Классическая физика и ньютона кратко
Обновлено: 04.07.2024
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.
Творчество Ньютона по праву относится к вершинам научной мысли. В нем сочетались мастерство экспериментатора и смелость мысли теоретика. Важную роль сыграл Ньютон в формировании методологии научного исследования. С именем Ньютона связывают установление основных положений классической механики, ограниченность которой была осознанна лишь в начале XXв. Ньютон сформировал целую научную программу, под влиянием которой физика развивалась в XVIII – XIX вв. Первые научные работы Ньютона относятся к оптике. В 1666 г. пропуская свет через трехгранную стеклянную призму, он обнаружил его сложный состав, разложил их на семь цветов (в спектр); т.е. открыл явление дисперсии.
Вложенные файлы: 1 файл
Классическая физика Ньютона..docx
Классическая физика И. Ньютона
Сделал, что смог, пусть другие сделают лучше.
(1) Творчество Ньютона по праву относится к вершинам научной мысли. В нем сочетались мастерство экспериментатора и смелость мысли теоретика. Важную роль сыграл Ньютон в формировании методологии научного исследования. С именем Ньютона связывают установление основных положений классической механики, ограниченность которой была осознанна лишь в начале XXв. Ньютон сформировал целую научную программу, под влиянием которой физика развивалась в XVIII – XIX вв. Первые научные работы Ньютона относятся к оптике. В 1666 г. пропуская свет через трехгранную стеклянную призму, он обнаружил его сложный состав, разложил их на семь цветов (в спектр); т.е. открыл явление дисперсии.
1.Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не нуждается приложенными силами изменить это состояние
2.Изменения количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
3.Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, - взаимодействия двух тел друг друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.
(6) Начала Ньютона знаменовали новую эру в развитии науки. Они явились прочным фундаментом, на котором успешно строилась физика XVIII-XIX вв., получившая название классической. Книга подводила итог всему сделанному за предшествующие столетия в учении о простейших формах движения материи.
Своим стремлением свести все к механике Ньютон поддерживал механический материализм ( механицизм).
2.Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.
3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.
4.Законы, индивидуально найденные из опыта, нужно считать верным, пока им противоречат другие наблюдения.
(9)Таким образом, если Декарт хотел освободить науку от беспричинных представлений с помощью порой произвольных допущений, то Ньютон хотел освободить ее от всякого произвола только путем однозначного и единственно правильного объяснения природы.
Мы уже говорили об основах классической механики. Настала пора поговорить о них подробнее и затронуть в обсуждении чуть больше, чем просто основу. В этой статье мы подробно разберем основные законы классической механики. Как вы уже догадались, речь пойдет о законах Ньютона.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Был долго этот мир глубокой тьмой окутан
Да будет свет, и тут явился Ньютон.
Но сатана недолго ждал реванша -
Пришел Эйнштейн, и стало все как раньше.
(Эпиграмма 20-го века)
Что стало, когда пришел Эйнштейн, читайте в отдельном материале про релятивистскую динамику. А мы пока приведем формулировки и примеры решения задач на каждый закон Ньютона.
Первый закон Ньютона
Первый закон Ньютона 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.
Проще говоря, суть первого закона Ньютона можно сформулировать так: если мы на абсолютно ровной дороге толкнем тележку и представим, что можно пренебречь силами трения колес и сопротивления воздуха, то она будет катиться с одинаковой скоростью бесконечно долго.
Инерция – это способность тела сохранять скорость как по направлению, так и по величине, при отсутствии воздействий на тело. Первый закон Ньютона еще называют законом инерции.
Понятно, что таких систем, где тележку толкнули, а она покатилась без действия внешних сил, на самом деле не бывает. На тела всегда действуют силы, причем скомпенсировать действие этих сил полностью практически невозможно.
Например, все на Земле находится в постоянном поле силы тяжести. Когда мы передвигаемся (не важно, ходим пешком, ездим на машине или велосипеде), нам нужно преодолевать множество сил: силу трения качения и силу трения скольжения, силу тяжести, силу Кориолиса.
Второй закон Ньютона
Помните пример про тележку? В этот момент мы приложили к ней силу! Интуитивно понятно, что тележка покатится и вскоре остановится. Это значит, ее скорость изменится.
В реальном мире скорость тела чаще всего изменяется, а не остается постоянной. Другими словами, тело движется с ускорением. Если скорость нарастает или убывает равномерно, то говорят, что движение равноускоренное.
Если рояль падает с крыши дома вниз, то он движется равноускоренно под действием постоянного ускорения свободного падения g. Причем любой дугой предмет, выброшенный из окна на нашей планете, будет двигаться с тем же ускорением свободного падения.
Второй закон Ньютона устанавливает связь между массой, ускорением и силой, действующей на тело. Приведем формулировку второго закона Ньютона:
Ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе.
Если на тело действует сразу несколько сил, то в данную формулу подставляется равнодействующая всех сил, то есть их векторная сумма.
В такой формулировке второй закон Ньютона применим только для движения со скоростью, много меньшей, чем скорость света .
Существует более универсальная формулировка данного закона, так называемый дифференциальный вид.
В любой бесконечно малый промежуток времени dt сила, действующая на тело, равна производной импульса тела по времени.
Третий закон Ньютона
В чем состоит третий закон Ньютона? Этот закон описывает взаимодействие тел.
3 закон Ньютона говорит нам о том, что на любое действие найдется противодействие. Причем, в прямом смысле:
Два тела воздействуют друг на друга с силами, противоположными по направлению, но равными по модулю.
Формула, выражающая третий закон Ньютона:
Другими словами, третий закон Ньютона - это закон действия и противодействия.
Пример задачи на законы Ньютона
Вот типичная задачка на применение законов Ньютона. В ее решении используются первый и второй законы Ньютона.
Десантник раскрыл парашют и опускается вниз с постоянной скоростью. Какова сила сопротивления воздуха? Масса десантника – 100 килограмм.
Решение:
Движение парашютиста – равномерное и прямолинейное, поэтому, по первому закону Ньютона, действие сил на него скомпенсировано.
На десантника действуют сила тяжести и сила сопротивления воздуха. Силы направлены в противоположные стороны.
По второму закону Ньютона, сила тяжести равна ускорению свободного падения, умноженному на массу десантника.
Ответ: Сила сопротивления воздуха равна силе тяжести по модулю и противоположна направлена.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
А вот еще одна физическая задачка на понимание действия третьего закона Ньютона.
Комар ударяется о лобовое стекло автомобиля. Сравните силы, действующие на автомобиль и комара.
Решение:
По третьему закону Ньютона, силы, с которыми тела действуют друг на друга, равны по модулю и противоположны по направлению. Сила, с которой комар действует на автомобиль, равна силе, с которой автомобиль действует на комара.
Другое дело, что действие этих сил на тела сильно отличаются вследствие различия масс и ускорений.
Исаак Ньютон: мифы и факты из жизни
На момент публикации своего основного труда Ньютону было 45 лет. За свою долгую жизнь ученый внес огромный вклад в науку, заложив фундамент современной физики и определив ее развитие на годы вперед.
Он занимался не только механикой, но и оптикой, химией и другими науками, неплохо рисовал и писал стихи. Неудивительно, что личность Ньютона окружена множеством легенд.
Ниже приведены некоторые факты и мифы из жизни И. Ньютона. Сразу уточним, что миф – это не достоверная информация. Однако мы допускаем, что мифы и легенды не появляются сами по себе и что-то из перечисленного вполне может оказаться правдой.
- Факт. Исаак Ньютон был очень скромным и застенчивым человеком. Он увековечил себя благодаря своим открытиям, однако сам никогда не стремился к славе и даже пытался ее избежать.
- Миф. Существует легенда, согласно которой Ньютона осенило, когда на наго в саду упало яблоко. Это было время чумной эпидемии (1665-1667), и ученый был вынужден покинуть Кембридж, где постоянно трудился. Точно неизвестно, действительно ли падение яблока было таким роковым для науки событием, так как первые упоминания об этом появляются только в биографиях ученого уже после его смерти, а данные разных биографов расходятся.
- Факт. Ньютон учился, а потом много работал в Кембридже. По долгу службы ему нужно было несколько часов в неделю вести занятия у студентов. Несмотря на признанные заслуги ученого, занятия Ньютона посещались плохо. Бывало, что на его лекции вообще никто не приходил. Скорее всего, это связано с тем, что ученый был полностью поглощен своими собственными исследованиями.
- Миф. В 1689 году Ньютон был избран членом Кембриджского парламента. Согласно легенде, более чем за год заседания в парламенте вечно поглощенный своими мыслями ученый взял слово для выступления всего один раз. Он попросил закрыть окно, так как был сквозняк.
- Факт. Неизвестно, как бы сложилась судьба ученого и всей современной науки, если бы он послушался матери и начал заниматься хозяйством на семейной ферме. Только благодаря уговорам учителей и своего дяди юный Исаак отправился учиться дальше вместо того, чтобы сажать свеклу, разбрасывать по полям навоз и по вечерам выпивать в местных пабах.
Дорогие друзья, помните - любую задачу можно решить! Если у вас возникли проблемы с решением задачи по физике, посмотрите на основные физические формулы. Возможно, ответ перед глазами, и его нужно просто рассмотреть. Ну а если времени на самостоятельные занятия совершенно нет, специализированный студенческий сервис всегда к вашим услугам!
В самом конце предлагаем посмотреть видеоурок на тему "Законы Ньютона".
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
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: