Краткая биография Исаака Ньютона самое главное
Во многих высших учебных заведениях можно заметить портрет Исаака Ньютона – известного математика и физика (также этот учёный занимался алхимией). Отцом учёного был фермер. Исаак часто болел, сторонился сверстников, воспитывала его бабушка. Будущий учёный учился в Грантемской школе, а в 1661 поступил в колледж Святой Троицы (ныне Тринити-колледж) небезызвестного Кембриджского университета. В 1665 Ньютон становится бакалавром, а тремя годами спустя магистром. Во время учёбы Исаак проводил опыты и сконструировал зеркальный телескоп.
В 1687 Исаак публикует свой труд, посвящённый математическим началам натуральной философии, в котором были описаны законы динамики, основы учения сопротивления газов и жидкостей. Более тридцати лет Исаак был главой физико-математической кафедры Кембриджа, а в начале восемнадцатого столетия королева Анна пожаловала Ньютону рыцарское звание. Много десятилетий Исаак испытывал серьёзные денежные затруднения, и лишь в 1695-м его финансовое положение улучшается после занятия вакансии смотрителя Монетного двора.
Более двух веков Исаака Ньютона считают одним из самых знаменитых учёных. В течение своей жизни он успел сделать существенный вклад во многие современные науки. Он сформулировал важнейшие законы классической механики, объяснил механизм передвижения небесных тел. В 1692 году учёного настигло умственное расстройство, спровоцированное пожаром, уничтожившим солидное количество его рукописей. После того как болезнь отступила, Ньютон продолжил заниматься наукой, но с меньшей интенсивностью.
Ньютон прожил более восьмидесяти лет. В заключительные годы своей жизни Исаак посвятил немало часов теологии, а также библейской истории. Останки великого учёного были захоронены в Вестминстерском аббатстве.
Достижение и личная жизнь
Биография Исаака Ньютона о главном
Имя Исаака Ньютона (1642-1727 гг.) золотыми буквами вписано в историю мировой науки, именно ему принадлежат величайшие открытия в физике, астрономии, механике, математике – формулировка основных постулатов механики, открытие явления всемирного тяготения, английский ученый также заложил основы для последующих научных разработок в области оптики, акустики. Ньютон, помимо физических экспериментов, также был знатоком алхимии, истории. Деятельность ученого зачастую слабо оценивалась его современниками, сегодня же невооруженным глазом видно, что его научные взгляды значительно превосходили уровень средневековой науки.
Исаак родился в 1642 году в английской деревушке Вулсторп (графство Линкольншир) в семье небогатого фермера. Мальчик был достаточно хил и болезненен, физически слабым, воспитывался бабушкой, был очень замкнутым и нелюдимым. В возрасте 12 лет мальчик поступил на обучение в школу в Грантеме, спустя шесть лет, окончив ее, поступил в Кембриджский университет, в котором ему преподавал сам И. Барроу – известный ученый – математик.
В 1665 году Ньютон получил степень бакалавра и до 1667 года находился в родном Вулсторпе: именно в этот период ученый активно занимался научными разработками – опытами по разложению света, изобретением зеркального телескопа, открытием закона всемирного тяготения и т.д. В 1668 году ученый вернулся в родной университет, получил в нем магистерскую степень и при поддержке И. Барроу возглавил физико- математическую кафедру родного университета (вплоть до 1701 г.).
Спустя некоторое время, в 1672 году, молодой изобретатель стал членом одного из крупнейших в мире научных сообществ в Лондоне . В 1687 году вышел в свет его грандиознейший труд под названием «Математические начала натуральной философии», где ученый произвел обобщение накопленного предыдущими учеными (Галилео Галилей, Рене Декарт, Христиан Гюйгенс и др.) научного опыта, а также самостоятельные научные выводы и создал единую систему механики, которая и по сей день является фундаментом физики как науки.
Также И. Ньютоном были сформулированы известные 3 постулата, аксиомы, которые сегодня известны под названием «трех законов Ньютона»: закон инерции, основной закон динамики, закон равенства при взаимодействии двух материальных тел. «Математические начала натуральной философии» сыграли огромную роль в развитии физики, дали толчок к дальнейшему изучению математики, механики, оптики.В 1689 году у Исаака Ньютона умирает мать, в 1692 году произошел пожар, который уничтожил большое число научных разработок ученого – эти события стали причиной большого интеллектуального расстройства изобретателя, в этот период его научная деятельность приходит в упадок.
В 1695 году Ньютон был приглашен на государственную службу, стал смотрителем государственного Монетного двора и руководил перечеканкой монет в королевстве. За заслуги перед короной ученый в 1699 году был представлен к почетному званию директора Монетного двора, а также стал членом Академии наук г.Парижа. В начале 18-го столетия Исаак Ньютон находился на пике славы, возглавил Лондонское королевское общество, в 1705 году был удостоен рыцарского звания, то есть, получил дворянский титул.
Ученый на исходе своей жизни отошел от научной деятельности, находился на государственной службе вплоть до 1725 года.Здоровье ученого с каждым годом все ухудшалось: весной 1727 года в городке Кенсингтон, близ Лондона, гениальный ученый Исаак Ньютон скончался во сне. После смерти ученый был удостоен больших почестей, был похоронен в Вестминстерском аббатстве рядом с английскими королями и видными политическими лидерами государства. Вклад Ньютона в развитие науки остается неоценимо важным и по сей день, его труды являются фундаментальной базой и для современных исследователей.
Его великое открытие для детей
Интересные факты и даты из жизни
Исаак Ньютон — биография, законы физики, семья, личная жизнь, фото и последние новости
Биография
Исаак Ньютон появился на свет 4 января 1643 года в небольшой британской деревушке Вулсторп, располагавшейся на территории графства Линкольншир. Хилый, преждевременно покинувший лоно матери мальчик пришел в этот мир накануне Английской гражданской войны, вскоре после смерти своего отца и незадолго до празднования Рождества.Ребенок был настолько слабым, что на протяжении долгого времени его даже не крестили. Но все же маленький Исаак Ньютон, названный так в честь своего отца, выжил и прожил очень долгую для семнадцатого века жизнь – 84 года.
Исаак Ньютон в молодостиОтец будущего гениального ученого был мелким фермером, однако довольно успешным и состоятельным. После смерти Ньютона-старшего его семья получила несколько сотен акров полей и лесных угодий с плодородной почвой и внушительную сумму размером в 500 фунтов стерлингов.
Мать Исаака, Анна Эйскоу, вскоре снова вышла замуж и родила своему новому супругу троих детей. Анна уделяла больше внимания младшим отпрыскам, а воспитанием ее первенца поначалу занималась бабушка Исаака, а потом его дядя Уильям Эйскоу.
В детстве Ньютон увлекался живописью, поэзией, самозабвенно изобретал водяные часы, ветряную мельницу, мастерил бумажных змеев. При этом он по-прежнему был весьма болезненным, а также крайне необщительным: веселым играм со сверстниками Исаак предпочитал собственные увлечения.
Физик в молодостиКогда ребенка отправили в школу, его физическая слабость и плохие коммуникативные навыки однажды даже стали причиной того, что мальчика избили до полуобморочного состояния. Это унижение Ньютон стерпеть не мог. Но, конечно, в одночасье приобрести атлетическую физическую форму он не мог, поэтому мальчик решил тешить свое самоуважение иначе.
Если до этого случая он достаточно плохо учился и явно не был любимчиком учителей, то после начал серьезно выделяться по успеваемости среди своих одноклассников. Постепенно он стал лучшим учеником, а также еще серьезнее, чем до этого, начал интересоваться техникой, математикой и удивительными, необъяснимыми явлениями природы.
Исаак НьютонКогда Исааку исполнилось 16 лет, мать забрала его обратно в поместье и попыталась возложить на повзрослевшего старшего сына часть забот по ведению хозяйства (второй муж Анны Эйскоу к тому времени тоже скончался). Однако парень только и занимался тем, что конструировал хитроумные механизмы, «проглатывал» многочисленные книги и писал стихи.
Школьный учитель молодого человека, мистер Стокс, а также его дядя Уильям Эйскоу и знакомый Хэмфри Бабингтон (по совместительству – член Кембриджского Тринити-колледжа) из Грэнтема, где будущий всемирно известный ученый посещал школу, уговорили Анну Эйскоу позволить одаренному сыну продолжить обучение. В результате коллективных уговоров в 1661 году Исаак завершил учебу в школе, после чего успешно выдержал вступительные экзамены в Кембриджский университет.
Начало научной карьеры
Как студент Ньютон имел статус «sizar». Это означало, что он не платил за свое образование, однако должен был выполнять в университете разноплановые работы, либо оказывать услуги более богатым студентам. Исаак мужественно выдержал это испытание, хотя по-прежнему крайне не любил чувствовать себя угнетенным, был нелюдим и не умел заводить друзей.
В то время философию и естествознание в знаменитом на весь мир Кембридже преподавали по Аристотелю, хотя на тот момент миру уже были продемонстрированы открытия Галилея, атомистическая теория Гассенди, смелые труды Коперника, Кеплера и других выдающихся ученых. Исаак Ньютон с жадностью поглощал всю возможную информацию по математике, астрономии, оптике, фонетике и даже теории музыки, какую только мог найти. При этом он нередко забывал про еду и сон.
Исаак Ньютон изучает преломление светаСамостоятельную научную деятельность исследователь начал в 1664 году, составив перечень из 45 проблем в человеческой жизни и природе, которые пока не были решены. Тогда же судьба свела студента с одаренным математиком Исааком Барроу, который начал работать на математической кафедре колледжа. Впоследствии Барроу стал его учителем, а также одним из немногих друзей.
Еще сильнее заинтересовавшись математикой благодаря одаренному преподавателю, Ньютон выполнил биномиальное разложение для произвольного рационального показателя, которое стало его первым блестящим открытием в математической области. В том же году Исаак получил звание бакалавра.
Исаак Ньютон и Исаак БарроуВ 1665-1667 годах, когда по Англии прокатилась чума, Великий Лондонский пожар и крайне затратная война с Голландией, Ньютон ненадолго осел в Вусторпе. В эти годы он направил свою основную деятельность на открытие оптических тайн. Пытаясь выяснить, как избавить линзовые телескопы от хроматической аберрации, ученый пришел к исследованию дисперсии. Суть экспериментов, которые ставил Исаак, была в стремлении познать физическую природу света, и многие из них до сих пор проводят в учреждениях образования.
В результате Ньютон пришел к корпускулярной модели света, решив, что его можно рассматривать как поток частиц, которые вылетают из некоторого источника света и осуществляют прямолинейное движение до ближайшего препятствия. Такая модель хоть и не может претендовать на предельную объективность, однако стала одной из основ классической физики, без которой не появились бы и более современные представления о физических явлениях.
Закон всемирного тяготенияПримерно тогда же Исаак стал автором, пожалуй, самого известного своего открытия: Закона всемирного тяготения. Впрочем, опубликованы эти исследования были на десятилетия позже, так как ученый никогда не стремился к славе.
Среди любителей собирать интересные факты давно бытует заблуждение о том, что этот ключевой закон классической механики Ньютон открыл после того, как ему на голову упало яблоко. В действительности Исаак планомерно шел к своему открытию, что понятно из его многочисленных записей. Легенду о яблоке популяризовал авторитетный в те времена философ Вольтер.
Научная известность
В конце 1660-ых годов Исаак Ньютон вернулся в Кембридж, где получил статус магистра, собственную комнату для жизни и даже группу юных студентов, у которых ученый стал преподавателем. Впрочем, преподавание явно не было «коньком» одаренного исследователя, и посещаемость его лекций заметно хромала. Тогда же ученый изобрел телескоп-рефлектор, который прославил его и позволил Ньютону вступить в Лондонское королевское общество. Посредством данного приспособления было сделано множество потрясающих астрономических открытий.
Труд «Математические начала натуральной философии»В 1687 году Ньютон опубликовал, пожалуй, самую важную свою работу – труд под названием «Математические начала натуральной философии». Исследователь и до этого издавал свои труды, но этот имел первостепенное значение: он стал основной рациональной механики и всего математического естествознания. Здесь содержался хорошо всем известный закон всемирного тяготения, три известных до сих пор закона механики, без которых немыслима классическая физика, вводились ключевые физические понятия, не подвергалась сомнениям гелиоцентрическая система Коперника.
По математическому и физическому уровню «Математические начала натуральной философии» были на порядок выше, чем изыскания всех ученых, работавших над этой проблемой до Исаака Ньютона. Здесь не было недоказанной метафизики с пространными рассуждениями, безосновательными законами и неясными формулировками, которой так грешили работы Аристотеля и Декарта.
В 1699 году, когда Ньютон работал на административных должностях, в университете Кембриджа начали преподавать его систему мира.
Личная жизнь
Женщины ни тогда, ни с годами не проявляли особой симпатии к Ньютону, и за всю свою жизнь он ни разу не женился.
Исаак НьютонСмерть великого ученого наступила в 1727 году, причем на его похороны собрался практически весь Лондон.
Законы Ньютона
- Первый закон механики: всякое тело покоится или остается в состоянии равномерного поступательного движения, пока этот состояние не будет скорректировано приложением внешних сил.
- Второй закон механики: изменение импульса пропорционально приложенной силе и осуществляется по направлению ее воздействия.
- Третий закон механики: материальные точки взаимодействуют друг с другом по прямой, их соединяющей, с равными по модулю и противоположными по направлению силами.
- Закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками пропорциональна произведению их масс, умноженному на гравитационную постоянную, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими точками.
Закон всемирного тяготения Ньютона • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
Между всеми телами во Вселенной действует сила взаимного притяжения.
На склоне своих дней Исаак Ньютон рассказал, как это произошло: он гулял по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел луну в дневном небе. И тут же на его глазах с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Поскольку Ньютон в это самое время работал над законами движения (см. Законы механики Ньютона), он уже знал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.
Чтобы в полной мере оценить весь блеск этого прозрения, давайте ненадолго вернемся к его предыстории. Когда великие предшественники Ньютона, в частности Галилей, изучали равноускоренное движение тел, падающих на поверхность Земли, они были уверены, что наблюдают явление чисто земной природы — существующее только недалеко от поверхности нашей планеты. Когда другие ученые, например Иоганн Кеплер ( см. Законы Кеплера), изучали движение небесных тел, они полагали что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, нежели законы, управляющие движением здесь, на Земле. История науки свидетельствует, что практически все аргументы, касающиеся движения небесных тел, до Ньютона сводились в основном к тому, что небесные тела, будучи совершенными, движутся по круговым орбитам в силу своего совершенства, поскольку окружность — суть идеальная геометрическая фигура. Таким образом, выражаясь современным языком, считалось, что имеются два типа гравитации, и это представление устойчиво закрепилось в сознании людей того времени. Все считали, что есть земная гравитация, действующая на несовершенной Земле, и есть гравитация небесная, действующая на совершенных небесах.
Прозрение же Ньютона как раз и заключалось в том, что он объединил эти два типа гравитации в своем сознании. С этого исторического момента искусственное и ложное разделение Земли и остальной Вселенной прекратило свое существование.
Результаты ньютоновских расчетов теперь называют законом всемирного тяготения Ньютона. Согласно этому закону между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Как и все физические законы, он облечен в форму математического уравнения. Если M и m — массы двух тел, а D — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна:
F = GMm/D2
где G — гравитационная константа, определяемая экспериментально. В единицах СИ ее значение составляет приблизительно 6,67 × 10–11.
Относительно этого закона нужно сделать несколько важных замечаний. Во-первых, его действие в явной форме распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. В частности, сейчас вы и эта книга испытываете равные по величине и противоположные по направлению силы взаимного гравитационного притяжения. Конечно же, эти силы настолько малы, что их не зафиксируют даже самые точные из современных приборов, — но они реально существуют, и их можно рассчитать. Точно так же вы испытываете взаимное притяжение и с далеким квазаром, удаленным от вас на десятки миллиардов световых лет. Опять же, силы этого притяжения слишком малы, чтобы их инструментально зарегистрировать и измерить.
Второй момент заключается в том, что сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. Прямо сейчас на вас действует сила земного притяжения, рассчитываемая по вышеприведенной формуле, и вы ее реально ощущаете как свой вес. Если вы что-нибудь уроните, оно под действием всё той же силы равноускоренно устремится к земле. Галилею первому удалось экспериментально измерить приблизительную величину ускорения свободного падения (см. Уравнения равноускоренного движения) вблизи поверхности Земли. Это ускорение обозначают буквой g.
Для Галилея g было просто экспериментально измеряемой константой. По Ньютону же ускорение свободного падения можно вычислить, подставив в формулу закона всемирного тяготения массу Земли M и радиус Земли D, помня при этом, что, согласно второму закону механики Ньютона, сила, действующая на тело, равняется его массе, умноженной на ускорение. Тем самым то, что для Галилея было просто предметом измерения, для Ньютона становится предметом математических расчетов или прогнозов.
Наконец, закон всемирного тяготения объясняет механическое устройство Солнечной системы, и законы Кеплера, описывающие траектории движения планет, могут быть выведены из него. Для Кеплера его законы носили чисто описательный характер — ученый просто обобщил свои наблюдения в математической форме, не подведя под формулы никаких теоретических оснований. В великой же системе мироустройства по Ньютону законы Кеплера становятся прямым следствием универсальных законов механики и закона всемирного тяготения. То есть мы опять наблюдаем, как эмпирические заключения, полученные на одном уровне, превращаются в строго обоснованные логические выводы при переходе на следующую ступень углубления наших знаний о мире.
Картину устройства солнечной системы, вытекающую из этих уравнений и объединяющую земную и небесную гравитацию, можно понять на простом примере. Предположим, вы стоите у края отвесной скалы, рядом с вами пушка и горка пушечных ядер. Если просто сбросить ядро с края обрыва по вертикали, оно начнет падать вниз отвесно и равноускоренно. Его движение будет описываться законами Ньютона для равноускоренного движения тела с ускорением g. Если теперь выпустить ядро из пушки в направлении горизонта, оно полетит — и будет падать по дуге. И в этом случае его движение будет описываться законами Ньютона, только теперь они применяются к телу, движущемуся под воздействием силы тяжести и обладающему некой начальной скоростью в горизонтальной плоскости. Теперь, раз за разом заряжая в пушку всё более тяжелое ядро и стреляя, вы обнаружите, что, поскольку каждое следующее ядро вылетает из ствола с большей начальной скоростью, ядра падают всё дальше и дальше от подножия скалы.
Теперь представьте, что вы забили в пушку столько пороха, что скорости ядра хватает, чтобы облететь вокруг земного шара. Если пренебречь сопротивлением воздуха, ядро, облетев вокруг Земли, вернется в исходную точку точно с той же скоростью, с какой оно изначально вылетело из пушки. Что будет дальше, понятно: ядро на этом не остановится и будет и продолжать наматывать круг за кругом вокруг планеты. Иными словами, мы получим искусственный спутник, обращающийся вокруг Земли по орбите, подобно естественному спутнику — Луне. Так мы поэтапно перешли от описания движения тела, падающего исключительно под воздействием «земной» гравитации (ньютоновского яблока), к описанию движения спутника (Луны) по орбите, не изменяя при этом природы гравитационного воздействия с «земной» на «небесную». Вот это-то прозрение и позволило Ньютону связать воедино считавшиеся до него различными по своей природе две силы гравитационного притяжения.
Остается последний вопрос: правду ли рассказывал на склоне своих дней Ньютон? Действительно ли всё произошло именно так? Никаких документальных свидетельств того, что Ньютон действительно занимался проблемой гравитации в тот период, к которому он сам относит свое открытие, сегодня нет, но документам свойственно теряться. С другой стороны, общеизвестно, что Ньютон был человеком малоприятным и крайне дотошным во всем, что касалось закрепления за ним приоритетов в науке, и это было бы очень в его характере — затемнить истину, если он вдруг почувствовал, что его научному приоритету хоть что-то угрожает. Датируя это открытие 1666-м годом, в то время как реально ученый сформулировал, записал и опубликовал этот закон лишь в 1687 году, Ньютон, с точки зрения приоритета, выгадал для себя преимущество больше чем в два десятка лет.
Я допускаю, что кого-то из историков от моей версии хватит удар, но на самом деле меня этот вопрос мало беспокоит. Как бы то ни было, яблоко Ньютона остается красивой притчей и блестящей метафорой, описывающей непредсказуемость и таинство творческого познания природы человеком. А является ли этот рассказ исторически достоверным — это уже вопрос вторичный.
См. также:
Знаменитые законы Ньютона
4 января — это особая дата в научном обществе, ведь именно в этот день появился на свет Исаак Ньютон. О том, как его законы действуют в «Артеке», читайте в статье медиаотряда д/л «Янтарный»
4 января весь мир отмечает День Ньютона.
Не слышали о таком празднике? Сейчас мы вам расскажем!
Кто такой Исаак Ньютон? Это выдающийся английский ученый, разработавший и открывший ряд важнейших для мировой науки законов и теорий в физике, математике и астрономии. Многие из его открытий входят в школьную программу для старших классов.
Самый знаменитый закон Ньютона — это закон всемирного тяготения: Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной массе каждого из них и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Каждую смену артековцы обязательно притягиваются к вкусной анимации.
Второй закон Ньютона: Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных к телу, и обратно пропорционально его массе.
Приходя к Дереву Желаний, каждый артековец хочет, чтобы его мечта сбылась намного скорее.
Третий закон Ньютона гласит: Взаимодействия двух тел друг на друга равны между собой и направлены в противоположные стороны.
Интересный факты:
— Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, по традиции в нём выделяют семь цветов. Считается, что первым выбрал число семь Исаак Ньютон. Причём первоначально, он различал только пять цветов — красный, жёлтый, зелёный, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей книге »Оптика».
— Благодаря Ньютону сократилось создание фальшивых монет, так как он сообразил по бокам делать линии, которые предотвращали срезание металла.
— На первом логотипе Apple был изображён Исаак, который сидел под яблоней.
Авторы: медиаотряд д/л «Янтарный», 15 смена 2019 года
ИСААК НЬЮТОН (4.I 1643 — 31.III 1727) — выдающийся английский учёный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член Лондонского королевского общества и его президент (с 1703). Родился в Вулсторпе. Окончил Кембриджский университет в 1665г. В 1669 — 1701г. возглавлял в нём кафедру. С 1695г. — смотритель, с 1699г. — директор Монетного двора. Его работы относятся к механике, оптике, астрономии, математике. Ньютон сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, развил корпускулярную теорию света, разработал дифференциальное и интегральное исчисление. Обобщив результаты исследований своих предшественников в области механики и свои собственные, Ньютон создал огромный труд «Математические начала натуральной философии» («Начала»), изданный в 1687г. «Начала» содержали основные понятия классической механики, в частности понятия: масса, количество движения, сила, ускорение, центростремительная сила и три закона движения. В этой же работе дан его закон всемирного тяготения, исходя из которого, Ньютон объяснил движение небесных тел и создал теорию тяготения. Открытие этого закона окончательно утвердило победу учения Коперника. Он показал, что из закона всемирного тяготения вытекают три закона Кеплера; объяснил особенности движения Луны, явление процессии; развил теорию фигуры Земли, отметив, что она должна быть сжата у полюсов, теорию приливов и отливов; рассмотрел проблему создания искусственного спутника Земли и т.д.Ньютон разработал закон сопротивления и основной закон внутреннего трения в жидкостях и газах, дал формулу для скорости распространения волн. И.Ньютон создал физическую картину мира, которая длительное время . до начала 20 века господствовала в науке. Пространство и время он считал абсолютным. С таким пониманием пространства и времени тесно связана его идея дальнодействия — мгновенной передачи действия от одного тела к другому на расстояние через пустое пространство без помощи материи. Впервые её ограниченность обнаружили М.Фарадей и Дж.Максвелл, показав неприменимость её к электромагнитным явлениям, а теория относительности, возникшая в начале XX в., окончательно доказала ограниченность классической физики Ньютона — физики малых скоростей и макроскопических масштабов. Однако специальная теория относительности А. Эйнштейна лишь уточнила и дополнила её для случая движения со скоростями. «Ныне место ньютоновской схемы дальнодействующих сил, — писал А.Эйнштейн, — заняла теория поля, Велик вклад Ньютона в оптику. В 1666г. при помощи трёхгранной стеклянной призмы он разложил белый свет на семь цветов (в спектр), тем самым доказав его сложность (явление дисперсии), открыл хроматическую аберрацию. Пытаясь избежать аберрации в телескопах, в 1668 и в 1671 сконструировал телескоп — рефлектор оригинальной системы — зеркальный (отражённый), где вместо линзы использовалось вогнутое сферическое зеркало (телескоп Ньютона). Исследовал интерференцию и дифракцию света, изучая цвета тонких пластинок, открыл так называемые кольца Ньютона, установил закономерности в их размещении, высказал мысль о периодичности светового процесса. Ньютон считал свет потоком корпускул (корпускулярная теория света), однако на разных этапах рассматривал возможность существования и волновых свойств света. Свои оптические исследования изложил в работе «Оптика» (1704г.). Научное творчество Ньютона сыграло важную роль в истории развития физики. По словам А.Эйнштейна: «Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности» и «… оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом». Устали? — Отдыхаем! |
от Галилея до наших дней
Недавно в российских магазинах появился в продаже телескоп ТАЛ-35 ‒ копия рефлектора, созданного Исааком Ньютоном в 1668 году. Изобретение, в свое время ставшее прорывом в астрономии, в точности воспроизвели специалисты холдинга «Швабе».
Телескоп «Швабе» не отличается от оригинала ничем, кроме улучшенного качества изображения. Интересно, что принципиальные схемы телескопов были открыты еще в XVII веке и применяются до сих пор. Об эволюции телескопов и первооткрывателях телескопостроения – в нашем материале.
У истоков астрономии
410 лет назад, в 1609 году, итальянец Галилео Галилей, впервые наблюдая через телескоп небесные тела, смог разглядеть кратеры на Луне, отдельные звезды Млечного Пути и спутники Юпитера. Свои наблюдения Галилей описал в книге «Звездный вестник», которая произвела фурор в научной среде. Этот момент считается одним из поворотных в становлении астрономии как науки о Вселенной.
Галилео Галилей демонстрирует свой телескоп в Венеции. Фреска Джузеппе Бертини
Первые зрительные трубы, изучая которые Галилей собрал свой телескоп, были изготовлены в 1607 году в Голландии. Но до этого еще в 1509 году Леонардо да Винчи в своих записях сделал чертежи простейшего линзового телескопа и предлагал смотреть через него на Луну.
Устройство первых телескопов было достаточно простым. В трубе на расстоянии располагались две линзы: объектив − выпуклая линза с фокусным расстоянием в 10, 20 или 30 дюймов и окуляр – вогнутая рассеивающая линза. Недостатками такого устройства являлись малое поле зрения и слабая яркость картинки.
В 1611 году немецкий ученый Иоганн Кеплер предлагает свою конструкцию телескопа – с двумя собирающими линзами. Эта схема давала перевернутое изображение, но зато оно было более ярким, и при этом значительно расширялось поле зрения. Первый телескоп по схеме Кеплера был сделан в 1613 году ученым-иезуитом Кристофом Шейнером. Он же впервые использовал для наведения телескопа две взаимно перпендикулярные оси, одна из которых стоит под прямым углом к плоскости экватора, что помогало компенсировать вращение Земли при наблюдениях.
Рефлектор Ньютона и другие телескопы
Первый телескоп, собранный Галилеем, имел трехкратное увеличение. Позже ему удалось добиться 32-кратного приближения. В дальнейшем ученые поняли, что увеличение фокусного расстояния улучшает качество изображения и помогает избежать аберраций, или искажений. Размеры телескопов при этом стали достигать 100 метров.
Одним из существенных искажений, которые мешали работе пионеров астрономии, был хроматизм, когда изображение становилось нечетким и у него появлялись яркие цветные контуры. Чтобы избавиться от хроматических аберраций, англичанин Исаак Ньютон, экспериментировавший в 1660-е годы с оптикой, решает заменить выпуклую линзу на сферическое зеркало. Для этого он добавляет в бронзу мышьяк и разрабатывает хорошо поддающийся шлифовке материал. Первый телескоп-рефлектор был построен Ньютоном в 1668 году. Длиной он был всего 15 см и диаметром 33 мм. Ученый смог добиться 40-кратного увеличения высокого качества. Новый телескоп настолько понравился королю, что Ньютон был избран членом Королевского общества.
Оригинальный телескоп-рефлектор Исаака Ньютона. Фото Лондонского королевского общества
В 1672 году француз Лоран Кассегрен предложил двухзеркальную схему, где первое зеркало было параболическим, а в качестве второго рефлектора выступал выпуклый гиперболоид, располагающийся перед фокусом первого. Первый подобный телескоп был сделан в 1732 году. Таким образом, уже в конце XVII века были разработаны все основные схемы телескопов, которые совершенствовались в последующие годы.
Время гигантов
В середине XIX века появились первые фотографии, выполненные с помощью телескопов. В 1860-е годы произошло важное событие в мире астрономии – англичанин Уильям Хаггинс впервые использовал вместе с телескопом спектроскоп. Ученый исследовал спектры излучения звезд и доказал различия между галактиками и туманностями.
Если во второй половине XIX века моду задавали телескопы-рефракторы, то в XX веке лидерами стали зеркальные рефлекторы. И сегодня в большинстве телескопов используются зеркальные схемы.
Большой телескоп азимутальный. Фото: Руслан Зимняков/Flickr
В 1917 году в Калифорнии был построен зеркальный телескоп Хукера диаметром 100 дюймов (2,54 м), с помощью которого Эдвин Хаббл делал свои открытия. В 1948-м там же был запущен телескоп Хейла диаметром 5,15 м. Он оставался самым крупным в мире до 1976 года, когда в СССР был открыт БТА (Большой телескоп азимутальный), установленный в Специальной астрофизической обсерватории на горе Семиродники около Нижнего Архыза. Это был первый телескоп с альт-азимутальной компьютеризованной монтировкой. Основные работы по телескопу выполняли предприятия, входящие сегодня в холдинг «Швабе»: Лыткаринский завод оптического стекла и Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова. По сей день зеркало БТА диаметром 605 см является самым большим по массе.
С каждым десятилетием сложность и размеры телескопов растут. Так, самый большой в мире телескоп с цельным зеркалом диаметром 10 м находится на Гавайских островах. На Канарских островах есть еще более крупный Большой Канарский телескоп диаметром 10,4 м. Но его первичное зеркало не является цельным − оно собрано из 36 зеркальных шестиугольных сегментов. Применение ячеистых зеркал стало новым шагом в развитии телескопов.
Реплика от «Швабе»
Сегодня ощутить себя астрономами далекого прошлого можно благодаря ученым из столицы Сибири. В 2008 году на Новосибирском приборостроительном заводе (НПЗ) холдинга «Швабе» воссоздали телескоп-рефлектор, созданный Исааком Ньютоном в 1668 году. Первые экземпляры устройства выпустили как памятные сувениры для гостей Новосибирска, приехавших посмотреть на полное солнечное затмение, так называемое русское. Но спрос оказался таким высоким, что телескопы продолжали выпускать по единичным заказам, а потом и вовсе решили запустить серийное производство – под названием ТАЛ-35.
Чертежи телескопа создавали практически с нуля – на основе архивной информации. Оптическая труба ТАЛ-35 состоит из двух частей: подвижной и основной. Монтировка (подвижная опора телескопа) представляет собой деревянный шар. В рефлекторе Ньютона зеркало повернуто к оптической оси под углом 45 градусов, поэтому наблюдение ведется не с торца телескопа, а в боковой части.
Реплика телескопа Ньютона. Фото: «Швабе»
Детали телескопа Ньютона изготавливают на тех же линиях, где серийно производят линейку известных в мире телескопов ТАЛ. Единственное отличие копии от исторического оригинала – это качество изображения. Если Ньютон использовал для отражения полированную бронзовую пластину, то реплику оснастили оптическим зеркалом, обработанным алюминием. Таким образом, несмотря на сувенирное назначение, эти телескопы можно использовать и для наблюдений.
Астрономия – одна из важнейших наук, формирующих мировоззрение. Несколько лет назад она вернулась в обязательную школьную программу старших классов. Выпускаются новые учебники, в ЕГЭ добавляются астрономические вопросы. Как отмечает генеральный директор НПЗ Василий Рассохин, в создании телескопа ТАЛ-35 новосибирцы руководствовались не только популярностью прибора как сувенира: «Мы уверены, что телескопы Ньютона станут первым шагом в большую науку для многих молодых людей».
В дни Сталинградской битвы в СССР широко отмечалось 300-летие Исаака Ньютона – Наука – Коммерсантъ
текст Андрей Ваганов
иллюстрация Виктор Меламед
«4 января 1943 г. исполняется 300 лет со дня рождения Исаака Ньютона, одного из величайших гениев точного естествознания, — пишет в предисловии к первому изданию книги «Исаак Ньютон» академик Сергей Вавилов. — Направляя сейчас основные усилия на помощь нашей героической Красной армии, Академия наук СССР не может пройти мимо знаменательной даты одного из величайших творцов культуры — Исаака Ньютона.»
Во втором издании, 1945 года, Сергей Вавилов пишет: «Первое издание этой книги было опубликовано в самом начале 1943 г… Книга составлялась в грозные дни Сталинградской битвы, решавшей исход войны… С удовлетворением можно отметить, что на нашей родине, несмотря на напряжение исторических сталинградских дней, решавших ее судьбы, юбилей Ньютона праздновался широко и с большим единодушием. Помимо многочисленных торжественных заседаний в научных институтах, университетах и других учреждениях по всей стране в юбилейные дни, в СССР было издано пять книг и среди них большой том статей, всесторонне анализирующих наследство Ньютона».
Такой концентрации исследований, посвященных жизни и творчеству Исаака Ньютона, не было нигде в мире. «Невиданная война заставила ограничить ньютоновские торжества в Англии, США и других странах, как можно судить теперь по дошедшим до нас иностранным журналам, — писал академик Сергей Вавилов. — Не появилось ни одной книги, посвященной Ньютону, юбилей был отмечен лишь немногими собраниями и небольшими журнальными и газетными статьями». В СССР даже из блокадного Ленинграда, осенью 1942 года, через линию фронта в Москву, транспортировались ценные издания для выставки, посвященной 300?летию со дня рождения Исаака Ньютона.
6 января 1944 года в Москве были вручены подарки Лондонского Королевского общества Академии наук СССР — первое издание «Математических начал натурфилософии» Ньютона (Лондон, 1687 г., на фото вверху) и один из трех сохранившихся черновиков ответного письма Исаака Ньютона князю А.Д. Меншикову (от 25 октября 1714 г.)
4 января 1943 года Академия наук отметила 300-летие со дня рождения Исаака Ньютона торжественным заседанием в Московском доме ученых. Присутствовали около 700 человек, в том числе представители посольства Великобритании в СССР во главе с поверенным в делах. От имени Королевского общества выступили Петр Капица, который вместе с академиком математиком Иваном Виноградовым представлял Лондонское Королевское общество по поручению его президента Дейла.
В фойе большого зала Дома ученых была развернута выставка, посвященная 300?летнему юбилею Ньютона. Готовила экспозицию Александра Люблинская. Сохранился ее архив.
«Все прошло как нельзя лучше, — пишет Люблинская. — Я водила по выставке Комарова, Капицу и секретаря английского посольства, и все единодушно очень хвалили. Правда, старые книги были уж очень хороши… Само заседание было осенено громадным портретом Ньютона на заднике красного бархата. Внизу же за столом президиума розовели 15 лысин самых почетных академиков. Народу было битком набито, на выставке люди толпились, и показывать ее было непросто… Словом, получился интересный эффект-ный и знаменательный праздник в честь мировой науки.»
Сергей Вавилов записал в дневнике 26 февраля 1943 г.: «Явно «перегнутый» и переборщенный юбилей Ньютона».
Празднование на государственном уровне 300?летия со дня рождения Ньютона стало для СССР хорошим поводом еще раз продемонстрировать отношение к союзнику, Англии.
«Эту годовщину в тот тяжелый год войны, 1943?й, в СССР отмечали широко, — свидетельствует лингвист, академик Вячеслав Иванов. — Школьником 7?го и 8?го классов я вместе с одноклассниками в Ташкенте, а потом в Москве готовил доклады, сделанные на уроках физики о Ньютоне.»
Этот феномен празднования в СССР в 1943 году 300?летия со дня рождения Исаака Ньютона до сих пор остается удивительным примером, если можно так сказать, интеллектуального сопротивления энтропии войны.
Редакция выражает искреннюю признательность Наталии Васильевне Вдовиченко, кандидату физико-математических наук, за организацию публикаций о советской физике во время Великой отечественной войны
Исаак Ньютон: кем он был и почему падают яблоки
Физически сэр Исаак Ньютон не был крупным человеком. Однако у него был большой интеллект, о чем свидетельствуют его открытия в области гравитации, света, движения, математики и многого другого.
Легенда гласит, что Исаак Ньютон придумал теорию гравитации в 1665 или 1666 году, наблюдая за падением яблока. Он спросил, почему яблоко упало прямо вниз, а не боком или даже вверх. «Он показал, что сила, заставляющая яблоко падать и удерживающая нас на земле, такая же, как сила, удерживающая луну и планеты на их орбитах», — говорит Мартин Рис.Он бывший президент Британского Королевского общества, национальной академии наук Соединенного Королевства, которую когда-то возглавлял сам Ньютон.
«Его теория гравитации не дала бы нам спутников для глобального позиционирования, — сказал Джереми Грей, историк математики из Открытого университета в Милтон-Кейнсе, Великобритания. — Но этого было достаточно для развития космических путешествий».
Кембриджские годы
Ньютон родился на два-три месяца раньше срока 4 января 1643 года в Линкольншире, Англия.Практичный ребенок, он любил конструировать модели, в том числе крошечную мельницу, которая фактически перемалывала муку, приводимая в движение мышью, вращающейся в колесе.
Поступивший в Кембриджский университет в 1661 году, Ньютон сначала не смог проявить себя как студент. В 1665 году школа временно закрылась из-за бубонной чумы, болезни, от которой в тот период в Лондоне погибло более 100 000 человек. В результате Ньютон вернулся домой в Линкольншир на два года.
Примерно в то же время произошел мозговой штурм, связанный с падением яблока.Затем Ньютон вернулся в Кембридж в 1667 году и работал профессором математики до 1696 года.
Успехи Ньютона
Понимание гравитации было лишь частью вклада Ньютона в математику и науку. Другим его основным интересом были вычисления, предмет, изучающий ставки или измерение изменений. Вместе с немецким математиком Готфридом Лейбницем Ньютон разработал дифференциацию и интеграцию. Эти два метода до сих пор используются во многих областях науки.Дифференциация используется для измерения любой скорости изменения, например, скорости размножения вида животных. Интеграция часто используется в геометрии для расчета площадей и объемов.
Ньютон также проявлял большой интерес к оптике, изучению света и его поведения. Это привело его к правильному предположению, что белый свет на самом деле представляет собой комбинацию света всех цветов радуги. Он использовал свои знания, чтобы показать, почему тогда телескопы не могли точно воспроизводить цвета. Ньютон разработал телескоп, в котором использовались зеркала, а не только стеклянные линзы.Это позволило новой машине сфокусировать все цвета в одной точке, что привело к более четкому и точному изображению. По сей день отражающие телескопы, в том числе космический телескоп Хаббла, являются ключевыми инструментами астрономии.
Яблочная интуиция Ньютона позволила ему разработать три закона движения. Эти законы до сих пор используются для описания того, как силы влияют на объекты, например, как летят ракеты или движутся бейсбольные мячи. Сила может рассматриваться как толчок или тяга в определенном направлении.
Первый закон движения: инерция
Покоящийся объект будет оставаться в покое, а объект, находящийся в движении, будет продолжать движение по прямой линии, если его не сдвинет внешняя сила.
Второй закон движения: ускорение
Объект будет ускоряться, если к нему приложить силу. Ускорение — это скорость изменения скорости объекта. Ускорение произойдет в направлении силы. При фиксированной силе более крупные объекты будут иметь меньшее ускорение.
Если масса не изменяется, сила равна массе, умноженной на ускорение, или F = ma.
Третий закон движения: действие и противодействие
Для каждого действия существует равное и противоположное противодействие.Например, предположим, что объект A попадает в объект B. Это означает, что A воздействует на B в определенном направлении. Согласно третьему закону Ньютона, A также получает силу от B. Две силы равны и направлены в противоположных направлениях.
«Начала»
Ньютон опубликовал свои открытия в 1687 году в книге под названием Philosophiae Naturalis Principia Mathematica . Латинское название переводится как Mathematical Principia of Natural Philosophy , а книга широко известна как Principia .
«Принципы Ньютона сделали его знаменитым — немногие читали его и еще меньше понимали», — писал математик Роберт Уилсон из Открытого университета. «Но все знали, что это была великая работа, похожая на теорию относительности Эйнштейна более двухсот лет спустя».
Тщетные и мстительные годы
Несмотря на богатство открытий, Ньютон не любили, особенно в старости. В то время он возглавлял Королевский монетный двор Великобритании, который печатал деньги и создавал монеты.Он также работал в парламенте, ветви британского правительства, и писал, среди прочего, о религии. Риз говорит, что как личность Ньютон был одиноким в молодости и тщеславным и мстительным в последние годы. Он «саботировал своих соперников», — добавляет Рис.
Сэр Дэвид Уоллес — директор Института математических наук Исаака Ньютона в Кембридже, Англия. Он сказал, что Ньютон «был сложным персонажем, который также занимался алхимией» — поиском метода превращения обычных металлов в золото. По словам Уоллеса, как магистр монетного двора Ньютон не проявил милосердия к приговоренным к смертной казни производителям фальшивых монет.
В 1727 году в возрасте 84 лет сэр Исаак Ньютон умер во сне. Он был похоронен с большой церемонией в Вестминстерском аббатстве в Лондоне, Англия.
Миссис Лигон — Наука 7/8 / Законы движения Ньютона
Сэр Исаак Ньютон жил в 1600-х годах. Как и все ученые, он наблюдал за окружающим миром. Некоторые из его наблюдений касались движения. Его наблюдения со временем подкреплялись большим количеством данных; и теперь мы называем это законами движения Ньютона. Его законы движения объясняют покой, постоянное движение, ускоренное движение и описывают, как уравновешенные и неуравновешенные силы действуют, вызывая эти состояния движения.
Просмотрите три закона движения:
Первый закон движения Ньютона гласит, что объект в состоянии покоя будет оставаться в состоянии покоя, а объект в движении будет оставаться в движении, пока на него не будет действовать внешняя, неуравновешенная внешняя сила.
Объект не изменит своего движения, если на него не действует сила.
Неподвижный объект остается неподвижным, пока что-то его не толкнет или не потянет.
Движущийся объект продолжает двигаться с той же скоростью, пока что-то не толкает или не тянет его, чтобы изменить его скорость или направление.
Все объекты сопротивляются изменению своего движения.
Эта тенденция сопротивляться изменению движения называется инерцией.
Чем больше масса объекта, тем больше его инерция.
Что делать:
Создание слайд-шоу: заголовок + 3 слайда (по одному для каждого закона)
Выберите вид спорта из утвержденного учителем списка
Включите объяснение того, как спорт демонстрирует или описывает закон движения.Включите изображение (с правильными атрибутами), иллюстрирующее объяснение.
Как вас будут оценивать:
Это считается ТЕСТОВОЙ оценкой!
Ваше слайд-шоу будет проверено на следующие вещи:
Точность и завершенность (62,5% оценки). Неполное слайд-шоу или объяснение не будут полностью точными.
Визуальное обращение (25% оценки). Это включает в себя цвет и тип шрифта, а также организацию слайдов. Правильное написание и грамматика также являются ключом к визуальной привлекательности.
Соответствующая атрибуция фотографий (12,5% оценки). Изображения должны быть правильно указаны или процитированы с использованием commons.wikimedia.org или search.creativecommons.org
Бонусные баллы будут начислены за совместное использование презентации с классом в установленный срок.
Рубрика будет использоваться 3 раза / один раз в соответствии с законом движения
| | Эксперт 10 баллов | 8 | Новичок 4 балла | |||||||
Содержание и точность |
|
|
|
| ||||||
| | Эксперт 4 балла | Квалифицированный 3 балла | Новичок 2 балла | Начинающий 9 | Новичок 1 балл | |||||
| | Эксперт 2 балла | | Новичок 1 балл | Новичок 9017 0 |
Сэр Исаак Ньютон | TheSchoolRun
Рожденный в 1643 году, Ньютон известен различными научными и математическими достижениями в нашем понимании мира, включая трех законов движения, закона всемирного тяготения, расчетов и света.
- Первый из трех его законов движения гласит, что объект будет продолжать двигаться в том же направлении, если на него не действует сила, заставляющая его менять направление, ускоряться или замедляться.
- Второй закон движения заключается в том, что чем больше масса объекта, тем большая сила требуется, чтобы заставить его ускоряться и двигаться. Он создал математическую формулу для второго закона движения: F = ma (необходимая сила (F) равна массе объекта, умноженной на скорость ускорения).
- Его третий закон движения гласит, что « для каждого действия есть равная и противоположная реакция ».
Ньютон описал гравитацию как притягивающую силу, которая удерживает людей на земле, а не в воздухе. Он также отметил, что гравитация удерживает Луну на орбите. Ньютон рассказал историю , когда яблоко упало на землю с дерева , что вдохновило его задуматься, почему оно упало, а не вверх или поперек. Это привело к его работе по определению силы тяжести. Ньютон разработал универсальный закон тяготения, который гласит, что две вещи будут притягиваться друг к другу и что масса каждого объекта будет влиять на величину притяжения.
Ньютон интересовался светом и цветом . Он экспериментировал в темной комнате со светом и призмами и обнаружил, что свет можно разделить на множество разных цветов — радугу. Он также обнаружил, что что-то кажется определенного цвета из-за количества света, которое оно поглощает и / или отражает.
Ньютон также разработал направление математики под названием исчисление . Этот тип математики помогает вычислить длину, объем и площадь.Исчисление также помогает математикам вычислять скорость изменения.
Сэр Исаак Ньютон: знаменитые цитаты
- «Если я видел дальше, то стоя на плечах гигантов».
- «Каждое тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, если только оно не вынуждено изменить это состояние под действием приложенных к нему сил». (Перевод с латыни)
- «Я не знаю, что я могу показаться миру, но что касается меня, я, кажется, был всего лишь мальчиком, играющим на берегу моря и время от времени отвлекающимся на поиски более гладкая галька или более красивая раковина, чем обычная, в то время как передо мной лежал неизведанный великий океан истины.»
Слова, которые необходимо знать
Ускорение — скорость, с которой объект изменяет свою скорость. Она рассчитывается по следующей формуле: ускорение = изменение скорости ÷ затраченное время.
Астрономия — исследование звезд, лун , планеты и другие «небесные» объекты.
Calculus — математическая цепочка, которая вычисляет скорости изменения и помогает находить длины, объемы и площади.
Force — толкание или притяжение объекта.
Gravity — сила, которая заставляет вещи двигаться навстречу друг другу.
Математика — изучение чисел, форм и величин.
Движение — когда что-то движется.
Физика — изучение материи и энергии и их взаимодействия.
Телескоп — часть оборудования, которая увеличивает то, что вы видите сквозь него, заставляя предметы казаться больше и ближе. Телескопы часто используются для наблюдения за звездами, лунами и планетами.
Законы движения Ньютона | Исследовательский центр Гленна
Каковы законы движения Ньютона?
- Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.
- Ускорение объекта зависит от массы объекта и количества приложенной силы.
- Каждый раз, когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равное и противоположное воздействие на первый.
Сэр Исаак Ньютон работал во многих областях математики и физики. Он разработал теории гравитации в 1666 году, когда ему было всего 23 года. В 1686 году он представил свои три закона движения в «Principia Mathematica Philosophiae Naturalis».”
Разработав три закона движения, Ньютон произвел революцию в науке. Законы Ньютона вместе с законами Кеплера объяснили, почему планеты движутся по эллиптическим орбитам, а не по кругу.
Ниже приведен небольшой фильм с участием Орвилла и Уилбура Райтов и обсуждение того, как законы движения Ньютона применимы к полету их самолета.
Первый закон Ньютона: инерция
Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.
Первый закон Ньютона гласит, что каждый объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой линии, если только он не будет вынужден изменить свое состояние под действием внешней силы. Эта тенденция сопротивляться изменениям в состоянии движения составляет инерции . На объект не действует чистая сила (если все внешние силы нейтрализуют друг друга). Тогда объект будет поддерживать постоянную скорость . Если эта скорость равна нулю, объект остается в покое.Если на объект действует внешняя сила, скорость изменится из-за силы.
Примеры инерции, связанные с аэродинамикой:
- Движение самолета, когда пилот меняет положение дроссельной заслонки двигателя.
- Движение шара, падающего в атмосфере.
- Модель ракеты, запускаемой в атмосферу.
- Движение воздушного змея при перемене ветра.
Второй закон Ньютона: сила
Ускорение объекта зависит от массы объекта и количества приложенной силы.
Его второй закон определяет, что сила равна изменению импульса (масса, умноженная на скорость) за изменение во времени. Импульс определяется как масса объекта м , умноженная на его скорость V .
Предположим, что у нас есть самолет в точке «0», определяемой его местоположением X0 и временем t0 . Самолет имеет массу m0 и движется со скоростью V0 . Внешняя сила F на самолет, показанный выше, перемещает его в точку «1».Новое местоположение самолета — X1 , время — t1 .
Масса и скорость самолета изменяются во время полета до значений m1 и V1 . Второй закон Ньютона может помочь нам определить новые значения V1 и m1 , если мы знаем, насколько велика сила F . Давайте просто возьмем разницу между условиями в точке «1» и условиями в точке «0».
F = (m1 * V1 — m0 * V0) / (t1 — t0)Второй закон Ньютона говорит об изменениях количества движения (м * В), поэтому на данный момент мы не можем отделить, насколько изменилась масса и насколько изменилась скорость.Мы знаем только, сколько продукта (m * V) изменилось.
Предположим, что масса остается постоянной величиной, равной м . Это предположение довольно хорошо для самолета, единственное изменение массы будет для топлива, сожженного между точкой «1» и точкой «0». Вес топлива, вероятно, невелик по сравнению с весом остальной части самолета, особенно если мы будем смотреть только на небольшие изменения во времени. Если бы мы обсуждали полет бейсбольного мяча, то, конечно, масса остается постоянной.Но если мы обсуждали полет баллонной ракеты, то масса не остается постоянной, и мы можем смотреть только на изменение количества движения. Для постоянной массы м второй закон Ньютона выглядит так:
F = м * (V1 — V0) / (t1 — t0)Изменение скорости, деленное на изменение во времени, и есть определение ускорения a . Затем второй закон сводится к более знакомому произведению массы и ускорения:
F = м * аПомните, что это соотношение подходит только для объектов с постоянной массой.Это уравнение говорит нам, что объект, на который действует внешняя сила, будет ускоряться и что величина ускорения пропорциональна величине силы. Величина ускорения также обратно пропорциональна массе объекта; при равных силах более тяжелый объект будет испытывать меньшее ускорение, чем более легкий объект. Рассматривая уравнение количества движения, сила вызывает изменение скорости; и аналогично изменение скорости порождает силу. Уравнение работает в обоих направлениях.
Скорость, сила, ускорение и импульс имеют как величину , так и направление , связанное с ними.Ученые и математики называют это векторной величиной. Показанные здесь уравнения на самом деле являются векторными уравнениями и могут применяться в каждом из направлений компонентов. Мы рассмотрели только одно направление, и, как правило, объект движется во всех трех направлениях (вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад).
Пример силы с учетом аэродинамики:
Третий закон Ньютона: действие и противодействие
Каждый раз, когда один объект оказывает силу на второй объект, второй объект оказывает на первый равную и противоположную силу.
Его третий закон гласит, что для каждого действия (силы) в природе существует равное и противоположное противодействие . Если объект A оказывает силу на объект B, объект B также оказывает равную и противоположную силу на объект A. Другими словами, силы возникают в результате взаимодействий.
Примеры действий и противодействий, связанных с аэродинамикой:
- Движение подъемной силы от профиля, воздух отклоняется вниз под действием профиля, и в ответ крыло толкается вверх.
- Движение вращающегося шара, воздух отклоняется в одну сторону, а мяч реагирует движением в противоположную сторону.
- Движение реактивного двигателя создает тягу, и горячие выхлопные газы выходят из задней части двигателя, а сила тяги создается в противоположном направлении.
| 1. Первый закон движения Ньютона (инерция) | Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила. |
| 2. Второй закон движения Ньютона (Сила) | Ускорение объекта зависит от массы объекта и величины приложенной силы. |
| 3. Третий закон движения Ньютона (Действие и противодействие) | Каждый раз, когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равное и противоположное воздействие на первый. |
Законы движения Ньютона | Живая наука
Три закона движения сэра Исаака Ньютона описывают движение массивных тел и их взаимодействие.Хотя сегодня законы Ньютона могут показаться нам очевидными, более трех веков назад они считались революционными.
Ньютон был одним из самых влиятельных ученых всех времен. Его идеи легли в основу современной физики. Он опирался на идеи, выдвинутые из работ предыдущих ученых, включая Галилея и Аристотеля, и смог доказать некоторые идеи, которые в прошлом были только теориями. Он изучал оптику, астрономию и математику — он изобрел исчисление. (Немецкому математику Готфриду Лейбницу также приписывают независимое развитие примерно в то же время.)
Ньютон, пожалуй, наиболее известен своими работами по изучению гравитации и движения планет. По настоянию астронома Эдмона Галлея после признания того, что он потерял свое доказательство эллиптических орбит за несколько лет до этого, Ньютон опубликовал свои законы в 1687 году в своей основополагающей работе «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» (Математические принципы естественной философии), в которой он формализовал описание того, как массивные тела движутся под действием внешних сил.
Формулируя свои три закона, Ньютон упростил трактовку массивных тел, рассматривая их как математические точки без размера и вращения.Это позволило ему игнорировать такие факторы, как трение, сопротивление воздуха, температуру, свойства материала и т. Д., И сосредоточиться на явлениях, которые можно описать исключительно в терминах массы, длины и времени. Следовательно, эти три закона нельзя использовать для точного описания поведения больших твердых или деформируемых объектов; однако во многих случаях они обеспечивают достаточно точные приближения.
Законы Ньютона относятся к движению массивных тел в инерциальной системе отсчета , иногда называемой ньютоновской системой отсчета , хотя сам Ньютон никогда не описывал такую систему отсчета.Инерциальная система отсчета может быть описана как трехмерная система координат, которая либо неподвижна, либо находится в равномерном линейном движении, то есть не ускоряется и не вращается. Он обнаружил, что движение в такой инерциальной системе отсчета можно описать тремя простыми законами.
Первый закон движения гласит: «Покоящееся тело будет оставаться в покое, а тело в движении будет оставаться в движении, если на него не действует внешняя сила». Это просто означает, что вещи не могут запускаться, останавливаться или менять направление сами по себе.Требуется некоторая сила, действующая на них извне, чтобы вызвать такое изменение. Это свойство массивных тел сопротивляться изменениям в их состоянии движения иногда называют инерцией .
Второй закон движения описывает, что происходит с массивным телом, когда на него действует внешняя сила. В нем говорится: «Сила, действующая на объект, равна массе этого объекта, умноженной на его ускорение». Это записывается в математической форме как F = m a , где F — сила, m — масса, а a — ускорение.Жирными буквами обозначено, что сила и ускорение вектор величин, что означает, что они имеют как величину, так и направление. Сила может быть одной силой или векторной суммой более чем одной силы, которая представляет собой результирующую силу после объединения всех сил.
Когда на массивное тело действует постоянная сила, она заставляет его ускоряться, то есть изменять свою скорость с постоянной скоростью. В простейшем случае сила, приложенная к неподвижному объекту, заставляет его ускоряться в направлении силы.Однако, если объект уже находится в движении или если эта ситуация рассматривается из движущейся системы отсчета, это тело может казаться ускоряющимся, замедляющимся или меняющим направление в зависимости от направления силы и направлений, в которых объект и системы отсчета движутся относительно друг друга.
Третий закон движения гласит: «На каждое действие есть равное и противоположное противодействие». Этот закон описывает, что происходит с телом, когда оно воздействует на другое тело. Силы всегда возникают парами, поэтому, когда одно тело толкает другое, второе тело с такой же силой отталкивается.Например, когда вы толкаете тележку, тележка толкает вас назад; когда вы тянете за веревку, веревка тянется к вам; когда сила тяжести прижимает вас к земле, земля толкает вас вверх по ногам; и когда ракета воспламеняет свое топливо позади себя, расширяющийся выхлопной газ толкает ракету, заставляя ее ускоряться.
Если один объект намного, намного массивнее другого, особенно в случае, когда первый объект привязан к Земле, фактически все ускорение передается второму объекту, и ускорение первого объекта может быть безопасно игнорировать.Например, если бы вы бросили бейсбольный мяч на запад, вам не нужно было бы учитывать, что вы фактически заставили вращение Земли хоть сколько-нибудь ускоряться, пока мяч находился в воздухе. Однако, если бы вы стояли на роликовых коньках и бросили шар для боулинга вперед, вы бы начали двигаться назад с заметной скоростью.
Три закона были подтверждены бесчисленными экспериментами за последние три столетия, и они все еще широко используются по сей день для описания типов объектов и скоростей, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни.Они составляют основу того, что сейчас известно как классической механики , которая представляет собой исследование массивных объектов, которые больше, чем очень маленькие масштабы, которыми занимается квантовая механика, и которые движутся медленнее, чем очень высокие скорости, рассматриваемые релятивистской механикой.
Дополнительные ресурсы
|
Волнение движения — Урок — TeachEngineering
(0 Рейтинги)Быстрый просмотр
Уровень оценки: 8 (7-9)
Требуемое время: 45 минут
Зависимость урока: Нет
Тематические области: Физические науки, физика
Ожидаемые характеристики NGSS:
Резюме
Студенты узнают, почему и как происходит движение, и что управляет изменениями в движении, как описано в трех законах движения Ньютона.Они получают практический опыт работы с концепциями сил, изменений в движении, а также действия и противодействия. В рамках сопутствующей деятельности по повышению грамотности учащиеся разрабатывают поведенческий опрос и изучают базовый протокол для первичного исследования, дизайна опроса и написания отчетов. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).Инженерное соединение
Независимо от того, проектируют ли они движущиеся объекты (скутеры, лодки, проигрыватели компакт-дисков, блендеры) или стационарные объекты (плотины, мосты, печи, солнцезащитные очки, вешалки для картин), понимание законов движения Ньютона помогает инженерам всех дисциплин количественно определить действующие «невидимые» силы. на объектах.
Цели обучения
После этого урока учащиеся должны уметь:
- Определите три закона Ньютона и объясните, что каждый закон физически описывает в отношении движения.
- Предсказывайте результаты различных движений, представленных в действиях, и уметь объяснять, почему эти движения произошли.
- Приведите примеры того, почему законы Ньютона важны для инженерии.
- Свяжите переменные в уравнении F = ma
Образовательные стандарты
Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).
Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .
NGSS: научные стандарты нового поколения — наука| Ожидаемые характеристики NGSS | ||
|---|---|---|
МС-ПС2-2. Запланируйте расследование, чтобы получить доказательства того, что изменение движения объекта зависит от суммы сил, действующих на объект, и массы объекта.(6-8 классы) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв! | ||
| Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов. | ||
| Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS: | ||
| Наука и инженерная практика | Основные дисциплинарные идеи | Сквозные концепции |
| Планируйте расследование индивидуально и совместно, а также в процессе разработки: определите независимые и зависимые переменные и элементы управления, какие инструменты необходимы для сбора данных, как будут регистрироваться измерения и сколько данных необходимо для подтверждения претензии. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между доказательствами и объяснениями.Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! | Движение объекта определяется суммой действующих на него сил; если общая сила, действующая на объект, не равна нулю, его движение изменится. Чем больше масса объекта, тем больше сила, необходимая для достижения такого же изменения движения.Для любого данного объекта большая сила вызывает большее изменение в движении. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! Все положения объектов и направления сил и движений должны быть описаны в произвольно выбранной системе отсчета и произвольно выбранных единицах размера. Чтобы делиться информацией с другими людьми, необходимо также поделиться этим выбором.Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! | Объяснения стабильности и изменений в естественных или спроектированных системах могут быть построены путем изучения изменений во времени и сил в различных масштабах. Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв! |
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Больше подобной учебной программы
Ньютон заставляет меня двигатьсяУчащиеся изучают движение, ракеты и движение ракет, помогая космонавту Тесс, космонавту Рохану и Майе в их исследованиях.Сначала они узнают некоторые основные факты о транспортных средствах, ракетах и о том, почему мы их используем. Затем они обнаруживают, что движение всех объектов, включая полет ракеты и движения …
Что такое первый закон Ньютона?Студенты знакомятся с концепциями силы, инерции и первого закона движения Ньютона: объекты в состоянии покоя остаются в состоянии покоя, а объекты в движении остаются в движении, если на них не действует несбалансированная сила.Студенты узнают разницу между скоростью, скоростью и ускорением и приходят к пониманию того, что ча …
Столкновения и импульс: прыгающие шарыЭтот урок знакомит с понятиями импульсных, упругих и неупругих столкновений. Многие виды спорта и игры, такие как бейсбол и пинг-понг, иллюстрируют идеи импульса и столкновений.Учащиеся изучают эти концепции, отскакивая разные шары по разным поверхностям и вычисляя импульс для …
Что такое второй закон Ньютона?Студенты знакомятся со вторым законом движения Ньютона: сила = масса x ускорение. Обсуждаются как математическое уравнение, так и физические примеры, в том числе машина Этвуда для иллюстрации принципа.Студенты приходят к пониманию того, что ускорение объекта зависит от его массы и силы …
Введение / Мотивация
Когда Исааку Ньютону было 23 года, он определил три особенности движущихся объектов. Его идентификация этих черт, теперь принятых в качестве законов движения Ньютона, произвела революцию в науке и изменила человеческое понимание мира природы.Законы Ньютона универсальны, они описывают движение всего и везде!
Научное применение законов Ньютона привело к прогрессу во всех аспектах инженерии, от создания машин и конструкций до функционирования самолетов и ракет. Сэр Исаак Ньютон является основателем современных исследований движения и равновесия, поскольку он разработал три закона движения.
Законы Ньютона верны везде и всегда. Понимание законов движения помогает нам понять, что вызывает каждое движение, которое мы совершаем в течение дня.Законы применимы ко ВСЕМ движениям, от вас до бегущего ручья, до падающего листа и до птичьего полета. Наличие трех законов, описывающих, почему и как происходит движение, — невероятно полезный инструмент!
Предпосылки и концепции урока для учителей
Проще говоря, три закона движения Ньютона таковы:
Закон № 1: объекты в состоянии покоя будут оставаться в состоянии покоя, а объекты в движении будут оставаться в движении по прямой линии, если на них не действует неуравновешенная сила.(закон инерции)
Закон № 2: Сила равна массе, умноженной на ускорение. ( F = m a )
Закон № 3: На каждое действие всегда есть противоположное и равное противодействие.
Первый закон Ньютона также известен как закон инерции. В нем говорится, что если бы вы ударили по мячу и на него не действовали бы силы, он бы продолжал двигаться по прямой вечно! Этот закон несколько абстрактен, потому что на Земле всегда действуют невидимые силы.Гравитация, трение и давление воздуха являются примерами «невидимых» сил, которые действуют на объекты повсюду. Следовательно, объекты на Земле постоянно меняют направление, ускоряются и замедляются — мяч не может двигаться вечно, потому что действуют силы, замедляющие его. Ученые и инженеры всегда должны помнить об этих «невидимых» силах, действующих на движение объекта.
Второй закон Ньютона означает, что если вы ударите два шара одинакового веса, мяч, которым вы пинаете сильнее, уйдет дальше (то есть, при постоянной массе приложение большей силы приводит к большему ускорению).Второй закон также гласит, что если у вас есть тяжелый мяч и легкий мяч, вы должны пинать тяжелый мяч сильнее, чтобы он летел так же быстро, как и более легкий мяч (то есть для постоянного ускорения большая масса требует большего сила). Математический способ сформулировать этот закон:
F = m x a
(Сила = масса, умноженная на ускорение)
Если вы ударите мячом для гольфа и бейсбольным мячом с одинаковой силой, какой из них пойдет дальше? Мяч для гольфа! Почему? Поскольку мяч для гольфа имеет меньшую массу, чем бейсбольный, поэтому мячу для гольфа требуется меньшая сила, чтобы достичь того же расстояния, что и бейсбольный мяч.
Третий закон Ньютона, возможно, наиболее широко известен — для каждого действия есть равная, но противоположная реакция . Всегда есть партнер сил: сила действия и сила противодействия. Хотя это, возможно, самый известный из трех его законов, он не обязательно самый интуитивно понятный. Например, когда вы идете по земле (сила действия), земля толкает вас вверх с равной силой противодействия. Вы не можете видеть силу, а мы так привыкли ходить по земле, что даже не осознаем, что должна быть сила реакции, которая не дает нам провалиться в землю.Представьте, что с каждым нашим шагом мы проваливаемся в землю! Это именно то, что произошло бы, если бы этот третий закон не выполнялся.
Сопутствующие мероприятия
Закрытие урока
Попросите студентов объяснить три закона движения Ньютона. Попросите их привести несколько примеров того, какой была бы жизнь на Земле, если бы эти законы не соответствовали действительности. Спросите студентов, почему законы Ньютона так важны для инженеров. Попросите их написать на доске по крайней мере три причины, почему законы Ньютона важны для инженеров, или что стало возможным с пониманием этих законов.(Возможные ответы: позволил создавать летающие самолеты, движущиеся лифты, аттракционы и американские горки, безопасные автомобили, ремни безопасности в автомобилях, мосты и здания, которые не разрушаются; в основном, законы Ньютона являются основой для все конструкции, которые движутся или неподвижны.)
Словарь / Определения
Ускорение: скорость изменения скорости по отношению к величине, направлению или обоим.
Сила: что-то, что действует извне, чтобы толкать или тянуть объект. Например, взрослый, тащащий ребенка в повозке, оказывает на повозку силу.
Масса: количество материала (материи), присутствующего в объекте.
Оценка
Оценка перед уроком
Вопрос для обсуждения: Задайте вопрос, чтобы учащиеся задумались о предстоящем уроке.После запроса ответов объясните, что на эти вопросы будут даны ответы во время урока.
- Когда вы пинаете футбольный мяч в воздух, почему он падает обратно? Не должно ли это просто продолжаться? (См. Раздел «Предпосылки», чтобы углубить это обсуждение.)
Оценка после введения
Вопрос / ответ: Задайте ученикам и обсудите в классе
- Кто придумал три закона движения? (Ответ: сэр Исаак Ньютон)
- Сколько лет было сэру Исааку Ньютону, когда он придумал три закона движения? (Ответ: 23)
Итоги урока Оценка
Flashcards: Используя каталожные карточки, попросите группы студентов написать три закона Ньютона или вопросы, относящиеся к одному из трех законов.Попросите их написать соответствующий номер закона или ответ на обратной стороне карточки. Попросите команды обменяться карточками. Каждый член команды читает карточку, и каждый пытается ответить на нее. Если они правы, они могут передать карту следующей команде. Дайте команде пять минут, чтобы с помощью совместной работы найти ответы на карточки. Если они считают, что у них есть другой правильный ответ, они должны написать свой ответ на обратной стороне карточки в качестве альтернативы. Продолжайте вращать карточки, пока все команды не посмотрят все карточки.Уточняйте любые вопросы.
Мероприятия по продлению урока
Инерционный зум-шар
В этой практической демонстрации первого закона движения Ньютона учащиеся используют пластиковые бутылки и веревку, чтобы увидеть, как сила заставляет объект изменяться в движении.
Инерционный зум-шар
Больше возможностей для вас
Третий закон движения Ньютона проиллюстрирован в этом практическом задании, в котором студенты заправляют лодку из пластиковых бутылок, чтобы двигаться по воде.
Больше возможностей для вас
Библиотечный исследовательский проект
Попросите учащихся исследовать сэра Исаака Ньютона, написать отчет о книге и представить свои выводы классу.
использованная литература
Гиттевитт, Пол. Концептуальная физика. Менло-Парк, Калифорния: Аддисон-Уэсли, 1992.
Хаузер, Джилл Франкель. Вещи и гаджеты: создание научных хитростей, которые работают (и зная, почему). Шарлотта, VT: Williamson Publishing, 1999.
Каган, Спенсер. Совместное обучение. Сан-Хуан Капистрано, Калифорния: Кооперативное обучение Кагана, 1994. (Источник для оценки Flashcards.)
Законы движения Ньютона: zonalandeducation.com/mstm/physics/mechanics/forces/newton/newton.html
Законы движения Ньютона: www.schools.utah.gov/curr/science
авторское право
© 2004 Регенты Университета Колорадо.Авторы
Сабер Дурен; Бен Хевнер; Малинда Шефер Зарске; Дениз КарлсонПрограмма поддержки
Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в БоулдереБлагодарности
Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.