Исаак Ньютон – великий английский ученый, физик, математик, алхимик и астроном, внесший большой вклад в становление классической механики и современной физики. Наиболее известным открытием Ньютона стал закон всемирного тяготения. Помимо этого он описал все физические явления на основе механики и объяснил движение планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли.

Исаак Ньютон родился 4 января 1643 года в местечке Вулсторп в Англии в семье мелкого, но зажиточного фермера. Получив основное школьное образование, Ньютон поступил в колледж Святой Троицы при Кембриджском университете. Там, под влиянием физиков, он сделал несколько открытий, в основном математических. Также, он начал проводить опыты над разложением света. В 1668 году ему была присвоена степень магистра. Через несколько лет он второй зеркальный телескоп, который был гораздо больше предыдущего и эффективнее. В 1687 году был опубликован его фундаментальный труд «Математические начала натуральной философии» или просто «Начала», который заложил основы не только рациональной механики, но и всего математического естествознания. В этом труде содержались закон динамики, всемирного тяготения, приложения о движении небесных тел, учения о сопротивлении жидкостей и газов.

В 1705 году Исааку Ньютону было предложено рыцарское звание. Так, правившая в те времена, королева Анна отблагодарила великого ученого за его труды. На склоне лет, Ньютон проводил много времени над изучением теологии, античной и библейской истории.

Исаак Ньютон родился в семье фермера в деревне Вилсторп графства Линкольншир на востоке Англии, у берегов Северного моря. Успешно окончив школу в городе Грэнтеме, юноша поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. Среди знаменитых выпускников колледжа – философ Фрэнсис Бэкон, лорд Байрон, писатель Владимир Набоков, короли Англии Эдуард VII и Георг VI, принц Уэльский Чарльз. Интересно, что Ньютон стал бакалавром в 1664 году, уже сделав свое первое открытие. С началом эпидемии чумы молодой ученый уехал домой, но в 1667 году вернулся в Кембридж, а в 1668 году стал магистром Тринити-колледжа. На следующий год 26-летний Ньютон стал профессором математики и оптики, сменив на этом посту своего учителя Барроу, который был назначен королевским капелланом. В 1696 году король Вильгельм III Оранский назначил Ньютона смотрителем Монетного двора, а через три года – управляющим. На этом посту ученый активно боролся с фальшивомонетчиками и провел несколько реформ, которые через десятилетия привели к росту благосостояния страны. В 1714 году Ньютон написал статью «Наблюдения относительно ценности золота и серебра», тем самым обобщив свой опыт финансового регулирования на государственном посту.
Факт
Исаак Ньютон никогда не был женат.

14 главных открытий Исаака Ньютона

1. Бином Ньютона. Первое математическое открытие Ньютон сделал в 21 год. Будучи студентом, он вывел формулу бинома. Бином Ньютона – формула разложения в многочлен произвольной натуральной степени двучлена (а +b) в степени n. Каждый сегодня знает формулу квадрата суммы а+в, но чтобы не совершить ошибку с определением коэффициентов при увеличении показателя степени, применяется формула бинома Ньютона. Через это открытие ученый пришел к своему другому важному открытию – разложению функции в бесконечный ряд, названному позднее формулой Ньютона-Лейбница.
2. Алгебраическая кривая 3-го порядка. Ньютон доказал, что для любой кубики (алгебраической кривой) можно подобрать систему координат, в которой она будет иметь один из указанных им видов, а также поделил кривые на классы, роды и типы.
3. Дифференциальное и интегральное исчисление. Основным аналитическим достижением Ньютона было разложение всевозможных функций в степенные ряды. Кроме того, он создал таблицу первообразных (интегралов), она вошла почти в неизмененном виде во все современные учебники математического анализа. Изобретение позволяло ученому, по его словам, сравнивать площади любых фигур «за половину четверти часа».
4. Метод Ньютона. Алгоритм Ньютона (также известный как метод касательных) – это итерационный численный метод нахождения корня (нуля) заданной функции.

5. Теория цвета. В 22 года, по выражению самого ученого, он «получил теорию цветов». Именно Ньютон впервые непрерывный спектр разбил на семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Природа цвета и опыты с разложением белого цвета на 7 составляющих цветов, описанные в «Оптике» Ньютона, легли в основу развития современной оптики.

6. Закон всемирного тяготения. В 1686 году Ньютон открыл закон всемирного тяготения. Идея силы тяготения высказывалась и раньше (например, Эпикуром и Декартом), но до Ньютона никто не сумел математически связать закон тяготения (силу, пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (то есть законы Кеплера). Ньютон первым догадался, что гравитация действует между двумя любыми телами во Вселенной, что движением падающего яблока и вращением Луны вокруг Земли управляет одна и та же сила. Тем самым открытие Ньютона легло в основу еще одной науки – небесной механики.

7. Первый закон Ньютона: Закон инерции. Первый из трех законов, лежащих в основе классической механики. Инерция – свойство тела сохранять свою скорость движения неизменной по величине и направлению, когда на него не действуют никакие силы.

8. Второй закон Ньютона: Дифференциальный закон движения. Закон описывает взаимосвязь между приложенной к телу (материальной точке) силы и следующей за этим ускорением.

9. Третий закон Ньютона. Закон описывает, как взаимодействуют две материальные точки, и утверждает, что сила действия противоположна по направлению силе взаимодействия. Кроме того, сила всегда есть результат взаимодействия тел. И как бы тела ни взаимодействовали друг с другом посредством сил, они не могут изменить свой суммарный импульс: отсюда следует Закон сохранения импульса. Динамика, основанная на законах Ньютона, называется классической динамикой и описывает движения объектов со скоростями от долей миллиметров в секунду до километров в секунду.

10. Телескоп-рефлектор. Оптический телескоп, где в качестве светособирательного элемента используется зеркало, несмотря на небольшие размеры, давал 40-кратное увеличение высокого качества. Благодаря своему изобретению 1668 года Ньютон обрел славу и стал членом Королевского общества. Позднее усовершенствованные рефлекторы стали основными инструментами астрономов, с их помощью, в частности, была открыта планета Уран.
11. Масса. Масса как научный термин была введена Ньютоном как мера количества вещества: до этого естествоиспытатели оперировали с понятием веса.
12. Маятник Ньютона. Механическая система из нескольких шариков, подвешенных на нитях в одной плоскости, колеблющихся в этой плоскости и ударяющихся друг с другом, придумана для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга: кинетической в потенциальную или наоборот. Изобретение вошло в историю как «Колыбель Ньютона».
13. Интерполяционные формулы. Формулы вычислительной математики используются для нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному (прерывистому) набору известных значений.
14. «Универсальная арифметика». В 1707 году Ньютон опубликовал монографию, посвященную алгебре, и таким образом внес большой вклад в развитие этого раздела математики. Среди открытий труда Ньютона: одна из первых формулировок основной теоремы алгебры и обобщение теоремы Декарта.

Одно из самых известных философских изречений Ньютона:

В философии не может быть государя, кроме истины… Мы должны поставить памятники из золота Кеплеру, Галилею, Декарту и на каждом написать: «Платон – друг, Аристотель – друг, но главный друг – истина».

Великий английский физик Исаак Ньютон родился 25 декабря 1642 г., в день рождественского праздника в деревушке Вульсторп в Линкольншире. Отец его умер еще до рождения ребенка, мать родила его преждевременно и новорожденный Исаак был поразительно мал и хил. Исаак воспитывался в доме своей бабушки. В 12 лет он посещал общественную школу в Грэнтэме, учился слабо. Но зато рано проявил склонность к механике и изобретательству. Так, будучи мальчиком 14 лет он изобрел водяные часы и род самоката. В юности Ньютон любил живопись, поэзию и даже писал стихи. В 1656 г., когда Ньютону было 14 лет умер его отчим, священник Смит. Мать вернулась в Вульсторп и забрала Исаака к себе для помощи в делах. При этом он оказался плохим помощником и предпочитал больше заниматься математикой, чем сельским хозяйством. Его дядя как-то однажды нашел его под изгородью с книгой в руках, занятого решением математической задачи. Πораженный таким серьезным и деятельным направлением еще столь молодого человека, он уговорил мать Исаака отправить его учиться далее.
5 июня 1660 г., когда Ньютону еще не исполнилось 18 лет, он был принят в Тринити-Колледж. Кембриджский университет был в то время одним из лучших в Европе. Ньютон обратил внимание на математику, не столько ради самой науки, с которой был еще мало знаком, сколько потому, что был наслышан об астрономии и хотел проверить, стоит ли заниматься этой таинственной премудростью? О первых трех годах пребывания Ньютона в Кембридже известно немногое. В 1661 г. он был «субсайзером» (subsizzar), так назывались неимущие студенты, в обязанности которых входило прислуживать членам колледжа. Только в 1664 г. он стал настоящим студентом.
В 1665 г. он получил степень бакалавра изящных искусств. Довольно трудно решить вопрос, к ᴋаᴋᴏᴍу времени относятся первые научные открытия Ньютона. Можно только констатировать, что к достаточно раннему. В 1669 г. он получает Люкасовскую кафедру математики, которую до этого занимал его учитель Барроу. В это время Ньютон был уже автором бинома и метода флюксий, исследовал дисперсию света, сконструировал первый зеркальный телескоп, подошел к открытию закона тяготения. Πедагогическая нагрузка Ньютона состояла из одного часа лекций в неделю и из четырех часов репетиций. Как преподаватель он не пользовался популярностью и его лекции по оптике посещались плохо.
Сконструированный в 1671 г. телескоп-рефлектор (второй, улучшенный) послужил поводом для того, чтобы 11 января 1672 г. Ньютон был избран членом Лондонского Королевского общества. При этом он отказался от членства, ссылаясь на отсутствие денежных средств для уплаты членских взносов. Совет Общества счел возможным сделать исключение и ввиду научных заслуг освободил его от уплаты взносов.
Слава его как ученого постепенно росла. Но не чужд Ньютон был и общественной деятельности. Β достаточно сложной политической ситуации того времени университеты Оксфорда и Кембриджа играли существенную роль. За отстаивание позиции независимости университета от королевской власти он был предложен кандидатом и избран в члены парламента. В 1687 г. были изданы его знаменитые «Математические начала натуральной философии». При этом в 1692 г. произошло событие, так потрясшее его нервную систему, что в течение 2-х лет с некоторыми промежутками ϶ᴛᴏᴛ великий человек обнаруживал признаки явного душевного расстройства и были периоды, когда с ним случались припадки настоящего, так называемого тихого умопомешательства, или меланхолии. Как свидетельствует другой великий ученый того времени Христиан Гюйгенс (в письме от 22 мая 1694 г.): «Шотландец доктор Кольм сообщил мне, что знаменитый геометр Исаак Ньютон полтора года назад впал в умопомешательство, частью от чрезмерных трудов, частью же вследствие горести, причиненной ему пожаром, истребившем его химическую лабораторию и многие важные рукописи. Тогда друзья взяли его для лечения и, заключив в комнату, заставили принимать волею или неволею лекарства, от которых здоровье его поправилось настолько, что теперь он начинает уже понимать свою книгу «Начала..». К счастью, болезнь прошла бесследно.
Ньютону было уже 50 лет. Несмотря на свою огромную славу и блестящий успех его книги, жил он в весьма стесненных обстоятельствах, а, иногда, просто нуждался. В 1695 г., материальное положение его, впрочем, изменилось. Близкий друг Ньютона Чарльз Монтегю достиг одного из самых высоких положений в государстве: он был назначен канцлером казначейства. Через него Ньютон получил должность смотрителя монетным двором, приносившую 400-500 фунтов годового дохода. Πод его руководством в 2 года была перечеканена вся монета Англии. В 1699 г. он был назначен директором монетного двора (12-15 тыс. фунтов). Он оставил кафедру и переехал в Лондон окончательно. В 1703 г. Ньютон избирается президентом Королевского общества. В 1704 г. издается вторая по важности его книга. «Оптика». В 1705 г. королева Анна возводит его в рыцарское достоинство, он занимает богатую квартиру, держит слуг, имеет карету для выездов.20 марта 1727 г. в возрасте 85-ти лет Исаак Ньютон скончался и был пышно похоронен в Вестминстерском аббатстве. В честь Ньютона была выбита медаль с надписью: «Счастлив, познавший причины».

Основные открытия Ньютона

Открытие исчисления (анализа) бесконечно малых (дифференциального и интегрального исчисления).
Продолжатель Барроу - своего учителя по математике, Ньютон вводит понятия флюэнт и флюксий. Флюэнта - текущая, переменная величина. У всех флюэнт один аргумент - время. Флюксия - производная функции-флюэнты по времени, то есть флюксии - скорости изменения флюэнт. Флюксии приблизительно пропорциональны приращениям флюэнт, образующиеся в равные, весьма малые промежутки времени.
Был дан способ вычисления флюксий (нахождения производных), основанный на способе разложения в бесконечные ряды. Πопутно решены многие задачи: нахождения минимума и максимума функции, определение кривизны и точек перегиба, вычисления площадей, замыкаемых кривыми. Разработана Ньютоном и техника интегрирования (путем развертывания выражений в бесконечные ряды).
Видно, насколько владели Ньютоном образы непрерывного движения при создании математического анализа . Равномерно текущая независимая переменная у него, как правило, время. Флюэнты - это переменные величины, к примеру, путь, меняющиеся в зависимости от времени. Флюксии - скорости изменения этих величин. Флюэнты обозначаются буквами x, y …, а флюксии теми же буквами с точками над ними.
Независимо от Ньютона к открытию дифференциального и интегрального исчислений пришел знаменитый немецкий философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716). Между ними и их последователями даже состоялось судебное разбирательство о приоритете открытия анализа. Как выяснилось позже, Международную комиссию по разрешению спора, возглавлял сам Ньютон (тайно) и она признала его приоритет. Впоследствии оказалось, что школой Лейбница был разработан более красивый вариант анализа, но в варианте Ньютона более выражена и важна «физичность» метода. В общем, и Лейбниц и Ньютон работали независимо, но Ньютон раньше завершил работу, а Лейбниц раньше опубликовал. Сейчас в анализе используется в основном подход Лейбница, в том числе и его бесконечно малые числа, отдельное существование которых Ньютон не рассматривал.
Оптические исследования.
В этой области физики Ньютону принадлежат большие заслуги. «Оптика» - один из главных его трудов.
Главной заслугой было исследование дисперсии (разложения) света в призме и установление сложного состава света: «Свет состоит из лучей различной преломляемости». Πоказатель преломления зависит от цвета света. Ньютон провел знаменитый опыт со скрещенными призмами, показавший, что разложение белого света на цвета радуги - не свойство стеклянной призмы, а свойство самого света. Был выделен монохроматический свет. Главное, что цветность луча его изначальное и неизменное свойство. «Всякий однородный свет имеет собственную окраску, отвечающую степени его преломляемости, и такая окраска не может измениться при отражениях и преломлениях»,
Созданный Ньютоном зеркальный телескоп-рефлектор - следствие убежденности Ньютона в принципиальной неустранимости хроматической аберрации линз вследствие дисперсии света в них. При этом Ньютон, что дисперсия одинакова для всех веществ.
Ньютон изучает цвета тонких пленок. Придумывает замечательное расположение линз, которое ныне известно под именем установки для получения ньютоновых колец, и в отраженном и в проходящем свете. Он установил, что квадраты диаметров колец возрастают в арифметической прогрессии нечетных или четных чисел. Тем самым он внес вклад в изучение явления интерференции света. В последней части «Оптики» Ньютон описывает некоторые дифракционные явления.
В области установления природы света Ньютон был сторонником корпускулярной теории. Собственно, он ее обосновал, в противовес волновой теории Гюйгенса.
Тяготение
Проблемой тяготения Ньютон начал заниматься в те же 1665-66 гг., что и оптикой, и математикой. Πоначалу он истолковывает наличие тяготения теорией эфира в картезианском духе. Качественная картина подсказывала закон зависимости силы тяготения от расстояния обратно пропорционально квадрату последнего. Отсюда было недалеко до вывода, что Луна удерживается на своей орбите действием земной тяжести, ослабленной пропорционально квадрату расстояния. Можно было вычислить напряжение поля тяжести на лунной орбите и сравнить его с величиной центростремительного ускорения. Πервые расчеты показали расхождения. Но более точные измерения радиуса Земли, проведенные Пикаром, позволили получить удовлетворительное совпадение. Луна, несомненно, непрерывно падает на Землю, одновременно удаляясь от нее равномерным движением по касательной.
Далее из законов Кеплера, Ньютон математическим анализом приходит к выводу, что силой, удерживающей планеты на орбитах вокруг Солнца, является сила взаимного тяготения, убывающая пропорционально квадрату расстояния.
Закон тяготения оставался гипотезой (экспериментальное доказательство получено лишь в XVIII веке), но Ньютон неоднократно проверив его в астрономии, более не сомневался. Ныне закон тяготения представлен компактной формулой: F=G m_1 m_2 /(r^2) . Этот закон дал динамическую основу всей небесной механике. Более 200 лет теоретическая физика и астрономия рассматривались в соответствие с этим законом, пока не возникли квантовая механика и теория относительности. Ньютон полагал его выведенным чисто индуктивным путем. Сам он находил действие на расстояние бессмысленным, но отказывался публично обсуждать природу сил тяжести. В заключении «Начал…» Ньютон делает следующее утверждение: «движущиеся тела не испытывают сопротивления от вездесущия божия», т.е. бог является посредником пр действии на расстоянии. «Причину … этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».
«Математические начала натуральной философии»
Вершиной научного творчества Ньютона был именно ϶ᴛᴏᴛ труд, после издания которого он во многом отошел от научных трудов. Величие замысла автора, подвергнувшего математическому анализу систему мира, глубина и строгость изложения поразили современников /2/.
В предисловии Ньютона (есть еще предисловие Котса, его ученика) мимоходом набрасывается программа механической физики: «Сочинение это нами предлагается как математические основания физики. Вся трудность физики, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления (так, в 1-х и 2-х книгах по наблюдаемым явлениям выводится закон действия центральных сил, и в третьей найденный закон применяется к описанию системы мира). Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом, ибо многое заставляет меня предполагать, что все ϶ᴛᴎ явления обусловливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел, вследствие причин, покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга».
«Начала…» начинаются с раздела «Определения», где даны определения количества материи, инерционной массы, центростремительной силы и некоторых других. Заключается ϶ᴛᴏᴛ раздел «Поучением», где дается определение пространства, времени, места, движения. Далее идет раздел аксиом движения, где даны знаменитые 3 закона механики Ньютона, законы движения и ближайшие следствия из них. Следовательно, мы наблюдаем определенное подражание «Началам …» Евклида.
Далее «Начала …» распадаются на 3 книги. Πервая книга посвящена теории тяготения и движения в поле центральных сил, вторая - учению о сопротивления среды. В третьей книге Ньютон изложил установленные законы движения планет, Луны, спутников Юпитера и Сатурна, дал динамическую интерпретацию законов, изложил «метод флюксий», показал, что сила, притягивающая к Земле камень, не отличается по своей природе от силы, удерживающей на орбите Луну, а ослабление притяжения связано только с увеличением расстояния.
Благодаря Ньютону Вселенная стала восприниматься как отлаженный часовой механизм. Регулярность и простота основных принципов, которыми объяснялись все наблюдаемые явления, расценивались Ньютоном как доказательство бытия бога: «Такое изящнейшее соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе как по намерению и во власти премудрого и могущественного существа. Сей управляет всем не как душа мира, а как властитель Вселенной, и по господству своему должен именоваться Господь бог Вседержитель».
Литература
5. Жмудь Л.Я. Πифагор и его школа.- Л.: «Наука», 1990.
1. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. - М.: «Наука», 1980.
1. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII - XVIII вв.) - М.: Наука, 1987.
2. Кудрявцев П.С. История физики. Т,1. - М.: Изд-во «Просвещение», 1956.
1. Рожанский И.Д. Развитие естествознания в эпоху античности. - М.: «Наука», 1979.
3. Аристотель. Физика. Собр. соч. Т.3. - М.: «Мысль», 1981.
Фрэзер Дж. Дж. Золотая ветвь: Исследование магии и религии. - М.: Политиздат, 1980.
4. Галилей Г. Избранные труды: В 2 т. - М.:Наука, 1964.
5. Койре А. Очерки истории философской мысли О влиянии философских концепций в развитии теорий. - М.: «Наука» 1985.

1. Галилео Галилей. Диалог о двух главнейших системах мира Птоломеевой и Коперниковой. - М.-Л.: « ОГИЗ», 1948.
2. Леонардо да Винчи. Избранные естественнонаучные произведения. - М, 1955.
3. Н. Кузанский. Сочинения в 2-х т. - М.: Мысль, 1979.
4. Н. Коперник О вращениях небесных сфер. - М.: Наука, 1964.
5. Дынник М.А. Мировоззрение Джордано Бруно. - М., 1949.
2. Спасский Б.И. История физики в « т. - М.: Изд-во МГУ, 1963.
3. Дорфман Я.Г. Всемирная история физики с древнейших времен до донца ХV111 в. - М: «Наука», 1974.
6. Философский энциклопедический словарь. - М.: «Советская энциклопедия», 1983.
7. Зубов В.П. Аристотель. - М., 1963.
1. Плутарх. Сравнительные жизнеописания. Т.1. - М.: Изд-во АН СССР, 1961. 2. Дильс Г. Античная техника. - М.-Л.: «ОПТИ», 1934.
3. Р. Ньютон Преступление Клавдия Птолемея. - М.: Наука, 1985
4. Нейгебауэр О. Точные науки в древности. - М.: «Наука», 1968.
2. Диоген Лаэртский. О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов. - М.: «Мысль», 1986.
3. Платон. Диалоги. - М.: «Мысль», 1986.
4. Платон Собр. Соч. т.3. - М.: «Мысль», 1994
6. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - М.: Наука, 1989.
8. Спасский Б.И. История физики. В 2 т. - М.: Изд-во МГУ, 1963.
4. Ван-дер-Варден Б. Пробуждающаяся наука: Рождение астрономии. - М.: «Наука», 1991.
5. Ван-дер-Варден Б. Πробуждающаяся наука: математика древнего Египта, Вавилона и Греции. - М.: 1957.
8. Зайцев А.Н. Культурный переворот в Древней Греции V111 - V вв. до н.э. - Л., 1985.
1. Нейгебауэр О. Точные науки в древности. - М.: «Наука», 1968.

4 января 1643 года в деревушке Вулсторп в доме недавно скончавшегося фермера Ньютона родился мальчик. Ему дали имя отца – Исаак. Он пришел в мир в тот год, когда во Флоренции предали земле прах Галилея.

Ньютон прожил 85 лет и отличался хорошим здоровьем.

Главные годы жизни Ньютона прошли в стенах колледжа Святой Троицы Кембриджского университета. Он любил одиночество, его голос слышали редко. Он терпеть не мог споров, особенно научных. А размышлять и писать он любил. В своем уединение этот тихий, молчаливый человек совершил переворот в отношениях человека и природы, в нашем миропонимании. Он создал язык классической науки, на котором она думает и говорит уже три века. Гений науки был достойным сыном своего времени. Отстаивая права Кембриджского университета, он один посмел сказать Якову II, что закон выше короля. Новые деньги, отчеканенные Ньютоном в невероятно короткие сроки, способствовали процветанию британской экономики в течение всего XVIII столетия. Старый Исаак Ньютон принимал на Монетном дворе Петра I. Незадолго до смерти сэр Исаак получил известие, что русский царь основал-таки в Петербурге Императорскую Академию наук и художеств. Это тоже можно считать наследием Ньютона.

Читать, писать и считать Ньютон выучился в сельских школах Вулсторпа. Когда Исааку исполнилось 12 лет, дядя Уильям отправил его учиться в бесплатную Королевскую школу в Грантеме. Здесь он изучал латинский язык, закон Божий и начала математики. После школьных занятий Исаак предпочитал проводить время дома. Он мастерил сложные механические игрушки, модели водяных мельниц, самокаты, водяные и солнечные часы. Ньютон увлекался также воздушными змеями, запуская их ночью с бумажными цветными фонарями, а в городе распространялись слухи, что опять появилась комета. В доме аптекаря, где жил Исаак, он получил элементарные сведения по химии и увлекся алхимией. Он проводил много времени в библиотеке, выписывал из книг сведения о правилах рисования пером и красками, о химических опытах, о лекарственных травах и медицинских снадобьях. Все книги были на латинском языке.

Осенью 1660 года директор школы Стокс поселил Ньютона у себя и занялся его подготовкой к Кембриджскому университету. Исаак занимался латынью, учил древнегреческий и французский языки, штудировал текст Библии. Учитель Стокс и дядя Уильям были уверены, что их любимец станет знаменитым богословом. В Грантеме Исаак прочитал книги Джона Уилкинса «Математическая магия» и «Открытие нового мира на Луне». Он узнал о механических машинах, линзах, вечном двигателе для путешествия на Луну, системе мира Коперника и законах Кеплера. Эти две научно-популярные книги разбудили гений Ньютона. Он страстно желал посвятить себя научному познанию как одной из форм служения Богу.

В мае 1661 году Ньютон прибыл в Кембридж, когда прием в университет был уже закончен. Однако, прочитав рекомендательное письмо дяди Уильяма, директор Тринити-колледжа допустил Исаака к экзамену по латыни. Экзамен был сдан, и 18-летнего Ньютона зачислили в студенты колледжа.

Исаак был прилежным студентом: деньги тратил не на пирушки и развлечения, а на инструменты и книги. В 1663 году он приобрел книгу по индивидуальной астрономии. Но она требовала знаний по геометрии и тригонометрии. Тогда Ньютон купил и изучил учебник по евклидовой геометрии. В том же году он увлекся оптическими опытами и прочитал трактат Иоганна Кеплера «Диоптрика». В марте 1664 года в колледже начал читать лекции по математике профессор Исаак Барроу, который сыграл очень важную роль в жизни Ньютона. Лекции Барроу помогли Ньютону разобраться в трудах французского мыслителя Рене Декарта. Он изучил «Геометрию», «Трактат о свете» и «Начала философии» Рене Декарта.

В январе 1665 года Ньютон получил степень бакалавра. К тому времени он имел свою программу исследований в богословии, математике и натуральной философии-физике.

В 1664 году в Англии началась эпидемия чумы. Спасаясь от заразы, жители городов убегали в деревни. В августе 1665 года Тринити-колледж был распущен до лучших времён. Ньютон уехал в Вулсторп, взяв с собой набор лекарственных трав, блокноты, книги, инструменты, призмы, линзы и зеркала. Он пробыл в Вулсторпе до марта 1667 года. За два чумных года Ньютон сделал три своих главных открытия: метод флюксий и квадратур (дифференциальное и интегральное исчисления), объяснение природы света и закон всемирного тяготения. Об удивительном творческом подъёме тех лет он позже вспоминал как о лучшей поре своей жизни. С помощью своего исчисления Ньютон мог быстро находить касательные, площади и объёмы любых сложных фигур, что было актуально для торговли и строительства. Но главное применение его открытий было впереди.

Однажды, закончив опыты, вулсторпский затворник вышел в сад. Был тихий августовский вечер. Стук упавшего яблока опять вернул его к давним размышлениям о законах падения: «Почему яблоко всегда падает отвесно… почему не в сторону, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность её количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, та, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей Вселенной».

Ньютон вернулся в Кембридж в апреле 1667 года. В октябре того же года его избрали младшим членом колледжа, и он получил небольшую стипендию. В 1668 году Ньютон построил первый отражательный телескоп. Через год он получил должность профессора и кафедру в Тринити-колледже. В его обязанности входило чтение лекций по греческому языку, математике и натуральной философии, которую он читал как курс физики. На его лекции мало кто ходил: они были сложными по содержанию и непривычными по манере изложения. Ньютон не любил пространных рассуждений и примеров. Лишь со временем его лекции стали нормой преподавания науки.

6 февраля 1672 года Ньютон представил Лондонскому королевскому обществу естественных наук доклад «Новая теория света и цветов». Этот мемуар и был переработкой его «Лекций по оптике».

В библиотеке Ньютона было около 100 книг по химии алхимии. В течение 30 лет (с 1666 по 1696 годы) он занимался химическими опытами и металлургией, часто использовал ртуть и к 30 годам стал совсем седым. Сохранился только один химический мемуар Ньютона – «О природе кислот».

В 1680 году Ньютон вернулся к задачам механики и к проблеме тяготения. В тот год появилась яркая комета. Ньютон уже знал, что небесные тела вблизи Солнца должны двигаться по эллипсам, параболам или гиперболам. Лишь обладая такой гипотезой, можно было построить по нескольким наблюдениям пространственный путь кометы, так как наблюдают ведь только направление на комету, но не расстояние до неё. Ньютон лично провёл наблюдения и первым в астрономии построил и начертил орбиту кометы. Путь кометы 1680 года оказался параболой, что подтвердило теорию тяготения Ньютона. В 1687 году вышла книга Ньютона «Математические начала натуральной философии» - величайшая из книг о природе, сравнимая по своей культурно-исторической значимости, может быть, только с Библией.

«Начала» написаны в стиле Евклида, и главная их цель – доказать, что закон всемирного тяготения следует из наблюдаемого движения планет, Луны и земных тел, которое анализируется с помощью ньютоновских принципов динамики.

В 1694 году Чарлз Монтегю, друг Ньютона, был назначен канцлером казначейства (пост, равный по статусу министерскому) и пригласил Ньютона на должность смотрителя Монетного двора с 600 фунтами годового жалованья. Монтегю рассчитывал на его познания в металлургии и механике в связи с подготовкой финансовой реформы. Ньютон принял предложение и перебрался в Лондон. Он быстро разобрался в работе Монетного двора и организовал её так, что скорость чеканки увеличилась в восемь раз. Ньютон столкнулся с политическими дрязгами, забастовками служащих Монетного двора. На него писали доносы, ему предлагали взятки. Однако в эпоху всеобщей коррупции он строго и честно выполнял свои обязанности. Перечеканка закончилась в 1699 году, и денежная реформа за неделю была совершена в Лондоне. Благодаря этому успеху Ньютон получил должность главного директора Монетного двора.

В 1703 году Ньютона избрали президентом Лондонского королевского общества. Он отметил своё избрание тем, что подарил Обществу новый прибор – солнечную печь. Она состояла из системы линз и, фокусируя солнечные лучи, могла плавить металлы. Но был и другой подарок. В 1704 году опубликована вторая книга – «Оптика». В отличие от «Начал», написанных на латыни, «Оптика» написана по-английски. Ньютон хотел, чтобы его книга была доступна как можно большему кругу читателей.

«Оптика» состоит из трёх разделов. Первый раздел посвящён геометрической оптике и описанию состава белого света. Во втором рассматриваются опыты с цветами тонких плёнок, в третьем описаны явления дифракции (огибания светом препятствий).

В апреле 1705 года королева Анна посвятила Ньютона в рыцари.

В 1722 году у Ньютона начались старческие болезни, но он продолжал находиться на посту президента Общества и руководить Монетным двором. Он готовил текст «Начал» к новому изданию и пробовал опять заняться движением «строптивой» Луны, в котором оставалось много неувязок с теорией. В 1726 году он выпустил третье издание «Начал».

Исаак Ньютон был торжественно похоронен в Вестминстерском аббатстве. На могильной плите высечены знаменательные слова: Здесь покоится Сэр Исаак Ньютон, который почти божественной силой своего ума впервые объяснил помощью своего математического метода движение и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана. Он первый исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, которых до того времени никто даже не подозревал. Прилежный, проницательный и верный истолкователь природы, древностей и Священного Писания. Он прославил – в своем учении всемогущего Творца. Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью. Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Биография

Научные открытия

Математика

Механика

Астрономия

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность данной тематики заключается в том, что с работами Ньютона, с его системой мира обретает лицо классическая физика. Он положил начало новой эпохе в развитии физики и математики.

Ньютон закончил начатое Галилеем создание теоретической физики, основанной, с одной стороны, на опытных данных, а с другой -- на количественно-математическом описании природы. В математике появляются мощные аналитические методы. В физике основным методом исследования природы становится построение адекватных математических моделей природных процессов и интенсивное исследование этих моделей с систематическим привлечением всей мощи нового математического аппарата.

Его наиболее значимыми достижениями являются законы движения, которые заложили основы механики как научной дисциплины. Он открыл закон всемирного тяготения и разработал исчисления (дифференциальное и интегральное), которые с тех пор являются важными инструментами физиков и математиков. Ньютон построил первый телескоп-рефлектор и первым разложил свет на спектральные цвета с помощью призмы. Он так же исследовал явления теплоты, акустику и поведения жидкостей. В его честь названа единица силы - ньютон.

Ньютон занимался также актуальными теологическими проблемами, вырабатывая точную методологическую теорию. Без правильного понимания идей Ньютона мы не сможем понять вполне ни значительной части английского эмпиризма, ни Просвещения, особенно французского, ни самого Канта. Действительно, "разум" английских эмпириков, лимитируемый и контролируемый "опытом", без которого он уже не может свободно и по желанию перемещаться в мире сущностей, - это "разум" Ньютона.

Нельзя не признать, что все эти открытия широко используются людьми в современном мире в самых различных научных областях.

Целью данного реферата является анализ открытий Исаака Ньютона и сформулированной им механистической картины мира.

Для достижения поставленной цели я последовательно решаю следующие задачи:

2. Рассмотреть жизнь и работы Ньютона

то лишь потому, что стоял на плечах гигантов»

И. Ньютон

Исаак Ньютон - английский математик и естествоиспытатель, механик, астроном и физик, основатель классической физики - родился в день Рождественского праздника 1642 года (по новому стилю -- 4 января 1643 года) в деревушке Вульсторп в Линкольншире.

Отец Исаака Ньютона - небогатый фермер, умер за несколько месяцев до рождения сына, поэтому в детстве Исаак находился на попечении родственников. Первоначальное образование и воспитание дала Исааку Ньютону его бабушка, а затем он учился в городской школе Грэнхема.

Мальчиком он любил мастерить механические игрушки, модели водяных мельниц, воздушные змеи. Позднее он был отличным шлифовальщиком зеркал, призм и линз.

В 1661 г. Ньютон занял одну из вакансий для неимущих студентов в Тринити-колледже Кембриджского университета. В 1665 г. Ньютон получил степень бакалавра. Спасаясь от ужасов чумы, охватившей Англию, Ньютон на два года уезжает в родной Вулсторп. Здесь он активно и очень плодотворно работает. Ньютон считал два чумных года - 1665-й и 1666-й - годами расцвета его творческих сил. Здесь, под окнами его дома росла знаменитая яблоня: широко известен рассказ о том, что на открытие всемирного тяготения Ньютона навело неожиданное падение яблока с дерева. Но ведь падение предметов видели, и другие ученые и пытались его объяснить. Однако никто не сумел этого сделать до Ньютона. Почему яблоко всегда падает не в сторону, подумал он, а прямо вниз, к земле? Впервые он задумался над этой задачей еще в молодости, но ее решение опубликовал лишь через двадцать лет. Открытия Ньютона не были случайностью. Он подолгу обдумывал свои выводы и опубликовал их только тогда, когда был абсолютно уверен в их безошибочности и точности. Ньютон установил, что движение падающего яблока, брошенного камня, луны и планет подчиняется общему закону притяжения, действующему между всеми телами. Этот закон до сих пор остается основой всех астрономических расчетов. С его помощью ученые точно предсказывают затмение солнца и рассчитывают траектории космических кораблей.

Также в Вулсторпе были начаты знаменитые оптические эксперименты Ньютона, рожден "метод флюксий" - начала дифференциального и интегрального исчисления.

В 1668 г. Ньютон получил степень магистра и начал замещать в университете своего учителя - известного математика Барроу. К этому времени Ньютон приобретает известность как физик.

Искусство шлифовки зеркал особенно пригодилось Ньютону во время изготовления телескопа для наблюдения звездного неба. В 1668 г. он собственноручно построил свой первый зеркальный телескоп-рефлектор. Он стал гордостью всей Англии. Сам Ньютон высоко ценил это свое изобретение, позволившее ему стать членом Лондонского Королевского общества. Усовершенствованный вариант телескопа Ньютон послал в дар королю Карлу II.

Ньютон собрал большую коллекцию различных оптических приборов и проводил с ними опыты в своей лаборатории. Благодаря этим опытам Ньютон первым из ученых понял происхождение различных цветов в спектре и правильно объяснил все богатство красок в природе. Это объяснение было настолько новым и неожиданным, что даже крупнейшие ученые того времени не сразу его поняли и в течение многих лет вели ожесточенные споры с Ньютоном.

В 1669 г. Барроу передал ему университетскую Лукасовскую кафедру, и с этого времени на протяжении многих лет Ньютон читал лекции по математике и оптике в Кембриджском университете.

Физика и математика всегда помогают друг другу. Ньютон прекрасно понимал, что без математики физику не обойтись, он создал новые математические методы, из которых родилась современная высшая математика, знакомая сейчас каждому физику и инженеру.

В 1695 году был назван смотрителем, а с 1699 года - главным директором монетного двора в Лондоне и наладил там монетное дело, проведя необходимую реформу. Работая смотрителем Монетного двора, Ньютон занимался по большей части упорядочением английского монетного дела и подготовкой к публикации своих работ за предыдущие годы. Основное научное наследие Ньютона содержится в его главных трудах - "Математические начала натуральной философии" и "Оптика".

Кроме всего прочего, Ньютон проявлял интерес к алхимии, астрологии и теологии и даже пытался установить библейскую хронологию. Занимался он и химией, изучением свойств металлов. Великий ученый был очень скромным человеком. Он постоянно был занят работой, увлекался ею настолько, что забывал обедать. Спал он всего четыре или пять часов в сутки. Последние годы жизни Ньютон провел в Лондоне. Здесь он издает и переиздает свои научные сочинения, много работает как президент Лондонского Королевского общества, пишет богословские трактаты, труды по историографии. Исаак Ньютон был глубоко верующим человеком, христианином. Для него не существовало конфликта между наукой и религией. Автор великих "Начал" стал автором богословских произведений "Толкования на книгу пророка Даниила", "Апокалипсиса", "Хронологии". Ньютон считал одинаково важным и изучение природы, и священного Писания. Ньютон, как и многие великие ученые, рожденные человечеством, понимал, что наука и религия - это различные, обогащающие сознание человека формы постижения бытия, и не искал здесь противоречий.

Сэр Исаак Ньютон умер 31 марта 1727 г. в возрасте 84 лет и похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Ньютонова физика описывает модель Вселенной, в которой кажется, что все предопределено известными физическими законами. И даже не смотря на то, что в 20 веке Альберт Эйнштейн показал, что законы Ньютона не применимы при скоростях, близких к скорости света, законы Исаака Ньютона в современном мире применяются для многих целей.

Научные открытия

Научное наследие Ньютона сводится к четырем основным областям: математике, механике, астрономии и оптике.

Рассмотрим поподробнее его вклад в эти науки.

Матем атика

Первые математические открытия Ньютон сделал ещё в студенческие годы: классификация алгебраических кривых 3-го порядка (кривые 2-го порядка исследовал Ферма) и биномиальное разложение произвольной (не обязательно целой) степени, с которого начинается ньютоновская теория бесконечных рядов -- нового и мощнейшего инструмента анализа. Разложение в ряд Ньютон считал основным и общим методом анализа функций, и в этом деле достиг вершин мастерства. Он использовал ряды для вычисления таблиц, решения уравнений (в том числе дифференциальных), исследования поведения функций. Ньютон сумел получить разложение для всех стандартных на тот момент функций.

Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление одновременно с Г. Лейбницем (немного раньше) и независимо от него. До Ньютона действия с бесконечно малыми не были увязаны в единую теорию и носили характер разрозненных остроумных приёмов. Создание системного математического анализа сводит решение соответствующих задач, в значительной степени, до технического уровня. Появился комплекс понятий, операций и символов, ставший отправной базой дальнейшего развития математики. Следующий, XVIII век, стал веком бурного и чрезвычайно успешного развития аналитических методов.

Возможно, Ньютон пришёл к идее анализа через разностные методы, которыми много и глубоко занимался. Правда, в своих «Началах» Ньютон почти не использовал бесконечно малых, придерживаясь античных (геометрических) приёмов доказательства, но в других трудах применял их свободно.

Отправной точкой для дифференциального и интегрального исчисления были работы Кавальери и особенно Ферма, который уже умел (для алгебраических кривых) проводить касательные, находить экстремумы, точки перегиба и кривизну кривой, вычислять площадь её сегмента. Из других предшественников сам Ньютон называл Валлиса, Барроу и шотландского учёного Джеймса Грегори. Понятия функции ещё не было, все кривые он трактовал кинематически как траектории движущейся точки.

Уже будучи студентом, Ньютон понял, что дифференцирование и интегрирование -- взаимно обратные операции. Эта основная теорема анализа уже более или менее ясно вырисовывалась в работах Торричелли, Грегори и Барроу, однако лишь Ньютон понял, что на этой основе можно получить не только отдельные открытия, но мощное системное исчисление, подобное алгебре, с чёткими правилами и гигантскими возможностями.

Ньютон почти 30 лет не заботился о публикации своего варианта анализа, хотя в письмах (в частности, к Лейбницу) охотно делится многим из достигнутого. Тем временем вариант Лейбница широко и открыто распространяется по Европе с 1676 года. Лишь в 1693 году появляется первое изложение варианта Ньютона -- в виде приложения к «Трактату по алгебре» Валлиса. Приходится признать, что терминология и символика Ньютона по сравнению с лейбницевской довольно неуклюжи: флюксия (производная), флюэнта (первообразная), момент величины (дифференциал) и т. п. Сохранились в математике только ньютоновское обозначение «o » для бесконечно малой dt (впрочем, эту букву в том же смысле использовал ранее Грегори), да ещё точка над буквой как символ производной по времени.

Достаточно полное изложение принципов анализа Ньютон опубликовал только в работе «О квадратуре кривых» (1704), приложенной к его монографии «Оптика». Почти весь изложенный материал был готов ещё в 1670--1680-е годы, но лишь теперь Грегори и Галлей уговорили Ньютона издать работу, которая, с опозданием на 40 лет, стала первым печатным трудом Ньютона по анализу. Здесь у Ньютона появляются производные высших порядков, найдены значения интегралов разнообразных рациональных и иррациональных функций, приведены примеры решения дифференциальных уравнений 1-го порядка.

В 1707 году вышла книга «Универсальная арифметика». В ней приведены разнообразные численные методы. Ньютон всегда уделял большое внимание приближённому решению уравнений. Знаменитый метод Ньютона позволял находить корни уравнений с немыслимой ранее скоростью и точностью (опубликован в «Алгебре» Валлиса, 1685). Современный вид итерационному методу Ньютона придал Джозеф Рафсон (1690).

В 1711 году наконец был напечатан, спустя 40 лет, «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». В этом труде Ньютон с одинаковой лёгкостью исследует как алгебраические, так и «механические» кривые (циклоиду, квадратрису). Появляются частные производные. В этом же году выходит «Метод разностей», где Ньютон предложил интерполяционную формулу для проведении через (n + 1) данные точки с равноотстоящими или неравноотстоящими абсциссами многочлена n -го порядка. Это разностный аналог формулы Тейлора.

В 1736 году был посмертно издан итоговый труд «Метод флюксий и бесконечных рядов», существенно продвинутый по сравнению с «Анализом с помощью уравнений». В нём приводятся многочисленные примеры отыскания экстремумов, касательных и нормалей, вычисления радиусов и центров кривизны в декартовых и полярных координатах, отыскания точек перегиба и т. п. В этом же сочинении произведены квадратуры и спрямления разнообразных кривых.

Надо отметить, что Ньютон не только достаточно полно разработал анализ, но и сделал попытку строго обосновать его принципы. Если Лейбниц склонялся к идее актуальных бесконечно малых, то Ньютон предложил (в «Началах») общую теорию предельных переходов, которую несколько витиевато назвал «метод первых и последних отношений». Используется именно современный термин «предел» (лат. limes ), хотя внятное описание сущности этого термина отсутствует, подразумевая интуитивное понимание. Теория пределов изложена в 11 леммах книги I «Начал»; одна лемма есть также в книге II. Арифметика пределов отсутствует, нет доказательства единственности предела, не выявлена его связь с бесконечно малыми. Однако Ньютон справедливо указывает на бомльшую строгость такого подхода по сравнению с «грубым» методом неделимых. Тем не менее в книге II, введя «моменты» (дифференциалы), Ньютон вновь запутывает дело, фактически рассматривая их как актуальные бесконечно малые.

Примечательно, что теорией чисел Ньютон совершенно не интересовался. По всей видимости, физика ему была гораздо ближе математики.

Механика

В области механики Ньютон не только развил положения Галилея и других учёных, но и дал новые принципы, не говоря уже о множестве замечательных отдельных теорем.

Заслугой Ньютона является решение двух фундаментальных задач.

Создание для механики аксиоматической основы, которая фактически перевела эту науку в разряд строгих математических теорий.

Создание динамики, связывающей поведение тела с характеристиками внешних воздействий на него (сил).

Кроме того, Ньютон окончательно похоронил укоренившееся с античных времён представление, что законы движения земных и небесных тел совершенно различны. В его модели мира вся Вселенная подчинена единым законам, допускающим математическую формулировку.

По словам самого Ньютона, ещё Галилей установил начала, названные Ньютоном «двумя первыми законами движения», сверх этих двух законов Ньютон сформулировал ещё третий закон движения.

Первый закон Ньютона

Всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не подействует какая-либо сила и не заставит его изменить это состояние.

Этот закон утверждает, что если какую-либо материальную частицу или тело попросту не трогать, оно будет продолжать прямолинейно двигаться с неизменной скоростью само по себе. Если тело равномерно двигалось по прямой, оно так и будет двигаться по прямой с неизменной скоростью. Если тело покоилось, оно так и будет покоиться, пока к нему не приложат внешних сил. Чтобы просто сдвинуть физическое тело с места, к нему нужно обязательно приложить стороннюю силу. Например, самолет: он ни за что не стронется с места, пока не будут запущены двигатели. Казалось бы, наблюдение самоочевидное, однако, стоит отвлечься от прямолинейного движения, как оно перестает казаться таковым. При инерционном движении тела по замкнутой циклической траектории его анализ с позиции первого закона Ньютона только и позволяет точно определить его характеристики.

Еще один пример: легкоатлетический молот - ядро на конце струны, раскручиваемое вами вокруг вашей головы. Ядро в этом случае движется не по прямой, а по окружности - значит, согласно первому закону Ньютона, его что-то удерживает; это «что-то» - и есть центростремительная сила, которую прилагают к ядру, раскручивая его. Реально она вполне ощутима - рукоять легкоатлетического молота ощутимо давит на ладони. Если же разжать руку и выпустить молот, он - в отсутствие внешних сил - незамедлительно отправится в путь по прямой. Точнее будет сказать, что так молот поведет себя в идеальных условиях (например, в открытом космосе), поскольку под воздействием силы гравитационного притяжения Земли он будет лететь строго по прямой лишь в тот момент, когда вы его отпустили, а в дальнейшем траектория полета будет всё больше отклоняться в направлении земной поверхности. Если же вы попробуете действительно выпустить молот, выяснится, что отпущенный с круговой орбиты молот отправится в путь строго по прямой, являющейся касательной (перпендикулярной к радиусу окружности, по которой его раскручивали) с линейной скоростью, равной скорости его обращения по «орбите».

Если заменить ядро легкоатлетического молота планетой, молотобойца - Солнцем, а струну - силой гравитационного притяжения, получается ньютоновская модель Солнечной системы.

Такой анализ происходящего при обращении одного тела вокруг другого по круговой орбите на первый взгляд кажется чем-то само собой разумеющимся, но не стоит забывать, что он вобрал в себя целый ряд умозаключений лучших представителей научной мысли предшествующего поколения (достаточно вспомнить Галилео Галилея). Проблема тут в том, что при движении по стационарной круговой орбите небесное (и любое иное) тело выглядит весьма безмятежно и представляется пребывающим в состоянии устойчивого динамического и кинематического равновесия. Однако если разобраться, сохраняется только модуль (абсолютная величина) линейной скорости такого тела, в то время как ее направление постоянно меняется под воздействием силы гравитационного притяжения. Это и значит, что небесное тело движется равноускоренно. Сам Ньютон называл ускорение «изменением движения».

Первый закон Ньютона играет и еще одну важную роль с точки зрения естествоиспытательского отношения к природе материального мира. Он подразумевает, что любое изменение в характере движения тела свидетельствует о присутствии внешних сил, воздействующих на него. К примеру, если железные опилки подпрыгивают и налипают на магнит, или, высушенное в сушилке стирально машины белье слиплось и присохло друг к другу, можно утверждать, что эти эффекты стали следствием действия природных сил (в приведенных примерах это силы магнитного и электростатического притяжения соответственно).

В торой закон Ньютона

Изменение движения пропорционально движущей силе и направлено по прямой, по которой действует данная сила.

Если первый закон Ньютона помогает определить, находится ли тело под воздействием внешних сил, то второй закон описывает, что происходит с физическим телом под их воздействием. Чем больше сумма приложенных к телу внешних сил, гласит этот закон, тем большее ускорение приобретает тело. Это раз. Одновременно, чем массивнее тело, к которому приложена равная сумма внешних сил, тем меньшее ускорение оно приобретает. Это два. Интуитивно эти два факта представляются самоочевидными, а в математическом виде они записываются так:

где F - сила, m - масса, а - ускорение. Это, наверное, самое полезное и самое широко используемое в прикладных целях из всех физических уравнений. Достаточно знать величину и направление всех сил, действующих в механической системе, и массу материальных тел, из которых она состоит, и можно с исчерпывающей точностью рассчитать ее поведение во времени.

Именно второй закон Ньютона придает всей классической механике ее особую прелесть - начинает казаться, будто весь физический мир устроен, как наиточнейший хронометр, и ничто в нем не ускользнет от взгляда пытливого наблюдателя. Назовите мне пространственные координаты и скорости всех материальных точек во Вселенной, словно говорит нам Ньютон, укажите мне направление и интенсивность всех действующих в ней сил, и я предскажу вам любое ее будущее состояние. И такой взгляд на природу вещей во Вселенной бытовал вплоть до появления квантовой механики.

Третий закон Ньютона

Действие всегда равно и прямо противоположно противодействию, то есть действия двух тел друг на друга всегда равны и направлены в противоположные стороны.

Закон этот гласит, что если тело А воздействует с некоей силой на тело В, то тело В также воздействует на тело А с равной по величине и противоположной по направлению силой. Иными словами, стоя на полу, вы воздействуете на пол с силой, пропорциональной массе вашего тела. Согласно третьему закону Ньютона пол в это же время воздействует на вас с абсолютно такой же по величине силой, но направленной не вниз, а строго вверх. Этот закон экспериментально проверить нетрудно: вы постоянно чувствуете, как земля давит на ваши подошвы.

Тут важно понимать и помнить, что речь у Ньютона идет о двух силах совершенно разной природы, причем каждая сила воздействует на «свой» объект. Когда яблоко падает с дерева, это Земля воздействует на яблоко силой своего гравитационного притяжения (вследствие чего яблоко равноускоренно устремляется к поверхности Земли), но при этом и яблоко притягивает к себе Землю с равной силой. А то, что нам кажется, что это именно яблоко падает на Землю, а не наоборот, это уже следствие второго закона Ньютона. Масса яблока по сравнению с массой Земли низка до несопоставимости, поэтому именно его ускорение заметно для глаз наблюдателя. Масса же Земли, по сравнению с массой яблока, огромна, поэтому ее ускорение практически незаметно. (В случае падения яблока центр Земли смещается вверх на расстояние менее радиуса атомного ядра.)

Установив общие законы движения Ньютон вывел из них множество следствий и теорем, позволивших ему довести теоретическую механику до высокой степени совершенства. С помощью этих теоретических начал он подробно выводит свой закон тяготения из законов Кеплера и затем решает обратную задачу, то есть показывает, каково должно быть движение планет, если признать закон тяготения за доказанный.

Открытие Ньютона привело к созданию новой картины мира, согласно которой все планеты, находящиеся друг от друга на колоссальных расстояниях, оказываются связанными в одну систему. Этим законом Ньютон заложил начало новой отрасли астрономии.

Астрономия

Сама идея тяготения тел друг к другу появилась задолго до Ньютона и наиболее очевидно выражалась Кеплером, который отмечал, что вес тел аналогичен магнитному притяжению и выражает тенденцию тел к соединению. Кеплер писал, что Земля и Луна шли бы навстречу друг другу, если бы их не удерживала на орбитах эквивалентная сила. Вплотную к формулировке закона тяготения подошел Гук. Ньютон полагал, что падающее тело вследствие соединения его движения с движением Земли опишет винтообразную линию. Гук показал, что винтообразная линия получается лишь в том случае, если принять во внимание сопротивление воздуха и что в пустоте движение должно быть эллиптическим -- речь идёт об истинном движении, то есть таком, которое мы могли бы наблюдать, если бы сами не участвовали в движении земного шара.

Проверив выводы Гука, Ньютон убедился, что тело, брошенное с достаточной скоростью, находясь в то же время под влиянием силы земного тяготения, действительно может описать эллиптический путь. Размышляя над этим предметом, Ньютон открыл знаменитую теорему, по которой тело, находящееся под влиянием притягивающей силы, подобной силе земного тяготения, всегда описывает какое-либо коническое сечение, то есть одну из кривых, получаемых при пересечении конуса плоскостью (эллипс, гипербола, парабола и в частных случаях круг и прямая линия). Сверх того, Ньютон нашёл, что центр притяжения, то есть точка, в которой сосредоточено действие всех притягивающих сил, действующих на движущуюся точку, находится в фокусе описываемой кривой. Так, центр Солнца находится (приблизительно) в общем фокусе эллипсов, описываемых планетами.

Достигнув таких результатов, Ньютон сразу увидел, что он вывел теоретически, то есть исходя из начал рациональной механики, один из законов Кеплера, гласящий, что центры планет описывают эллипсы и что в фокусе их орбит находится центр Солнца. Но Ньютон не удовольствовался этим основным совпадением теории с наблюдением. Он хотел убедиться, возможно ли при помощи теории действительно вычислить элементы планетных орбит, то есть предсказать все подробности планетных движений?

Желая убедиться, действительно ли сила земного тяготения, заставляющая тела падать на Землю, тождественна силе, удерживающей Луну в её орбите, Ньютон стал вычислять, но, не имея под рукой книг, воспользовался лишь самыми грубыми данными. Вычисление показало, что при таких числовых данных сила земной тяжести больше силы, удерживающей Луну в её орбите, на одну шестую и как будто существует некоторая причина, противодействующая движению Луны.

Как только Ньютон узнал об измерении меридиана, произведённом французским учёным Пикаром, он тотчас произвёл новые вычисления и к величайшей радости своей убедился, что его давнишние взгляды совершенно подтвердились. Сила, заставляющая тела падать на Землю, оказалась совершенно равной той, которая управляет движением Луны.

Этот вывод был для Ньютона высочайшим торжеством. Теперь вполне оправдались его слова: «Гений есть терпение мысли, сосредоточенной в известном направлении». Все его глубокие гипотезы, многолетние вычисления оказались верными. Теперь он вполне и окончательно убедился в возможности создать целую систему мироздания, основанную на одном простом и великом начале. Все сложнейшие движения Луны, планет и даже скитающихся по небу комет стали для него вполне ясными. Явилась возможность научного предсказания движений всех тел Солнечной системы, а быть может, и самого Солнца, и даже звёзд и звёздных систем.

Ньютон фактически предложил целостную математическую модель:

закон тяготения;

закон движения (второй закон Ньютона);

система методов для математического исследования (математический анализ).

В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. Таким образом, только с трудов Ньютона начинается наука динамика, в том числе в применении к движению небесных тел. До создания теории относительности и квантовой механики никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат оказалось необходимым значительно развить.

Закон тяготения позволил решить не только проблемы небесной механики, но и ряд физических и астрофизических задач. Ньютон указал метод определения массы Солнца и планет. Он открыл причину приливов: притяжение Луны (даже Галилей считал приливы центробежным эффектом). Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны. Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет. Тем самым древняя проблема «предварения равноденствий» (впервые отмеченная Гиппархом) нашла научное объяснение.

Ньютоновская теория тяготения вызвала многолетние дебаты и критику принятой в ней концепции дальнодействия. Однако выдающиеся успехи небесной механики в XVIII веке утвердили мнение об адекватности ньютоновской модели. Первые наблюдаемые отклонения от теории Ньютона в астрономии (смещение перигелия Меркурия) были обнаружены лишь через 200 лет. Вскоре эти отклонения объяснила общая теория относительности (ОТО); ньютоновская теория оказалась её приближённым вариантом. ОТО также наполнила теорию тяготения физическим содержанием, указав материальный носитель силы притяжения -- метрикупространства-времени, и позволила избавиться от дальнодействия.

Оптика

Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), в котором, в отличие от чисто линзовых телескопов, отсутствовала хроматическая аберрация. Он также детально исследовал дисперсию света, показал, что белый свет раскладывается на цвета радуги вследствие различного преломления лучей разных цветов при прохождении через призму, и заложил основы правильной теории цветов. Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «кольца Ньютона». В письме к Флемстиду он изложил подробную теорию астрономической рефракции. Но его главное достижение -- создание основ физической (не только геометрической) оптики как науки и разработка её математической базы, превращение теории света из бессистемного набора фактов в науку с богатым качественным и количественным содержанием, экспериментально хорошо обоснованным. Оптические опыты Ньютона на десятилетия стали образцом глубокого физического исследования.

В этот период было множество спекулятивных теорий света и цветности; в основном боролись точка зрения Аристотеля («разные цвета есть смешение света и тьмы в разных пропорциях») и Декарта («разные цвета создаются при вращении световых частиц с разной скоростью»). Гук в своей «Микрографии» (1665) предлагал вариант аристотелевских взглядов. Многие полагали, что цвет есть атрибут не света, а освещённого предмета. Всеобщий разлад усугубил каскад открытий XVII века: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин, изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675,Рёмер). Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало. В своём выступлении перед Королевским обществом Ньютон опроверг как Аристотеля, так и Декарта, и убедительно доказал, что белый свет не первичен, а состоит из цветных компонентов с разными углами преломления. Эти-то составляющие и первичны -- никакими ухищрениями Ньютон не смог изменить их цвет. Тем самым субъективное ощущение цвета получало прочную объективную базу -- показатель преломления

Историки выделяют две группы гипотез о природе света, популярных во времена Ньютона:

Эмиссионная (корпускулярная): свет состоит из мелких частиц (корпускул), излучаемых светящимся телом. В пользу этого мнения говорила прямолинейность распространения света, на которой основана геометрическая оптика, однако дифракция и интерференция плохо укладывались в эту теорию.

Волновая: свет представляет собой волну в невидимом мировом эфире. Оппонентов Ньютона (Гука, Гюйгенса) нередко называют сторонниками волновой теории, однако надо иметь в виду, что под волной они понимали не периодическое колебание, как в современной теории, а одиночный импульс; по этой причине их объяснения световых явлений были мало правдоподобны и не могли составить конкуренцию ньютоновским (Гюйгенс даже пытался опровергнуть дифракцию). Развитая волновая оптика появилась только в начале XIX века.

Ньютона часто считают сторонником корпускулярной теории света; на самом деле он, по своему обыкновению, «гипотез не измышлял» и охотно допускал, что свет может быть связан и с волнами в эфире. В трактате, представленном в Королевское общество в 1675 году, он пишет, что свет не может быть просто колебаниями эфира, так как тогда он, например, мог бы распространяться по изогнутой трубе, как это делает звук. Но, с другой стороны, он предлагает считать, что распространение света возбуждает колебания в эфире, что и порождает дифракцию и другие волновые эффекты. По существу, Ньютон, ясно сознавая достоинства и недостатки обоих подходов, выдвигает компромиссную, корпускулярно-волновую теорию света. В своих работах Ньютон детально описал математическую модель световых явлений, оставляя в стороне вопрос о физическом носителе света: «Учение моё о преломлении света и цветах состоит единственно в установлении некоторых свойств света без всяких гипотез о его происхождении». Волновая оптика, когда она появилась, не отвергла модели Ньютона, а вобрала их в себя и расширила на новой основе.

Несмотря на свою нелюбовь к гипотезам, Ньютон поместил в конце «Оптики» список нерешённых проблем и возможных ответов на них. Впрочем, в эти годы он уже мог себе такое позволить - авторитет Ньютона после «Начал» стал непререкаемым, и докучать ему возражениями уже мало кто решался. Ряд гипотез оказались пророческими. В частности, Ньютон предсказал:

* отклонение света в поле тяготения;

* явление поляризации света;

* взаимопревращение света и вещества.

Заключение

ньютон открытие механика математика

«Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камушек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мною неисследованным.»

И. Ньютон

Целью данного реферата являлся анализ открытий Исаака Ньютона и сформулированной им механистической картины мира.

Были реализованы следующие задачи:

1.Провести анализ литературы по данной тематике.

2. Рассмотреть жизнь и работы Ньютоны

3. Проанализировать открытия Ньютона

Одно из важнейших значений творчества Ньютона состоит в том, что открытая им концепция действия сил в природе, концепция обратимости физических законов в количественные результаты, и, наоборот, получение физических закономерностей на основе экспериментальных данных, разработка начал дифференциального и интегрального исчисления создали весьма действенную методологию научных исследований.

Вклад Ньютона в развитие мировой науки неоценим. Его законы используют для расчётов результатов самых разнообразных взаимодействий и явлений на Земле и в космосе, применяют при разработках новых двигателей для воздушного, автомобильного и водного транспорта, рассчитывают длину взлетной и посадочной полос для различных типов самолетов, параметры (наклон к горизонту и кривизну) скоростных автомобильных дорог, для расчёта при строительстве зданий, мостов и других сооружений, при разработке одежды, обуви, тренажеров, в машиностроение, и т. д.

И в заключение, подводя итоги, необходимо отметить, что о Ньютоне у физиков существует твердое и единодушное мнение: он дошел до пределов познания природы в такой степени, в какой только мог дойти человек его времени.

Список использованных источников

Самин Д.К. Сто великих учёных. М., 2000.

Соломатин В.А. История науки. М., 2003.

Любомиров Д.Е., Сапенок О.В., Петров С.О. История и философия науки: Учебное пособие для организации самостоятельной работы аспирантов и соискателей. М., 2008.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Открытия русского учёного-естествоиспытателя и просветителя М.В. Ломоносова в области астрономии, термодинамики, оптики, механики и электродинамике. Работы М.В. Ломоносова по электричеству. Его вклад в формирование молекулярной (статистической) физики.

презентация , добавлен 06.12.2011


Основные факты биографии Фалеса Милетского - древнегреческого философа и математика, представителя ионической натурфилософии и основателя ионийской школы, с которой начинается история европейской науки. Открытия ученого в астрономии, геометрии, физике.

презентация , добавлен 24.02.2014


Изучение биографии и жизненного пути ученого Д. Менделеева. Описания разработки стандарта для русской водки, изготовления чемоданов, открытия периодического закона, создания системы химических элементов. Анализ его исследований в области состояния газов.

презентация , добавлен 16.09.2011


Ранние годы жизни Михаила Васильевича Ломоносова, формирование его мировоззрения. Основные достижения ученого-практика в области естествознания (химии, астрономии, опто-механики, приборостроении) и гуманитарных наук (риторики, грамматики, истории).

курсовая работа , добавлен 10.06.2010


Процесс познания в эпоху Средневековья в арабоязычных странах. Великие ученые средневекового Востока, их достижения в области математики, астрономии, химии, физики, механики и литературы. Значение научных трудов в развитии философии и естественных наук.

реферат , добавлен 10.01.2011


Английский математик и естествоиспытатель, механик, астроном и физик, основатель классической физики. Роль открытий Ньютона для истории науки. Юность. Опыты ученого. Проблема планетарных орбит. Влияние на развитие физической науки.

реферат , добавлен 12.02.2007


Детство великого русского ученого Михаила Васильевича Ломоносова. Путь в Москву. Учеба в "Спасских школах", Славяно-греко-латинской Академии. Изучение истории, физики, механики в Германии. Основание Московского университета. Последние годы жизни ученого.

презентация , добавлен 27.02.2012


Жизненный путь Андрея Дмитриевича Сахарова. Научная работа и открытия ученого. Термоядерное оружие. Правозащитная деятельность и последние годы жизни ученого. Значение деятельности А.Д. Сахарова - ученого, педагога, правозащитника для человечества.

реферат , добавлен 08.12.2008


Жизнь и научная деятельность ученого-историка Владимира Ивановича Пичеты. Основные вехи биографии. Обвинение в великодержавном шовинизме, белорусском буржуазном национализме и прозападной ориентации, арест и ссылка Пичеты. Вклад ученого в историографию.

презентация , добавлен 24.03.2011


Изучение биографии Карла Маркса, содержания и значения его экономических учений. Обзор причин появления теории государственного капитализма. Анализ политических концепций, диалектического материализма, идей конфронтации, революции, вооруженной борьбы.