:三大运动定律——人类最伟大的十个科学发现之三
本站将陆续推出这十大科学发现的故事,它们分别是勾股定理、微生物的存在、三大运动定律、物质结构、血液循环、电流、物种进化、基因、热力学四大定律、光的波粒二相性,敬请关注。 三大运动定律——人类最伟大的十个科学发现之三 塔米姆·安萨利 牛顿(Isaac Newton,1643~1727)(如右图)是物理学家、天文学家和数学家,经典力学理论的集大成者。他系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,提出了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。 1659年,荷兰物理学家、天文学家、数学家克里斯蒂安·惠更斯(Christian Huygens 1629-1695)(如下左图)从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。英国实验物理学家罗伯特·胡克(Robert Hooke,1635~1703)(如下右图)等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系。 1674年,胡克发表了《试证地球的运动》(Attempt to Prove the Motion of the Earth)。胡克在这篇著作中,阐述了自己的行星运动理论:一切天体都具有倾向其中心的吸引力或重力;天体在未受其他使其倾斜的作用力前保持直线运动不变;离吸引中心越近,吸引力越大;行星的运动是惯性、外在引力和自身引力共同作用的结果。 胡克研究重力学的历史长达20年,但因他不擅长数学,计算不出行星的运行轨道。1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。 1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比,他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。 当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。 牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。