cztery podstawowe siły rządzą wszystkimi oddziaływaniami we wszechświecie. Są to słabe siły jądrowe, silne siły jądrowe, elektromagnetyzm i grawitacja. Z nich grawitacja jest chyba najbardziej tajemnicza. Chociaż od pewnego czasu zrozumiano, w jaki sposób to prawo fizyki działa w skali makro-rządzącej naszym Układem Słonecznym, galaktykami i supergromadami – to, w jaki sposób oddziałuje ono z trzema innymi podstawowymi siłami, pozostaje tajemnicą.
naturalnie, ludzie od niepamiętnych czasów mieli podstawowe zrozumienie tej siły., A jeśli chodzi o nasze współczesne rozumienie grawitacji, zasługa należy się jednemu człowiekowi, który rozszyfrował jej właściwości i sposób, w jaki rządzi wszystkimi rzeczami wielkimi i małymi – Sir Isaacowi Newtonowi. Dzięki temu angielskiemu fizykowi i matematykowi z XVII wieku, nasze rozumienie wszechświata i praw, które nim rządzą, na zawsze uległoby zmianie.,
chociaż wszyscy znamy ikoniczny obraz człowieka siedzącego pod jabłonią i upadającego na głowę, teorie Newtona dotyczące grawitacji stanowiły również kulminację wieloletnich badań, które z kolei opierały się na wiekach zgromadzonej wiedzy. Przedstawił te teorie w swoim magnum Opus Philosophiae Naturalis Principia Mathematica („Matematyczne zasady filozofii naturalnej”), opublikowanym po raz pierwszy w 1687 roku.,
w tym tomie Newton przedstawił swoje trzy prawa ruchu, które zostały zaczerpnięte z praw Johannesa Keplera o ruchu planetarnym i jego własnego matematycznego opisu grawitacji. Prawa te stanowiły fundament mechaniki klasycznej i pozostawały niezachwiane przez wieki – aż do XX wieku i pojawienia się teorii względności Einsteina.
Fizyka przez 17 wieku:
17 wieku był bardzo pomyślny czas dla nauk, z głównych przełomów zachodzących w dziedzinie matematyki, fizyki, astronomii, biologii i chemii. Do największych osiągnięć tego okresu należy opracowanie heliocentrycznego modelu układu słonecznego przez Mikołaja Kopernika, pionierskie prace z teleskopami i astronomią obserwacyjną Galileusza oraz rozwój nowoczesnej optyki.,
właśnie w tym okresie Johannes Kepler rozwinął swoje prawa ruchu planetarnego. Sformułowane w latach 1609-1619 prawa te opisywały ruch znanych wówczas Planet (Merkurego, Wenus, Ziemi, Marsa, Jowisza i Saturna) wokół Słońca. Stwierdzili, że:
- planety poruszają się wokół Słońca w elipsach, ze Słońcem w jednym ognisku
- linia łącząca słońce z planetą przemieszcza równe obszary w równych czasach.,
- kwadrat okresu orbitalnego planety jest proporcjonalny do sześcianu (3 potęgi) średniej odległości od Słońca (lub innymi słowy-” pół-większej osi ” elipsy, połowy sumy najmniejszej i największej odległości od Słońca).
prawa te rozwiązywały pozostałe problemy matematyczne poruszane przez model heliocentryczny Kopernika, usuwając w ten sposób wszelkie wątpliwości co do poprawności modelu wszechświata. Na ich podstawie Sir Isaac Newton zaczął rozważać grawitację i jej wpływ na orbity planet.,
trzy prawa Newtona:
w 1678 roku Newton doznał całkowitego załamania nerwowego z powodu przepracowania i waśni z kolegą astronomem Robertem Hooke ' em. Przez następne kilka lat wycofał się z korespondencji z innymi naukowcami, z wyjątkiem ich inicjacji, i odnowił swoje zainteresowanie mechaniką i astronomią., W zimie 1680-81 pojawienie się komety, o której korespondował z Johnem Flamsteedem (Królewskim astronomem Anglii), również odnowiło jego zainteresowanie astronomią.
po przejrzeniu praw ruchu Keplera, Newton opracował matematyczny dowód, że eliptyczna forma orbit planet będzie wynikać z siły dośrodkowej odwrotnie proporcjonalnej do kwadratu wektora promienia. Newton przekazał te wyniki Edmondowi Halleyowi (odkrywcy „komety Haleya”) i Royal Society w swoim De motu corporum in gyrum.,
ten traktat, opublikowany w 1684 roku, zawierał ziarno tego, co Newton rozszerzyłby, tworząc jego magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Traktat ten, który został opublikowany w lipcu 1687 roku, zawierał trzy prawa ruchu Newtona, które stwierdzały, że:
- gdy oglądany w inercyjnej ramce odniesienia, obiekt albo pozostaje w spoczynku, albo nadal porusza się ze stałą prędkością, chyba że działa na niego siła zewnętrzna.,
- suma wektorowa sił zewnętrznych (F) na obiekcie jest równa masie (m) tego obiektu pomnożonej przez wektor przyspieszenia (a) obiektu. W formie matematycznej jest to wyrażone jako: F = ma
- gdy jedno ciało wywiera siłę na drugie ciało, drugie ciało jednocześnie wywiera siłę równą wielkości i w przeciwnym kierunku na pierwsze ciało.
razem prawa te opisywały zależność pomiędzy dowolnym obiektem, działającymi na niego siłami i powstającym ruchem, kładąc podwaliny pod mechanikę klasyczną., Prawa pozwoliły również Newtonowi obliczyć masę każdej planety, spłaszczenie Ziemi na biegunach i wybrzuszenie na równiku oraz jak przyciąganie grawitacyjne słońca i Księżyca tworzy pływy Ziemi.,
w tej samej pracy Newton przedstawił matematyczną metodę analizy geometrycznej z użyciem „pierwszego i ostatniego stosunku”, opracował prędkość dźwięku w powietrzu (na podstawie prawa Boyle 'a), obliczył procesję równonocy (która okazała się wynikiem przyciągania grawitacyjnego Księżyca do ziemi), zainicjował grawitacyjne badanie nieregularności w ruchu Księżyca, dostarczył teorii wyznaczania Orbit komet i wiele więcej.,
Newton i „incydent z jabłkiem”:
historia Newtona z jego teorią grawitacji uniwersalnej w wyniku upadku jabłka na głowę stała się podstawą kultury popularnej. I choć często argumentowano, że historia jest apokryficzna, a Newton nie opracował swojej teorii w żadnym momencie, Sam Newton opowiedział tę historię wiele razy i twierdził, że incydent zainspirował go.
dodatkowo, pisarstwo Williama Stukeleya – angielskiego duchownego, antykwariusza i członka Royal Society – potwierdziło tę historię., Ale zamiast komicznego przedstawienia jabłka uderzającego Newtona w głowę, Stukeley opisał w swoich pamiętnikach z życia Sir Isaaca Newtona (1752) rozmowę, w której Newton opisał naturę grawitacji podczas oglądania upadku jabłka.
„…poszliśmy do ogrodu, &wypiliśmy thea w cieniu niektórych apletów; tylko on, & moje ja. pośród innych dyskursów, powiedział mi, że był w tej samej sytuacji, jak wtedy, gdy wcześniej pojęcie grawitacji przyszło mu do głowy., „dlaczego jabłko ma zawsze schodzić prostopadle do ziemi”, pomyślał sobie; okazja przez upadek jabłka…”
John Conduitt, asystent Newtona w Mennicy królewskiej (który ostatecznie poślubił swoją siostrzenicę), również opisał tę historię w swoim własnym opisie życia Newtona. Według Conduitta incydent miał miejsce w 1666 roku, kiedy Newton podróżował spotkać się z matką w Lincolnshire., Podczas meandrowania w ogrodzie, zastanawiał się, jak wpływ grawitacji rozciąga się daleko poza Ziemię, odpowiedzialny za upadek jabłka, a także orbity Księżyca.
podobnie Voltaire napisał esej o poezji epickiej (1727), że Newton po raz pierwszy pomyślał o systemie grawitacji podczas spaceru w swoim ogrodzie i oglądania jabłka spadającego z drzewa. Jest to zgodne z notatkami Newtona z 1660 roku, które pokazują, że zmagał się z ideą, jak ziemska grawitacja rozciąga się, w proporcji odwrotnej do kwadratu, na Księżyc.,
jednak potrzeba mu jeszcze dwóch dekad, aby w pełni rozwinąć swoje teorie do tego stopnia, że był w stanie zaoferować dowody matematyczne, jak wykazano w Principia. Po jej zakończeniu wywnioskował, że ta sama siła, która sprawia, że obiekt spada na ziemię, jest odpowiedzialna za inne ruchy orbitalne. Stąd nazwał ją „uniwersalną grawitacją”.,
Szkoła Królewska, Grantham, twierdzi, że ich szkoła kupiła oryginalne drzewo, wykorzeniła je i przetransportowała do ogrodu dyrektora kilka lat później. Jednak National Trust, który przechowuje majątek Woolsthorpe Manor (gdzie dorastał Newton), twierdzi, że drzewo nadal znajduje się w ich ogrodzie. Potomek oryginalnego drzewa rośnie poza główną bramą Trinity College w Cambridge, poniżej pokoju, w którym mieszkał Newton, gdy tam studiował.,
praca Newtona wywarłaby głęboki wpływ na naukę, a jej zasady pozostały kanonem przez następne 200 lat. Wprowadził również pojęcie grawitacji uniwersalnej, która stała się podstawą współczesnej astronomii i nie zostanie zmieniona aż do XX wieku – wraz z odkryciem mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności Einsteina.
napisaliśmy wiele ciekawych artykułów na temat grawitacji tutaj w Universe Today. Kim był Sir Isaac Newton? Kim Był Galileusz? Czym jest siła grawitacji? a jaka jest stała grawitacyjna?,
Astronomia ma dwa dobre odcinki na ten temat. Oto Odcinek 37: grawitacyjne soczewkowanie, oraz odcinek 102: grawitacja,