Исаак ньютон основоположник классической механики конспект
Обновлено: 05.07.2024
Исаак Ньютон (1642–1727 гг.) – выдающийся английский ученый, один из создателей классической физики. Биография Ньютона богата во всех смыслах этого слова. Он сделал немало открытий в области физики, астрономии, механики и математики, в том числе открыл закон всемирного тяготения.
Детские и юные годы
Исаак Ньютон родился 25 декабря 1642 (или 4 января 1643 г. по грегорианскому календарю) в деревне Вулсторп, графство Линкольншир.
Юный Исаак, по свидетельству современников, отличался мрачным, замкнутым характером. Мальчишеским шалостям и проказам он предпочитал чтение книг и изготовление примитивных технических игрушек.
Когда Исааку исполнилось 12 лет, он поступил на обучение в Грэнтемскую школу. Незаурядные способности будущего ученого обнаружились именно там.
В 1659 г., по настоянию матери, Ньютон был вынужден вернуться домой, чтобы вести фермерское хозяйство. Но благодаря усилиям учителей, сумевших разглядеть будущий гений, он вернулся в школу. В 1661 г. Ньютон продолжил образование в Кембриджском университете.
Обучение в колледже
В апреле 1664 г. Ньютон успешно сдал экзамены и приобрел более высокую студенческую ступень. Во время обучения он активно интересовался работами Г. Галилея, Н. Коперника, а также атомистической теорией Гассенди.
Весной 1663 г. на новой, математической кафедре начались лекции И. Барроу. Известный математик и крупный ученый позже стал близким другом Ньютона. Именно благодаря ему у Исаака возрос интерес к математике.
Во время обучения в колледже Ньютон пришел к своему основному математическому методу – разложению функции в бесконечный ряд. В конце этого же года И. Ньютон получил бакалаврскую степень.
Известные открытия
Изучая краткую биографию Исаака Ньютона, следует знать, что именно ему принадлежит изложение закона всемирного тяготения. Еще одним важнейшим открытием ученого является теория движения небесных тел. Открытые Ньютоном 3 закона механики легли в основу классической механики.
Ньютон сделал немало открытий в области оптики и теории цвета. Им были разработаны многие физические и математические теории. Научные труды выдающегося ученого во многом определяли время и часто были непонятны современникам.
Его гипотезы относительно сплюснутости полюсов Земли, явления поляризации света и отклонения света в поле тяготения и сегодня вызывают удивление ученых.
В 1668 г. Ньютон получил степень магистра. Еще через год он стал доктором математических наук. После создания им рефлектора, предтечи телескопа, в астрономии были сделаны важнейшие открытия.
Общественная деятельность
В 1689 г., в результате переворота, был свергнут король Яков II, с которым у Ньютона был конфликт. После этого ученого избрали в парламент от Кембриджского университета, в котором он заседал около 12 мес.
В 1679 г. произошло знакомство Ньютона с Ч. Монтегю, будущим графом Галифаксом. По протекции Монтегю Ньютон был назначен хранителем Монетного двора.
Последние годы жизни
В 1725 г. здоровье великого ученого стало стремительно ухудшаться. Он ушел из жизни 20 (31) марта 1727 г., в Кенсингтоне. Смерть наступила во сне. Похоронен Исаак Ньютон был в Вестминстерском аббатстве.
4 января 1643 года родился Исаак Ньютон - английский физик, астроном, математик, механик, заложивший основы классической механики. Ньютон, как один из создателей классической физики , объяснил движение небесных тел – планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли. Самым известным его открытием был закон всемирного тяготения.
Сэр Исаак Ньютон (англ. Sir Isaac Newton) родился в небольшой деревушке Вулсторп в графстве Линкольншир. Отец его умер еще до рождения сына, а мать, выйдя замуж во второй раз, оставила Ньютона на попечении бабушки. Он рос необщительным мальчиком, поначалу в школе учился очень плохо и часто становился объектом для насмешек одноклассников. Но упорство в учении позволило ему вскоре стать одним из успевающих учеников, и отношение к нему изменилось.
Больше всего Ньютона интересовала техника и математика. В 1660 году Ньютон поступил в Кембридж, который окончил в 1665 году со званием магистра искусств. В 1669-1701 годах он возглавлял физико-математическую кафедру Кембриджского университета. В 1696-м получил должность смотрителя, а в 1699 году - директора Монетного двора в Лондоне, где провел большую работу по перечеканке монет, а также приложил много усилий для упорядочения всего монетного дела Англии.
В этот же период Ньютон занимался и наукой, сформулировал три закона механики, закон всемирного тяготения, создал телескоп-рефлектор, проводил опыты по разложению света. Разработал дифференциальное и интегральное исчисления, теорию цвета и многие другие математические и физические теории.
Открытые Ньютоном основы механики всех физических тел и явлений – от небесных тел до распространения звука - определили развитие физики как науки на много веков вперед. Научное творчество Ньютона сыграло исключительно важную роль в истории развития физики. В его честь названа единица силы в Международной системе единиц – ньютон.
Ньютон был президентом Лондонского Королевского общества с 1703 года. В 1705 году королева Анна возвела его в рыцарское звание.
Скончался великий ученый Исаак Ньютон 31 марта 1727 года в своем доме в Кенсингтоне (сегодня - часть Лондона) и похоронен в Вестминстерском аббатстве.
Ежегодно в день рождения великого англичанина научное сообщество отмечает День Ньютона.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Конспект урока физики в 10 физико – математическом классе
Тема урока: Физика и познание мира.
Классическая механика Ньютона и границы ее применимости
Учитель: Апасова Н.И.
Учебник: Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. Физика. 10 кл.: учеб. - М.:Просвещение, 2010.
Тип урока: урок открытия нового знания
создать условия для формирования у учащихся понятия о научном методе познания природы, обосновать необходимость введения физических моделей и физических величин;
сформировать представление о классической механике Ньютона как о системе знаний, которая имеет границы применимости;
развивать внимание и любознательность.
Планируемые результаты обучения: учащиеся знают о методах научного познания, понимают, в чем состоит создание научной теории, могут сформулировать цель науки; учащиеся вспомнили основные законы классической механики Ньютона; учащиеся знают границы применимости законов, могут охарактеризовать основные модели физики.
2. Работа с тетрадями
3. Техника безопасности на уроках физики
ӀӀ. Мотивационный этап
ӀӀӀ. Изучение нового материала
1. Основные этапы познания. Слайды 2-4
2. Что изучает физика? Слайды 5-7
Все, что нас окружает: земля, вода, воздух, животные, планеты, звезды – это природа. Все, что составляет природу, называют материальным миром. Материя – это множество существующих в мире объектов и систем, общая основа всевозможных явлений. Формы существования материи: вещество и поле. Движение – способ существования материи. Виды движения: механическое, тепловое. Любое изменение материи – явление. Виды физических явлений: механические, тепловые, электрические, оптические.
Физика – это наука, занимающаяся изучением основополагающих и вместе с тем наиболее общих свойств окружающего нас материального мира. Слайд 8
Понятия физики и ее законы лежат в основе любого раздела естествознания.
Цель наук – открыть и изучить законы природы, а затем использовать их для удовлетворения практических нужд человеческого общества.
3. Что такое физическое знание. Слайд 9
4. Научный метод познания. Слайды 10-15
5. Физика - наука экспериментальная. Слайды 16,17
Слайд 18. Благодаря итальянцу Галилео Галилею в естествознание вошло число, от наблюдений ученые перешли к измерениям и расчетам. Это позволило упорядочить огромный массив фактов, переведя их на язык формул.
Опыт имеет в физике очень важное значение. Многие законы физики открыты благодаря наблюдениям за явлениями природы или специально поставленным опытам.
Решим задачи. Слайды 19,20
6. Физические величины и их измерение. Слайды 21-24
Среди многочисленных физических величин существуют основные базовые величины, через которые с помощью определенных количественных соотношений выражаются остальные. Такими базовыми величинами являются длина, время и масс.
Длина характеризует протяженность или расстояние в пространстве. Метр – единица длины, равная расстоянию. которое проходит свет в вакууме за время 1/299792458 с.
Время – мера скорости, с которой происходят какие – либо изменения, т.е. мера скорости развития событий. Секунда – единица времени, равная 9192631770 периодам излучения изотопа атома цезия -133.
Погрешность физической величины, с.343 учебника
Слайд 25: запишите показания термометра с учетом погрешности измерения.
7. Физический закон. Слайд 26
- Какие физические законы вы знаете?
Решим задачи. Слайды 27,28
8. Физическая теория. Слайд 29
Изучая количественные связи между отдельными величинами, можно выяснить частные закономерности. На основе таких закономерностей развивают теорию явлений. Теория должна объяснять частные закономерности с общей точки зрения. Теория не только объясняет наблюдаемые явления, но и предсказывает новые. Английский физик Дж.Максвелл предсказал существование электромагнитных волн.
Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемое явление.
Исаак Ньютон – основоположник фундаментальной физической теории, высказал гипотезу, согласно которой причина падения тел – притяжение их к Земле. Ньютоном была создана классическая теория тяготения.
В V в. до н.э. Демокрит предположил, что все вещества состоят из невидимых человеческим глазом малых частиц – атомов.
В 19 в. Джон дальтон, объясняя химические превращения и реакции, пришел к выводу, что каждому химическому элементу соответствует свой тип мельчайших невидимых атомов, а все вещества состоят из химических соединений атомов.
Последующая классификация атомов в периодической таблице химических элементов Д.И.Менделеева в порядке возрастания массы показала, что в природе насчитывается около 110 химических
элементов. Это означает, что многообразный окружающий мир сконструирован примерно из сотни блоков – атомов.
1887г Джозеф Томсон обнаружил электрон. По своим характеристикам он не вписывался в периодическую таблицу Менделеева.
1911г. Эрнест Резерфорд экспериментально создает планетарную модель атома.
1914-1932гг. Эксперименты показали, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.
Согласно современным представлениям, протон и нейтрон являются сложными частицами, состоящими из кварков.
8. Физические модели. Слайды 31-33
Изучение сложных природных явлений в полном объеме невозможно без введения упрощающих предположений.
9. Что изучает механика. Слайд 34
Давайте вспомним основные разделы физики:
Молекулярная физика. Термодинамика.
Изучение курса физики-10 мы начнем с механики, ибо относящиеся сюда явления наиболее просты, а также потому, что знание законов механики окажет нам существенную помощь при изучении других разделов. Механика - раздел физики, изучающий механические явления.
Все в мире происходит где-то и когда – то: в пространстве (Где?) и во времени (Когда?). Каждое тело в любой момент времени занимает определенное положение в пространстве относительно других тел. Если с течением времени положение тела не изменяется, то тело находится в покое, если же с течением времени положение тела изменяется, то это значит что тело совершает механическое движение. Механическим движением называется перемещение тел или частей тел в пространстве относительно друг друга с течением времени. Слайд 35
-Беседа с учащимися о том, где применяются машины и приспособления
10. Работа с книгой
Прочитать текст об относительности движущихся тел (§1, с.5-6)
-Может ли одно и то же тело одновременно двигаться и находиться в покое относительно других тел?
Нет и не может быть абсолютно неподвижных тел. Могут двигаться и нематериальные тела: солнечный зайчик, тень.
11. Основная задача механики.
Изучить движение тела – значит узнать, как изменяется его положение с течением времени. Если это известно, то можно вычислить положение тела в любой момент времени. В этом и состоит основная задача механики (ОЗМ): определение положения тела в любой момент времени.
12. О границах применимости классической механики Ньютона
Классическая механика Ньютона - механика, основанная на законах Ньютона. Механика Ньютона в течение двух столетий прекрасно описывала наблюдаемое поведение макроскопических тел. Однако движение тел со скоростью, близкой к скорости света, она объяснить не смогла. СТО Эйнштейна, основанная на постулатах, отличных от ньютоновских, объяснила законы движения тел, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света. Для небольшой скорости (много меньше скорости света) результаты теории относительности совпадают с результатами классической механики Ньютона. Это совпадение и определяет одну из границ применимости теории Ньютона. Явления, не подчиняющиеся законам механики: электромагнитные, движение микроскопических частиц, движение тел со скоростями, близкими к скорости света.
Границы применимости теории Ньютона:
1) Классическая механика справедлива для описания движения тел, скорость которых меньше скорости света
2) С помощью теории Ньютона нельзя описать процессы в микромире
Ни одна физическая теория не может быть признана окончательной и верной навсегда. Всегда существует вероятность, что новые наблюдения потребуют уточнения теории. В этом слысле все изучается лишь для того, чтобы снова стать непонятным или в лучшем случае потребовать исправления.
ӀV. Закрепление первичного знания
Вопросы для беседы:
-Что изучает физика?
-В чем состоит научный метод познания?
-С какой целью вводится физическая величина? Назовите известные вам физические величины и их единицы измерения.
-Какие физические теории вы знаете?
- Слайд 37. Объясните схему.
-Какую роль играет физика в научно-техническом прогрессе? Назовите наиболее значимые изобретения XIX и XX веков.
-Что изучает механика?
-Какое движение называется механическим?
-Что понимают под относительностью механического движения? Приведите примеры относительности механического движения.
Биография
Великий ученый имеет достаточно интересную биографию. Будущий математик получил хорошее образование, которое позволило ему сделать много важных открытий.
Происхождение и детство
Исаак Ньютон родился в 1642 году. Будущий ученый появился на свет в деревне Вулсторп, расположенной в графстве Линкольншир. Мальчик с детства был достаточно хилым и слабеньким. Тем не менее, он выжил и умер в почтенном для тех времен возрасте – в 84 года.
Отец мальчика скончался незадолго до его рождения. При жизни он был успешным фермером. Потому после смерти оставил много земли и приличную сумму денег. Мать Исаака в скором времени опять вышла замуж и родила еще троих детей. Женщина посвящала больше времени малышам, потому воспитанием будущего гения вначале занималась бабушка, а затем дядя.
В детские годы Ньютон занимался живописью и поэзией. Он увлекался созданием бумажных змеев и делал первые изобретения. При этом мальчик был весьма болезненным и необщительным. Все свободное время Исаак посвящал своим увлечениям.
Школа
Когда мальчику исполнилось 12 лет, он начал учиться в Грэнтемской школе. Именно там и проявились выдающиеся умственные способности мальчика. В 1659 году мать настояла, чтобы парень вернулся домой и занялся фермерством. Однако благодаря усилиям учителей, которые смогли разглядеть гениальность мальчика, он вернулся в школу.
Колледж
В 1661 году юноша приступил к обучению в Кембридже. В 1664 году Исаак успешно сдал экзамены и получил более высокую студенческую степень. В период обучения он посвящал много времени изучению трудов Коперник и Галилея. Также парня интересовала атомистическая теория Гассенди.
В 1663 году известный ученый Барроу начал читать лекции на математической кафедре. Впоследствии знаменитый математик стал ближайшим другом Исаака. Именно благодаря его работам Ньютон всерьез заинтересовался математикой.
В период обучения в колледже будущий ученый придумал свой главный математический метод, а именно – разложение функции в бесконечный ряд. По результатам обучения Ньютон получил степень бакалавра.
Дорога к науке
Во времена Ньютона система образования в Кембридже была средневековой. В тот период студенты занимались изучением астрономии Аристотеля, однако работы Коперника или Галилея не упоминались. Тем не менее, будущий ученый уже тогда интересовался новыми разработками, хотя астрономия была не единственной сферой его интересов.
В тот же период он стал увлекаться математикой, оптикой, фонетикой. Также Исаак занимался изучением теории музыки. Важным документом того периода считается список научных проблем, которые, по мнению будущего ученого, требовалось решать.
Исаак кратко обозначил то, чем исследователи впоследствии занимались 2 столетия. В список входило больше 40 пунктов. Покровителем Ньютона был известный ученый Барроу, который преимущественно занимался математикой и сразу смог оценить способности юноши. Также исследователь одобрил первое открытие Ньютона, которое стало основой нового математического метода. При этом молодой ученый получил степень бакалавра.
Затем Исаак начал разработку своей основной теории, а именно – закона всемирного тяготения. При этом молодой ученый обобщил информацию своих предшественников. Среди них стоит выделить Декарта, Галилея и Кеплера. При этом в 1665 году ученый вынужден был остановить свои изыскания, поскольку в Англии разгорелась эпидемия чумы. Именно тогда Исаак решил вернуться в Линкольншир. Чтобы продолжать работу, Ньютон взять с собой книги и инструменты.
В тот период он направил свою деятельность на открытие секретов оптики. Исследователь пытался определить, как устранить хроматическую аберрацию линзовых телескопов. Благодаря этому ученый пришел к изучению дисперсии. Суть опытов Исаака заключалась в познании физической природы света. При этом многие из экспериментов ученого по сей день проводят в образовательных учреждениях.
В результате своих работ Ньютону удалось создать корпускулярную модель света. Конечно, она не могла претендовать на полную объективность, но стала основой классической физики. Без этой теории не смогли бы появиться и современные знания о физических явлениях.
Приблизительно тогда же Исаак стал автором своего наиболее известного открытия – закона всемирного тяготения. Но исследования были опубликованы на десятки лет позже, поскольку ученый не стремился прославиться.
В конце 1660 годов Ньютон возвратился в Кембридж, в котором получил статус магистра, комнату и даже группу студентов. При этом преподавание не было сильной стороной ученого, потому его лекции посещали плохо.
В тот же период исследователь придумал телескоп-рефлектор, который позволил ему стать членом королевского общества. Созданное Ньютоном приспособление позволяло делать много астрономических открытий.
Что открыл Исаак Ньютон?
Исаак Ньютон создал много важных законов, которые внесли существенный вклад в развитие современной науки.
Три закона движения Ньютона
Исаак Ньютон придумал 3 закона движения. Они были сформулированы на основе законов планетарного движения, которые разработал Иоганн Кеплер. Законы Ньютона звучали так:
- Объект в спокойном состоянии будет оставаться в покое до того момента, как на него повлияет сила, которая не имеет баланса. Объект в движении будет перемещаться с той же скоростью и в таком же направлении, если не столкнется с несбалансированной силой.
- Ускорение проявляется в момент влияния силы на массу. Чем больше масса, тем большее количество силы понадобится.
- Для каждого действия существует такое же противодействие.
Универсальная гравитация
Важным достижением Ньютона считается закон всемирного тяготения. Он установил, что каждая точка массы притягивает другую силу, которая направлена вдоль линии, пересекающей две точки. Законы гравитации позволяют измерять траектории комет, равноденствий, приливов и других явлений.
Доказательства Ньютона развенчали последние сомнения в отношении гелиоцентрической модели. При этом научное сообщество удостоверилось в том, что Земля не является центром Вселенной.
Всем известна легенда, что Ньютон придумал законы гравитации благодаря яблоку, которое упало ему на голову. Многие люди считают, что эта история является шуточной, а ученый придумал формулу другим способом. Однако в пользу этого рассказа говорят и записи в дневнике Ньютона. Также это подтверждают пересказы современников ученого.
Форма Земли
Ученый считал, что планета Земля образовалась в форме сплющенного сфероида. Впоследствии догадка не нашла подтверждения. Но во времена Ньютона эта информация имела особое значение. Она помогла перевести основную часть научного сообщества с системы Декарта на механику Ньютона.
Оптика
В 1666 году Ньютон все больше внимания уделял оптике. При этом вначале он занимался изучением характеристик света, которые измерял через призму. С 1670 по 1672 год ученый посвятил себя исследованию рефракции света. При этом Исаак демонстрировал, как цветной спектр перестраивается в одиночный белый свет посредством линзы или еще одной призмы.
В результате своих научных изысканий Ньютону удалось понять, что формирование цвета происходит вследствие взаимодействия окрашенных объектов. К тому же он понял, что объектив каждого инструмента страдает вследствие светового рассеивания. Ученому удалось решить проблемы, используя телескоп, оснащенный зеркалом. Его разработку называют первой версией отражающего телескопа. Она положительно повлияла на последующее развитие науки.
Абсолютная температура
Этот показатель также называют термодинамической температурой. Это связано с тем, что речь идет о законе термодинамики. Именно он дает определение температуры. Согласно этой теории, температура тела служит для изменения кинетической энергии частиц веществ, из которых оно состоит. Важно учитывать, что капли материи имеют значительно больше энергии по сравнению с обыкновенной кинетической энергией атомов в блоке.
Реликтовое излучение
Этим термином называют фоновое свечение Большого Взрыва. Его изучение имеет большое значение, поскольку это подтверждает тот факт, что событие действительно имело место.
Ньютон первым придумал вывод о скорости звука в газе. При этом его заключение основывалось на законе Бойля-Мариотта.
Солнечная энергия
В своей фундаментальной работе Ньютон высказал и доказал правильное предположение, что комета обладает твердым ядром. Его испарение под воздействием солнечной энергии формирует обширный хвост. При этом он всегда направляется в сторону, которая противоположна Солнцу.
Тепловая передача
Ньютон посвятил много внимания вопросам тепловой передачи. В результате ему удалось сформулировать важный закон, который получил название Ньютона-Рихмана.
Теорема Бинома
Бином Ньютона представляет собой формулу, которая используется для разложения целой неотрицательной степени суммы двух переменных на отдельные слагаемые. Причем этой формулой пользовались еще индийские и исламские математики.
Однако Ньютон вывел формулу для более общего случая, когда показатели степени представляют собой производное действительное или даже комплексное число. В таком случае бином – это бесконечный ряд.
Ньютон по праву считается величайшим ученым, который сделал много важных открытий. Самыми главными достижениями исследователя считаются сформулированные им физические законы, которые стали основой для последующего развития науки.
Читайте также: