Ньютон и его открытия в физике кратко. Исаак Ньютон: краткая биография и его открытия

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

хорошую работу на сайт">

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.

Отец Ньютона не дожил до рождения сына. Мальчик родился болезненным, до срока, но всё же выжил. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы. Несмотря на тяжёлые роды, Ньютон прожил 84 года.

Тринити-колледж, часовая башня

Покровителем мальчика стал его дядя по матери, Вильям Эйскоу. В детстве Ньютон, по отзывам современников, был замкнут и обособлен, любил читать и мастерить технические игрушки: часы, мельницу и т. п. По окончании школы () он поступил в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. Уже тогда сложился его могучий характер - научная дотошность, стремление дойти до сути, нетерпимость к обману и угнетению, равнодушие к публичной славе.

Научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени были физики: Галилей , Декарт и Кеплер . Ньютон завершил их труды, объединив в универсальную систему мира. Меньшее, но существенное влияние оказали другие математики и физики: Евклид , Ферма , Гюйгенс , Валлис и его непосредственный учитель Барроу .

Похоже на то, что значительную часть своих математических открытий Ньютон сделал ещё студентом, в «чумные годы» - . В 23 года он уже свободно владел методами дифференциального и интегрального исчислений , включая разложение функций в ряды и то, что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница . Тогда же, по его утверждению , он открыл закон всемирного тяготения , точнее, убедился, что этот закон следует из третьего закона Кеплера . Кроме того, Ньютон в эти годы доказал, что белый цвет есть смесь цветов, вывел формулу «бинома Ньютона » для произвольного рационального показателя (включая отрицательные), и др.

Продолжаются эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон исследует сферическую и хроматическую аберрации . Чтобы свести их к минимуму, он строит смешанный телескоп-рефлектор (линза и вогнутое сферическое зеркало, которое полирует сам). Всерьёз увлекается алхимией, проводит массу химических опытов.

Оценки

Надпись на могиле Ньютона гласит:

Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов.
Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Св. писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту.
Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого.

Статуя Ньютона в Тринити-колледже

На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция :

Qui genus humanum ingenio superavit (Разумом он превосходил род человеческий)

Сам Ньютон оценивал свои достижения более скромно:

Не знаю, как меня воспринимает мир, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, который развлекается тем, что время от времени отыскивает камешек более пёстрый, чем другие, или красивую ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным.

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

Страница «Начал» Ньютона с аксиомами механики

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.

Ньютон также дал строгие определения таких физических понятий, как количество движения (не вполне ясно использованное у Декарта) и сила . Он ввёл в физику понятие массы как меры инерции и, одновременно, гравитационных свойств (ранее физики пользовались понятием вес ).

Завершили математизацию механики Эйлер и Лагранж .

Теория тяготения

Закон тяготения Ньютона

Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Ранее о ней размышляли Эпикур , Гассенди , Кеплер , Борелли , Декарт , Гюйгенс и другие. Кеплер полагал, что тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире. Были, впрочем, догадки с правильной формулой (Буллиальд, Рен , Гук), и даже кинематически обоснованные (с помощью соотнесения формулы центробежной силы Гюйгенса и третьего закона Кеплера для круговых орбит). . Но до Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера). Только с трудов Ньютона начинается наука динамика .

Важно отметить, что Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения , но фактически предложил целостную математическую модель в контексте хорошо разработанного, полного, явно сформулированного и систематически изложенного подхода к механике:

• закон тяготения;
• закон движения (2-й 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 . До Эйнштейна никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат оказалось необходимым значительно развить.

Ньютоновская теория тяготения вызвала многолетние дебаты и критику концепции дальнодействия .

Важным аргументом в пользу ньютоновской модели послужил строгий вывод на её основе эмпирических законов Кеплера . Следующим шагом стала теория движения комет и Луны, изложенная в «Началах». Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел; в этом большая заслуга Эйлера , Клеро и Лапласа , которые разработали для этого теорию возмущений . Фундамент этой теории был заложен ещё Ньютоном, который провёл анализ движения Луны, используя свой обычный метод разложения в ряд; на этом пути он открыл причины известных тогда аномалий (неравенств ) в движении Луны.

Первые наблюдаемые поправки к теории Ньютона в астрономии (объяснённые ОТО) были обнаружены лишь более чем через 200 лет (смещение перигелия Меркурия). Впрочем, и они очень малы в пределах Солнечной системы.

Ньютон также 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.

Оптика и теория света

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 открыл 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.

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 (Rasmus Bartholin ), изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер). Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало.

Дисперсия света
(опыт Ньютона)

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.

Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «кольца Ньютона ».

Титульный лист «Оптики» Ньютона

В 1689 г. Ньютон прекратил исследования в области оптики - по распространённой легенде, поклялся ничего не печатать в этой области при жизни Гука , который постоянно донимал Ньютона болезненно воспринимаемой последним критикой. Во всяком случае, в 1704 году , на следующий год после смерти Гука, выходит в свет монография «Оптика». При жизни автора «Оптика», как и «Начала», выдержала три издания и множество переводов.

Книга первая монографии содержала принципы геометрической оптики , учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями.

Он предсказал сплюснутость Земли у полюсов, примерно 1:230. При этом Ньютон использовал для описания Земли модель однородной жидкости, применил закон всемирного тяготения и учёл центробежную силу. Одновременно аналогичные расчёты выполнил Гюйгенс , который не верил в дальнодействующую силу тяготения и подошёл к проблеме чисто кинематически. Соответственно Гюйгенс предсказал более чем вдвое меньшее сжатие, чем Ньютон, 1:576. Более того, Кассини и другие картезианцы доказывали, что Земля не сжата, а выпукла у полюсов наподобие лимона. Впоследствии, хотя и не сразу (первые измерения были неточны), прямые измерения (Клеро , ) подтвердили правоту Ньютона; реальное сжатие равно 1:298. Причина отличия этого значения от предложенного Ньютоном в сторону Гюйгенсовского состоит в том, что модель однородной жидкости всё же не вполне точна (плотность заметно возрастает с глубиной). Более точная теория, явно учитывающая зависимость плотности от глубины, была разработана только в XIX веке.

Другие сферы деятельности

Уточнённая хронология древних царств

Параллельно с изысканиями, закладывавшими фундамент нынешней научной (физической и математической) традиции, Ньютон много времени отдавал алхимии , а также богословию . Никаких трудов по алхимии он не издавал, и единственным известным результатом этого многолетнего увлечения стало серьёзное отравление Ньютона в 1691 году .

Ньютон предложил свой вариант библейской хронологии , оставив после себя значительное количество рукописей по данным вопросам. Кроме того, он написал комментарий на Апокалипсис . Теологические рукописи Ньютона ныне хранятся в Иерусалиме , в Национальной Библиотеке.

Примечания

Основные опубликованные сочинения Ньютона

• Method of Fluxions ( , «Метод флюксий», опубликован посмертно, в 1736 году)
• De Motu Corporum in Gyrum ()
• Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( , «Математические начала натуральной философии »)
• Opticks ( , «Оптика»)
• Arithmetica Universalis ( , «Универсальная арифметика»)
• Short Chronicle , The System of the World , Optical Lectures , The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended и De mundi systemate опубликованы посмертно в 1728 году .
• An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture (1754)

Литература

Сочинения

• Ньютон И. Математические работы. Пер. и комм. Д. Д. Мордухай-Болтовского. М.-Л.: ОНТИ, 1937.
• Ньютон И. Всеобщая арифметика или Книга об арифметическом синтезе и анализе. М.: Изд. АН СССР, 1948.
• Ньютон И. Математические начала натуральной философии. Пер. и прим. А. Н. Крылова . М.: Наука, 1989.
• Ньютон И. Лекции по оптике. М.: Изд. АН СССР, 1946.
• Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. М.: Гостехиздат, 1954.
• Ньютон И. Замечания на книгу пророка Даниила и Апокалипсис св. Иоанна. Пг.: Новое время, 1915.
• Ньютон И. Исправленная хронология древних царств. М.: РИМИС, 2007.

О нём

• Арнольд В. И. Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук. . М.: Наука, 1989.
• Белл Э. Т. Творцы математики. М.: Просвещение, 1979.
• Вавилов С. И. Исаак Ньютон. 2-е доп. изд. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945.
• История математики под редакцией А. П. Юшкевича в трёх томах, М.: Наука, 1970. Том 2. Математика XVII столетия.
• Карцев В. Ньютон. М.: Молодая гвардия, 1987.
• Катасонов В. Н. Метафизическая математика XVII в. М.: Наука, 1993.
• Кирсанов В. С. Научная революция XVII века. М.: Наука, 1987.
• Кузнецов Б. Г. Ньютон. М.: Мысль, 1982.
• Московский университет - памяти Исаака Ньютона. М., 1946.
• Спасский Б. И. История физики. Изд. 2-е. М.: Высшая школа, 1977. Часть 1. Часть 2.
• Хеллман Х. Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов. M.: Диалектика, 2007. - Глава 3. Ньютон против Лейбница: Битва титанов.
• Юшкевич А. П. О математических рукописях Ньютона. Историко-математические исследования, 22, 1977, с. 127-192.
• Юшкевич А. П. Концепции исчисления бесконечно малых Ньютона и Лейбница. Историко-математические исследования, 23, 1978, с. 11-31.
• Arthur R. T. W. Newton’s fluxions and equably flowing time. Studies in history and philosophy of science, 26, 1995, p. 323-351.
• Bertoloni M. D. Equivalence and priority: Newton versus Leibniz. Oxford: Clarendon Press, 1993.
• Cohen I. B. Newton’s principles of philosophy: inquires into Newton’s scientific work and its general environment. Cambridge (Mass) UP, 1956.
• Cohen I. B. Introduction to Newton’s «Principia». Cambridge (Mass) UP, 1971.
• Lai T. Did Newton renounce infinitesimals? Historia Mathematica, 2, 1975, p. 127-136.
• Selles M. A. Infinitesimals in the foundations of Newton’s mechanics. Historia Mathematica, 33, 2006, p. 210-223.
• Weinstock R. Newton’s Principia and inverse-square orbits: the flaw reexamined. Historia Mathematica, 19, 1992, p. 60-70.
• Westfall R. S. Never at rest: A biog. of Isaac Newton. Cambridge UP, 1981.
• Whiteside D. T. Patterns of mathematical thought in the later seventeenth century. Archive for History of Exact Sciences, 1, 1963, p. 179-388.
• White M. Isaac Newton: The last sorcerer. Perseus, 1999, 928 с.

Художественные произведения

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.

Отец 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 молодости

Когда 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.

Когда 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 , 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 света

Самостоятельную 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.

В 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.

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.

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.

Смерть 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.

> Что открыл Исаак Ньютон?

Открытия Исаака Ньютона – законы и физика от одного из величайших гениев. Изучите закон всемирного тяготения, три закона движения, гравитация, форма Земли.

Исаак Ньютон (1642-1727) запомнился нам как философ, ученый и математик. Для своего времени он сделал очень много и активно участвовал в научной революции. Интересно, что его взгляды, законы и физика Ньютона будут преобладать еще 300 лет после смерти. По сути, перед нами создатель классической физики.

В последствии слово «ньютоновский» будут вставлять ко всем утверждениям, имеющим связь с его теориями. Исаака Ньютона считают одним из величайших гениев и наиболее влиятельных ученых, чья деятельность охватывала множество научных сфер. Но чем мы ему обязаны и какие открытия совершил?

Три закона движения

Начнем с его знаменитой работы «Математические начала натуральной философии» (1687), в которой раскрывались основы классической механики. Речь идет о трех законах движения, добытых из законов планетарного движения, выдвинутых Иоганном Кеплером.

Первый закон – инерция: объект в состоянии покоя будет оставаться в этом покое, пока на него не повлияет сила, лишенная баланса. Тело в движении продолжит двигаться с изначальной скоростью и в том же направлении, если не столкнется с несбалансированной силой.

Второй: ускорение появляется, когда сила влияет на массу. Чем больше масса, тем больше силы потребуется.

Третий: для каждого действия есть равное противодействие.

Универсальная гравитация

Ньютона стоит поблагодарить за закон всемирного тяготения. Он вывел, что каждая точка массы притягивает другую силой, направленной вдоль линии, пересекающей обе точки (F = G frac{m_1 m_2}{r^2}).

Эти три постулата гравитации помогут ему измерять траектории комет, приливов, равноденствий и прочих явлений. Его доводы разбили последние сомнения касательно гелиоцентрической модели и научный мир принял факт, что Земля не выступает вселенским центром.

Все знают, что Ньютон пришел к выводам о гравитации благодаря случаю с яблоком, упавшим ему на голову. Многие думают, что это всего лишь шуточный пересказ, а ученый вывел формулу постепенно. Но в пользу яблочного прорыва говорят записи в дневнике Ньютона и пересказы его современников.

Форма Земли

Исаак Ньютон полагал, что наша планета Земля сформировалась в виде сплющенного сфероида. Позже догадка подтвердится, но в его времена это была важная информация, которая помогла перевести большую часть научного мира с декартовской системы на механику Ньютона.

В математическом поле он обобщил биномиальную теорему, исследовал степенные ряды, вывел собственный метод для аппроксимации корней функции и поделил на классы большинство кривых кубических плоскостей. Также он делился разработками с Готфридом Лейбницем.

Его открытия были прорывными в физике, математике и астрономии, помогавшие при помощи формул разобраться в строении пространства.

Оптика

В 1666 году он все больше углубляется в оптику. Все началось с изучения свойств света, который он измерял сквозь призму. В 1670-1672 гг. исследовал рефракцию света, показывая, как разноцветный спектр перестраивается в одиночный белый свет при помощи линзы и второй призмы.

В итоге, Ньютон понял, что цвет формируется из-за взаимодействия объектов изначально окрашенных. Кроме того заметил, что объектив любого инструмента страдает из-за светового рассеивания (хроматическая аберрация). Ему удалось решить проблемы при помощи телескопа с зеркалом. Его изобретение считается первой моделью отражающего телескопа.

Кроме того…

Также ему принадлежит заслуга в формулировке эмпирического закона охлаждения и изучение скорости звука. С его подачи появился термин «ньютоновская жидкость» – описание любой жидкости, где вязкие напряжения линейно пропорциональны скорости ее трансформации.

Большое количество времени Ньютон посвящал исследованию не только научных постулатов, но и библейской хронологии и внедрялся в алхимию. Однако многие работы появились только после смерти ученого. Так что Исаак Ньютон запомнился не только как талантливый физик, но и философ.

Чем же мы обязаны Исааку Ньютону? Его идеи были прорывными не только для того времени, но и послужили стартовыми точками для всех последующих ученых. Он подготовил плодородную почву для новых открытый и вдохновил на исследование этого мира. Неудивительно, что у Исаака Ньютона появились последователи, развивающие его идеи и теории. Если вам интересно узнать больше, то на сайте есть биография Исаака Ньютона, где представлены дата рождения и смерти (по новому и старому стилю), самые важные открытия, а также интересные факты о величайшем физике.

Наверное, нет ни одного человека на свете, который бы не знал, кто такой Исаак Ньютон. Один из самых выдающихся мировых учёных, сделавший открытия сразу в нескольких областях науки, давший начало научным направлениям в математике, оптике, астрономии, один из отцов-основателей классической физики. Итак, кто такой Исаак Ньютон. Сегодня широко известна краткая биография и его открытия.

Вконтакте

История ученого и исследователя

Про него можно было сказать словами поэта Николая Тихонова: «Гвозди б делать из этих людей. Крепче б не было в мире гвоздей». Родившись прежде положенного срока, очень маленьким и слабым, он прожил 84 года в полном здравии, до глубокой старости, посвятив всего себя развитию науки и занимаясь государственными делами. В течение всей своей жизни учёный придерживался твёрдых моральных принципов, был образцом честности, не стремился к публичности и славе. Не сломила его даже воля короля Якова II.

Детство

Своё рождение в канун католического рождества ученый считал особым знаком провидения. Ведь ему удалось совершить свои величайшие открытия. Словно новая Вифлеемская звезда, он осветил многие направления, по которым в дальнейшем развивалась наука. Многие открытия были сделаны благодаря намеченному им пути.

Отец Ньютона, казавшийся современникам чудаковатым и странным человеком, так и не узнал о рождении сына. Успешный фермер и хороший хозяин, всего несколько месяцев не доживший до появления сына на свет, оставил семье значительное хозяйство и денежные средства.

С юношеских лет, всю свою жизнь испытывающий нежную привязанность к матери, Исаак не мог простить ей решения оставить его на попечительство бабушки и дедушки, после того, как та вышла замуж во второй раз. Автобиография, составленная им ещё в подростковом возрасте, повествует о порывах отчаянья и детских планах мести матери и отчиму. Исключительно бумаге смог он доверить рассказ о своих душевных переживаниях, по жизни знаменитый учёный был замкнут, не имел близких друзей и никогда не был женат.

В 12 лет он был определен в Грэнтемскую школу. Замкнутый и необщительный нрав, а также внутренняя сосредоточенность, настроили против него сверстников. С самого детства будущий учёный предпочитал мальчишечьим проказам занятия естественными науками. Он много читал, увлекался конструированием механических игрушек, решал математические задачи. Конфликтная ситуация с одноклассниками сподвигла самолюбивого Ньютона стать лучшим учеником школы .

Учёба в Кембридже

Овдовев, мать Ньютона очень рассчитывала на то, что 16-летний сын начнёт помогать ей в ведении фермерских дел. Но совместными усилиями школьного учителя, дяди мальчика и особенно Хэмфри Бабингтона, члена Тринити-колледжа, удалось убедить её в необходимости дальнейшего обучения. В 1661 году Ньютон сдаёт экзамен по латинскому языку и поступает в Колледж Св.Троицы при Кембриджском университете. Именно в этом учреждении в течении 30 лет он изучал науки, проводил опыты и совершал мировые открытия.

Вместо оплаты за учёбу в колледже, где юноша сначала жил в качестве студента-сайзера, ему приходилось выполнять некоторые поручения более богатых студентов и другие хозяйственные работы по университету. Уже через 3 года, в 1664 году, Ньютон сдаёт экзамены с отличием и получает повышенную ученическую категорию, а также право не только на бесплатное обучение, но и на стипендию.

Учеба так увлекала и вдохновляла его, что по воспоминаниям однокурсников, он мог забыть о сне и еде. По-прежнему занимался механикой и конструировал различные вещи и инструменты, увлекался математическими расчетами , астрономическими наблюдениями, исследованиями в области оптики, философией, даже теорией музыки и историей.

Решив посвятить свои годы жизни науке, он отказывается от любви и планов по созданию семьи. Юная воспитанница аптекаря Кларка, у которого в школьные годы он жил, тоже не вышла замуж и на всю жизнь сохранила нежную память о Ньютоне.

Первые шаги в научной деятельности

1664 год стал вдохновляющим для молодого учёного. Он составляет «Вопросник» из 45 научных задач и ставит перед собой цель все их решить.

Благодаря лекциям известного математика И. Барроу, Ньютон сделал своё первое открытие биноминального разложения, что позволило ему впоследствии вывести метод дифференциального исчисления, который применяется сегодня в высшей математике. Он успешно сдаёт экзамен и получает степень бакалавра .

Даже эпидемия чумы 1665 – 1667 годов не смогла остановить этот пытливый ум и заставить его сидеть без дела. На время разгула болезни, Ньютон уезжает домой, где продолжает заниматься научной деятельностью. Здесь, в домашнем уединении, делает большую часть своих великих открытий :

• основывает базовые методики видов исчислений — интегрального и дифференциального;
• выводит теорию цвета и даёт начало развитию оптической науки;
• находит метод поиска корней квадратных уравнений;
• выводит формулу разложения произвольной натуральной степени двучлена.

Важно! Знаменитая яблоня, наблюдения за которой помогли в открытии , была сохранена в качестве памятной скамьи учёного.

Важнейшие открытия

Исаак Ньютон краткая характеристика его деятельности. Это был не просто гений, известный учёный, а человек с разносторонними интересами во многих областях науки и техники. Чем он знаменит и что открыл. Увлечённый математик и физик одинаково хорошо разбирался как в точных науках, так и в гуманитарных. Экономика, алхимия, философия, музыка и история – во всех этих направлениях поработал гений его таланта . Вот лишь краткое описание великих открытий Исаака Ньютона:

• вывел теорию движения небесных тел – определил, что планеты вращаются вокруг ;
• сформулировал три важных закона механики;
• вывел теорию света и цветовых оттенков;
• построил первый в мире зеркальный ;
• открыл Закон Тяготения , благодаря которому прославился.

По существующей легенде, Ньютон открыл знаменитый закон, наблюдая в своём саду падение яблок с яблони. Биограф знаменитого учёного Уильям Стьюкли описывает этот момент в книге, посвященной воспоминаниям о Ньютоне, которая была издана в 1752 году. По рассказу Стьюкли, именно упавшее с дерева яблоко навело его на мысль о притяжении космических тел и гравитации .

«Почему яблоки падают перпендикулярно к земле?» — подумал Ньютон и, размышляя, вывел новый закон. В саду Кембриджского университета студенты почитают и заботливо ухаживают за деревом, считающимся потомком той самой «яблони Ньютона».

Падение яблока послужило лишь толчком к знаменитому открытию. Ньютон шёл к нему долгие годы, изучая труды Галилея, Буллиальда, Гука , других астрономов и физиков. Ещё одним импульсом ученый считал «Третий Закон Келлера». Правда, современную трактовку Закона Всемирного Тяготения он составил несколько позже, когда изучил законы механики.

Прочие научные разработки

В основу классической механики заложены Законы Ньютона, важнейшие в области механики, были сформулированы в научном труде по математике началам философии, изданном в 1687 году :

• первый Закон равномерного движения по прямой линии, если на тело не действует никаких иных сил;
• второй Закон – , в дифференциальной форме описывающий влияние действующих сил на ускорение;
• третий Закон – о силе взаимодействия двух тел на определенном расстоянии.

В настоящее время эти законы Ньютона являются аксиомой .

Астрономия

В конце 1669 года ученый получает в Тринити-колледже одну из самых престижных в мире должностей, именную лукасовскую профессуру математики и оптики. Кроме оклада в 100 фунтов, бонусов и стипендий, появляется возможность уделять больше времени собственной научной исследовательской деятельности. Занимаясь опытами и экспериментами по оптике и теории света, Ньютон создаёт свой первый телескоп-рефлектор.

Важно! Усовершенствованный телескоп стал основным инструментом для астрономов и навигаторов-мореплавателей того времени. С его помощью была открыта планета Уран, обнаружены другие галактики.

Изучая небесные светила через свой рефлектор, ученый вывел теорию небесных тел, определил движение планет вокруг Солнца. Пользуясь вычислениями своего рефлектора и применяя к изучению Библии научный подход, сделал собственное сообщение о конце света . Согласно его расчётам, это событие состоится в 2060 году.

Государственная деятельность

1696 год. Великий учёный занимает должность хранителя Монетного Двора, переехал в Лондон, где жил до 1726 года. Проведя финансовый учёт и установив порядок в документации, становится соавтором Монтегю по проведению денежной реформы.

В период его деятельности создаётся филиальная сеть Монетного Двора, в несколько раз увеличивается выпуск серебряной монеты. Ньютон внедряет технологию , позволяющую избавиться от фальшивомонетчиков.

1699 год. Становится управляющим Монетного Двора. На этом посту продолжает бороться с фальшивомонетчиками. Его действия на посту управляющего были такими же блестящими, как и во время научной деятельности. Благодаря проведенным реформам в Англии был предотвращён экономический кризис .

1698 год. был представлен доклад про экономическую реформу Ньютона. Будучи в Англии, царь Пётр три раза встречался со знаменитым профессором. В 1700 году в России была проведена денежная реформа, аналогичная английской.

1689 -1690 годы. Был представителем Кембриджского Университета в составе парламента страны. С 1703 по 1725 год занимал должность президента Королевского Общества.

Внимание! В 1705 году королева Великобритании Анна посвятила Исаака Ньютона в рыцари. Это был единственный случай в истории Англии, когда рыцарство присваивалось за научные достижения.

Биография Ньютона, его открытия

Жизнь великого ученого Исаака Ньютона

Завершение жизненного пути

Последние месяцы своей жизни профессор жил в Кенсингтоне. Великого учёного не стало 20 марта 1727 года. Он умер во сне и был похоронен на территории Вестминстерского аббатства в усыпальнице королей и самых выдающихся людей Англии. Проститься со знаменитым современником пришли все горожане. Похоронную процессию возглавлял сам лорд-канцлер , за которым в траурном шествии шли министры Великобритании.