Ньютон для многих (Лагранжа, Азимова и др.) важнейший ученый в истории.
Можно многое рассказать о его биографии, но, поскольку для этого предназначена Википедия, достаточно просто сказать, что он был английским физиком, философом, теологом, изобретателем, алхимиком и математиком XVII и XVIII веков. Анекдот о яблоке, которое ударило его по голове и заставило задуматься о Законе всемирного тяготения, хорошо известен.
Существуют противоречивые исследования относительно того, существовало ли то яблоко, которое изменило историю человечества или нет. Есть исследования, которые утверждают, что яблоко упало, но не на голову бедному Ньютону, он просто увидел это. Исследования, в которых говорится, что яблока не существовало, утверждают, что это просто легкая для понимания история для распространения учения о гравитации.
В этой статье будет рассказано об одном из самых важных открытий: трех законах классической механики, позже названных тремя законами Ньютона.
Первый закон Ньютона
Первый закон или закон инерции гласит: «Существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, в которых тела движутся равномерно и прямолинейно, если на них не действуют никакие силы или действие других сил скомпенсировано». Если бросить в космосе молот, он будет двигаться с той же скоростью вечно, пока не столкнется с метеоритом, куском космического мусора или чем-то еще, что остановит его. На Земле, поскольку всегда существует трение (которое представляет собой силу, действующую между двумя поверхностями), объекты замедляются, и нет ничего, что двигалось бы вечно.
Первый закон Ньютона содержит выводы о фундаментальной симметрии Вселенной, в которой состояние движения по прямой следует считать таким же естественным, как состояние покоя.
Формулы первого закона Ньютона не существует.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона или закон силы гласит: «Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе». Это означает, что если пнуть мяч, он будет ускоряться, и чем сильнее его толкнуть, тем больше он будет ускоряться. Очень распространенная ошибка — думать, что при приложении силы объект «набирает скорость», потому что то, что действительно происходит, вызывает ускорение, с которым, очевидно, связана скорость. Когда мяч движется, ускорение, вызванное силой трения о землю или воздух, будет «противодействовать» ускорению, которое было дано и при ударе, до тех пор, пока ускорение, вызванное силой трения, не станет больше, чем ускорение при ударе и мяч замедляется.
Закон не применяется непосредственно в ситуациях, когда масса изменяется, теряется или набирается, или если объект движется со скоростью, близкой к скорости света, и в этом случае необходимо учитывать релятивистские эффекты. Закон также не применим к очень маленьким масштабам на уровне атома, где должна использоваться квантовая механика.
Третий закон Ньютона
Третий закон Ньютона гласит: «При каждом действии всегда происходит равное и противоположное противодействие: это означает, что взаимные действия двух тел всегда равны и направлены в противоположном направлении». Можно соблюдать этот закон на практике, когда, например, человек толкает очень тяжелый блок (который, как очевидно, не перемещается) и замечает, что немного сдвигается назад. Это потому, что с той же силой, с которой человек толкает блок, блок толкает человека, и, поскольку блок имеет большую массу, он вызывает небольшое обратное ускорение.
Это полезный инструмент для анализа ситуаций, которые несколько противоречат здравому смыслу. Например, когда маленький грузовик сталкивается с большим, интуиция подсказывает, что сила, действующая на меньший грузовик, больше. Это не так!
Ньютон был кульминацией научной революции, начатой Коперником в 16 веке, и его исследования в области механики объясняли движения Земли и небесных тел до тех пор, пока его теории не были заменены общей теорией относительности Альберта Эйнштейна в 20 веке. Есть цитата Ньютона, которая гласит: «То, что мы знаем, есть капля воды; мы игнорируем океан». Несомненно, он внес большой вклад в уменьшение океана невежества.
Примеры задачи на законы Ньютона
Вот один физический пример, чтобы понять действие третьего закона Ньютона.
Комар попадает в лобовое стекло автомобиля. Нужно сравнить силы, действующие на машину и комара.
Решение:
Согласно третьему закону Ньютона силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны и противоположны по величине. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.
Во-вторых, действие этих сил на тела сильно различается из-за разницы в массе и ускорении.
Парашютист открывает парашют и спускается в постоянном темпе. Насколько сильно сопротивление воздуху? Парашютист весит 100 кг.
Решение:
Движение парашютиста равномерное и прямое, поэтому согласно первому закону Ньютона действие сил на него компенсируется.
На парашютиста действует сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.
Согласно второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу парашютиста.
Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и направлена в обратном направлении.
Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни
25 декабря христиане отмечают рождение Иисуса из Назарета. Но наука тоже празднует, потому что в тот же день, хотя и много столетий спустя, родился сэр Исаак Ньютон. Он пришел в этот мир не для того, чтобы спасти людей, но он принес человечеству три важнейших закона физики. Кроме того, он способствовал развитию большого количества научных областей, от астрономии до биологии.
Но это не единственное, что интересно в жизни английского ученого. Сегодня его также помнят из-за большого количества мифов и легенд, которые циркулируют вокруг его жизни. У некоторых действительно есть доказательства их правдивости.
Если посмотреть на биографию Исаака Ньютона, можно увидеть, что в подавляющем большинстве средств массовой информации говорится, что он родился 4 января 1643 года. Однако его день рождения отмечают 25 декабря. Как это может быть?
Ньютон родился 25 декабря 1643 года. В то время в Англии все еще использовался юлианский календарь, который в других европейских странах был заменен григорианским в 1582 году. Однако в 1752 году англичане присоединились к этой инициативе, поэтому некоторые даты того времени создают определенную путаницу. Можно сказать, что у Ньютона два дня рождения.
История науки изобилует фразами, которые никогда не произносились, или сценами, которых никогда не было. Ярким примером первого является знаменитое «И все же она вертится!», которое Галилей якобы выпалил после того, как его заставили отказаться от своих гелиоцентрических теорий . Сегодня многие думают, что он никогда ничего подобного не говорил. Эта фраза не встречается ни в биографии, написанной его учеником Винченцо Вивиани, ни в протоколах судебного заседания. Было бы действительно очень рискованно ляпнуть что-то подобное в суде. В любом случае, легенда это или нет, эта фраза вошла в историю, став изречением о важности верить в знания и не поддаваться устоявшимся взглядам.
Что касается сцен, которые никогда не происходили, одна из самых известных — про Ньютона и яблоко, якобы заставившие его сделать одно из самых важных открытий в физике. Однако нет никаких данных о том, что это падение произошло. Но откуда тогда взялась эта история?
Все началось в 1665 году, когда из-за вспышки бубонной чумы Кембриджский университет был закрыт. Тогда еще молодой Исаак должен был забрать свои вещи и вернуться в дом своей семьи. Так началось самое плодотворное время его жизни, когда он начал некоторые из своих самых важных занятий. Возле дома росли три яблони, к которым Ньютон иногда выходил размышлять о науке и жизни. Но ни в одном из своих произведений он никогда не заявлял, что падение яблока ему на голову имело какое-либо отношение к началу его исследований гравитации. Фактически, первым, кто упомянул об этом, был писатель Уильям Стьюкли, опубликовавший рассказ об ученом незадолго до его смерти. В нем он описал, как сам Ньютон сказал ему, что, когда он увидел, как яблоки падают, то задался вопросом, почему они падают перпендикулярно, а не вверх или вбок. С тех пор многие другие биографы изменили это событие, создав настоящую легенду, достоверность которой совершенно неизвестна. В любом случае, как утверждают специалисты, закон всемирного тяготения не мог быть открытым из-за внезапного падения фрукта. И уж тем более удара по голове.
Хотя Ньютон особенно известен своими тремя законами и яблоком, которого никогда не существовало, любопытство ученого и стремление узнать побудили его заняться исследованиями во многих других областях. Его работы в области оптики выделяются не только с физической, но и с биологической точки зрения. Его очень интересовало, как глаза могут преобразовывать свет в изображения. Он мог бы изучить, что происходит с животными или трупами, но он хотел знать механизмы, происходящие с живыми людьми. И зная, что никто не станет добровольцем для его экспериментов, он решил стать подопытным кроликом. Для этого он вставил длинную иглу в глазницу, очень близко к кости, так что концом этого она могла прижать глаз, выгибая его. Как он позже записал в своих рабочих тетрадях, когда он прижал иглу к передней части глаза, то увидел белые и темные круги , которые менялись по мере того, как он двигал глазным яблоком. Судя по всему, его зрение после этого эксперимента не пострадало.