускорение Луны в 3600 раз больше, чем Земли.

В 1663г выдвинул идею использования реактивной силы пара в своем проекте самодвижущейся паровой повозки.

Разложив свет призмой в 1665г в спектр (открыл дисперсию света, хотя спектр получен раньше Й.М.Марци (1648г), Д. Б. Гримальди (1665г) но не объяснен ими), строит в 1666г корпускулярную теорию света (хотя и не категоричен в ней, работа 1672г « О новой теории света и цветов» (представлена Лондонсколму Королевскому обществу 6 февраля 1672г). И в 1673г у него возник первый спор с Р.Гуком по поводу природы света: Ньютон считал корпускулярной (господствовала до О.Френеля (1818г), а Гук – волновой. Потом оказалось что оба правы. За два года чумы в Англии Ньютон сделал три своих главных открытия: метод флюксий и квадратур (дифференциальное и интегральное исчисления), объяснение природы света и закон всемирного тяготения. Метод флюксий и квадратур изложен в пяти коротких мемуарах - так раньше называли научные записки. Они были написаны между 20 мая 1665г и ноябрём 1666г и содержали геометрические чертежи и формулы.

В1668г построил первым действующий зеркальный телескоп – рефлектор, помещением в фокальной плоскости плоского бронзового зеркала, радиусом 2.5см при 41^х , F=6.5 cм и L=15см. При построении использовал схему, предложенную Дж.Грегори (1663г), но с перевернутым изображением. В 1671г построил телескоп с зеркалом диаметром 3.4см, F=16см, L=120см. В 1672г Кассегрен предложил в фокальной плоскости располагать вогнутое зеркало, которое значительно удлиняло фокусное расстояние зеркального объектива. У рефлекторов отсутствовала хроматическая аберрация, открытая им в 1671г.

В 1669г впервые наблюдал спектр Венеры.

Изучил явление интерференции (в 1801г Т.Юнг объяснил и ввел термин, а, обнаружив впервые Р. Бойль и Р. Гук) в отраженном свете от длиннофокусной линзы на плоском стекле (Кольца Ньютона), открыл и изучил интерференцию в тонких пленках (1675г).

В 1672-1684г занимался алхимией (химия появилась только при А.Л.Лавуазье), пытаясь получить золото. Имея в своей библиотеке около 100 книг по химии и алхимии с 1666 по 1696г занимался химическими опытами и металлургией.

Излагает к 1680г (вернувшись в этом году к задачам механики и вопросам тяготения) теорию сжатия Земли по полюсам на 24 км (т.е. Земля эллипсоид) на основе измерения времени Ж.Рише (1671г) и выводит, что на экваторе тело весит меньше, чем на полюсах, на М*V² /R , вычисляет поправку к ускорению свободного падения. Объясняет приливы и отливы – неравномерным притяжением воды Луной и по величине приливов оценивает массу Луны (из вызываемого прилива в 1,3м, солнечного в 0,35м и лунного в 0,95м). Объясняет Процессию - как прямые следствие несимметричности притяжения экваториальной выпуклости Земли Солнцем и Луной (прямое следствие 2-го закона).

Раскрыл природу комет – что они движутся под действием гравитации по очень вытянутым эллиптическим орбитам. (Наблюдал комету 1680 г – комета Ньютона, возвращение которой можно ожидать в 2255г – по преданию именно она возвестила о гибели Ю.Цезаря).

Начал на примере Юпитера и Сатурна исследовал возмущение в движении небесных тел, сформулировал и решил «задачу двух тел» (Для трех тел решена лишь в 1912г финским математиком К.Зундманом в общем виде, не имеющем практического применения). Сейчас расчет орбиты КА ведет на ЭВМ. Рассматривает возможность снаряда стать искусственным спутником, в зависимости от скорости показывает возможные траектории.

В 1694г разрабатывает строгую теорию рефракции.

Предлагает идею изготовления угломерного инструмента для определения долготы на море (секстанта - от лат. sextans – шестой, так как его лимб составляет шестую часть круга) в 1699г, который был сделан его другом Э.Галлей (1730г). Прибор служит для измерения угловой высоты небесного светила относительно горизонта и применяется в морской (где называется секстан) и авиационной навигации. Проведя измерения угловых высот хотя бы двух (или нескольких) небесных тел, можно определить координаты (широту и долготу) места наблюдения.

В 1701г в работе « О шкале степеней тепла и холода» впервые описывает 12-ти градусную температурную шкалу.

В 1704г вышла работа «Оптика» в трех томах, обобщающая все исследования по оптике и задающая программу дальнейших действий. Здесь впервые объясняет причину соединения «элементов» (корпускул – название дал Р.Бойль) между собой (т.е. в молекулы), объясняя притяжением частиц и силой, которая велика на малых расстояниях. В «Лекции по оптике» (напечатаны в 1729г), не вошедшие в «Оптика», описывает преломление света и происхождение цветов радуги в дополнение Р.Декарта. Высказывает впервые предположение, что лучи света отклоняются массивными телами при прохождении возле них (доказано в 1919г) и то, что тела могут превращаться в свет и обратно (подтверждение 1933-34гг превращение электрона и позитрона).

В математике постоянно соперничал с Г.В.Лейбниц. Ввел понятие «предел». В систематической форме предложил в 1670-1671гг дифференциальное и интегральное исчисление (напечатано только в 1736г «Метод флюксий и бесконечных рядов».) Одновременно и независимо в другом варианте было предложено Г.В.Лейбниц в 1684г, введя соответствующие современные обозначения. Опять сказалось то, что не любил печататься и поэтому публиковались открытия только тогда, когда уже это же открывали другие (Гук и Лейбниц).

Известный алхимик, Ньютон занимался хронологией древних царств. Теологические труды посвятил толкованию библейских пророчеств (большей частью не опубликованы).

Получил начальное образование в Грамматической школе, где изучал преимущественно латынь и Библию. В мае 1661г поступил в колледж св. Троицы (Тринити-колледж) Кембриджского университета, где обучался у профессора –филолога, физика и математика И. Барроу –заведующий кафедры математики. Здесь увлекся работами И.Кеплера и Р.Декарта. Через три года получил одну из 62 стипендий, дававших право на последующее принятие в члены (Fellows) колледжа. В 21 год открывает теорему (Бином). В январе 1665г получил степень магистра искусств (бакалавра). К 24 годам изучил движение Луны, заложил основы дифференциального и интегрального исчисления, всемирное тяготение, теорию света и цвета. В 1667г стал бакалавром и младшим членом колледжа, а на следующий год – магистром и старшим членом Тринити-колледжа. Наконец, осенью 1669г получил одну из восьми привилегированных королевских кафедр Кембриджа – Лукасовскую кафедру математики, унаследованную (до 1701г) им от оставившего ее Исаака (Айзека) Барроу и стал профессором. В 1672г избирается членом Королевского Общества, с 1688г становится депутатом парламента. В апреле 1695г встречался с Петром 1(прав. 1689-1725). Переехав в 1699г в Лондон, становится хранителем, а затем директором Монетного двора. С 1703г до конца жизни Президент Королевского Общества (Английской АН). В апреле 1705г возведен в рыцарское достоинство.

Незадолго до смерти Ньютон говорил: "Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что иногда отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным".