Закон всемирного тяготения История открытия Ньютон и Гук

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Считается, что закон всемирного тяготения был открыт Ньютоном в 1687 г. (в книге Математические начала натуральной философии). И что предшественников у Ньютона практически не было. И что одновременно Ньютон создал механику. И описал движение планет Солнечной системы. А что было на самом деле?

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Основные проявления закона - астрономические Первый научный взгляд на космос – Аристотель (384 – 322 гг. до н. э. ) : Земля – шар в центре Вселенной, по круговым орбитам движутся планеты Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. За ними – звезды

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Картина Мира Аристотеля Вопрос о причинах таких движений Аристотель не ставил (и не отвечал)

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Система Аристотеля описывает движения планет очень плохо. «Петли» планет Клавдий Птолемей (90 -160 г. н. э. ). Ввел деференты, эпициклы и эксцентры деферент эпицикл эксцентр

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Николай Коперник (1473 -1543). Перевернул наши представления о Вселенной, поместив в центр Солнечной системы Солнце, а не Землю. Согласно Копернику планеты движутся равномерно по окружностям вокруг Солнца. Система Коперника гораздо хуже воспроизводила данные наблюдений, чем система Птолемея. Последователи вынуждены были снова вводить эпициклы и эксцентры

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Галилео Галилей (1564 -1642), великий итальянский физик, один из создателей современной физики. Заложил основы механики, выдвинул идею об относительности движения, установил законы инерции, свободного падения, сложения движений. Сконструировал первый телескоп с 32 -кратным увеличением и открыл горы на Луне, спутники Юпитера, фазы у Венеры, пятна на Солнце.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Иоганн Кеплер (1571 -1630). Установил три закона движения планет (законы Кеплера). 1. Траектория планеты – эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. 2. Радиус, соединяющий планету и Солнце, за равное время покрывает равные площади. 3. Отношение куба расстояния от планеты до Солнца к квадрату периода обращения есть величина одинаковая для всех планет

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Кеплер близко подошел к открытию закона тяготения: «В природе существует взаимное телесное стремление сходных (родственных) тел к единству или соединению» . Источник - магнетизм Земли и вращение Солнца. «Гравитацию я определяю как силу, подобную магнетизму — взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем тела ближе одно к другому» . Полагал, что эта сила распространяется в плоскости эклиптики. Считал, что сила обратно пропорциональна расстоянию.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Одним из первых говорил о тяготении Рене Декарт (1566 -1650). Говорил о гравитации как об увлечении планет вихрями в эфире, которые порождает движущееся Солнце. Не верил в дальнодействие.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Еще о гравитации говорили: Итальянец Борелли (комбинация взглядов Кеплера и Галилея) Француз Буллиальд (обратные квадраты) Голландец Гюйгенс (развивал идеи Декарта о вихрях) Англичанин Робервиль

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Роберт Гук (Hooke) (1635 -1703). Открыл закон пропорциональности между силой и деформацией, закон Бойля-Мариотта. Придерживался волновой теории света, теплоту считал результатом механического движения частиц вещества. Изобрел воздушный насос, карданный шарнир, барометр, пружинные часы и др. С помощью микроскопа впервые наблюдал клеточную структуру тканей растений (ввел термин «клетка» , а также описал ее строение). Считал, что изменения земной поверхности и климата влекли за собой изменение флоры и фауны: окаменелости - это остатки прежде живших на Земле животных.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук был избран членом Королевского общества в 1663 году и стал куратором экспериментальных работ. Он должен был еженедельно докладывать о двух-трех новых научных достижениях в области естественных наук, сопровождая свои доклады демонстрацией экспериментов (он аккуратно делал в течение 35 лет!). Сообщений о чужих достижениях не всегда хватало для полновесных докладов, и Гук восполнял их отсутствие сообщениями о собственных. Ему было о чем рассказать, он был ими переполнен!

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук всегда считал, что наука должна развиваться не ради науки, а ради прогресса человечества. В уставе Королевского общества (Академии наук), написанном Гуком, говорится, что Королевское общество должно «совершенствовать познания натуральных вещей и всех полезных искусств, мануфактур, механической практики, машин и изобретений при помощи экспериментов,

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В 1666 г. в Лондоне произошел Большой пожар. Король создал комиссию по восстановлению города. Назначить было некого. Назначили физиков: К. Рен – председатель, Р. Гук - его заместитель. И следующие 30 лет жизни Гук восстанавливает Лондон.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В истории науки Гук отмечен не только открытиями, но и постоянными приоритетными спорами. Бойля, он обвинил в присвоении своего воздушного насоса. С Ольденбургом он поссорился, заявив, что тот украл у него и передал Гюйгенсу идею часов со спиральной пружиной. Уоллер писал в предисловии к посмертному сборнику Уоллер трудов Гука: «Характер его был меланхоличным, недоверчивым и ревнивым» . С. И. Вавилов пишет: «Живость ума, связанная с крайней С. И. Вавилов неустойчивостью характера, отсутствием выдержки и настойчивости, болезненным самолюбием, была поистине роковой для Гука. Почти ни одно его изобретение, ни одна идея, ни один опыт не доводились до конца, а бросались на полдороге. Возникали недоразумения, обиды, споры из-за приоритета, заполнявшие жизнь Гука» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Он был чрезвычайно сгорблен, хотя до 16 лет оставался высоким и стройным. Горбиться начал из-за постоянной работы на токарном станке (который сам изобрел). Он всегда был очень бледен и худ – «кожа да кости» . У него были серые глаза навыкате с острым умным взглядом, острый подбородок и высокий лоб, темно-каштановые волосы без парика, длинные и гладкие.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Исаак Ньютон (1642 -1727). Великий английский физик, математик и астроном. Создатель современной физики. Предложил одну из первых теорий света, создал телескоп-рефлектор, исследовал интерференционные явления. Главный труд – «Математические начала натуральной философии изменил физику: на смену рассуждениям о «естественности природы» пришли математические модели и дифференциальные уравнения. Всю жизнь занимался алхимией. Написал книги с попыткой рационалистического толкования текста библии. Был депутатом парламента 2 -х созывов.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Алхимия (1680 г. , из дневника): «… вонь ужасная. Кажется, я близок к цели)» С 1696 года - директор Монетного двора в Лондоне. Провел ряд реформ, которые привели в порядок состояние финансовой системы Англии после революций 17 века. «Большая перечеканка» Считал себя пророком, посланным Богом на землю, чтобы дать истину людям. 24 года (с 1703 г. до самой смерти в 1727 г. ) был Президентом Королевского общества

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Лично участвовал в десятках расследований дел о фальшивомонетчиках. Создал систему поиска фальшивомонетчиков и доказательства их преступлений. Более 100 фальшивомонетчиков были выслежены и осуждены; большинство - высылка в колонии, несколько главарей были казнены

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук И. Ю. Кобзарев: «Все, что делал Ньютон, он делал с исключительной добросовестностью и настойчивостью, и все у него получалось. Когда он шлифовал зеркало телескопа – получалось; когда ему надо было проводить оптические опыты, они были изумительно четкими, программа экспериментов доказательной, вычисления он делал прекрасно. А когда он занялся полемикой с Лейбницем по вопросу о приоритете, то свел, можно сказать, Лейбница в могилу» . И еще. «В обязанности Ньютона как директора Монетного двора входило преследование фальшивомонетчиков, которые его ужасно боялись: за 1697 год по делам, переданным Ньютоном в суд, было казнено 20 человек» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Первые физические работы Ньютона были посвящены оптике. Ньютон открыл явление дисперсии света, наблюдал первую интерференционную картину (кольца Ньютона), сконструировал первый телескоп-рефлектор (1671 г. ), зеркало для которого отполировал сам. В январе 1672 года состоялась демонстрация перед королем, и Ньютон был избран членом Лондонского королевского общества. Выступил перед академиками с докладом по оптике и здесь произошел первый конфликт Ньютона с Гуком. Ньютон дал себе слово не публиковать ничего по оптике (пока жив Гук) и вообще не иметь с ним дело (слово сдержал).

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Потом было еще несколько замечаний Гука и Ньютона в адрес друга (некоторые из них представляли «жалобы» руководству Общества). Гук: «М-р Ньютон повторил мою гипотезу о пульсации волн» , Ньютон: «М-р Гук обязан своими теориями Декарту и другим ученым, а сам он показал свою неспособность приложить к решению задач оптики точные измерения» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Потом было примирение и обмен вежливыми письмами (через руководство Общества). Современники считали примирение соперников искренним. Например, член Общества сэр Дэвид Брюстер писал, что это – прекрасные письма, «наполненные добрым чувством и возвышенными принципами» . Однако в переписке спрятано очень много «желчи» . В ней проявились два бывших деревенских мальчишки (какими они, в сущности, и были всю свою жизнь): они уверяют друга в своем полном уважении, но одновременно пытаются побольнее уколоть друга.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В частности, Гук: «Ньютон только закончил ту картину, которую я начал» (фактически: Ньютон – продолжатель моих работ) В ответе Ньютона имеется знаменитая фраза: «Если я и видел дальше, то лишь потому, что стоял на плечах гигантов» . Большинство исследователей считают эту фразу насмешкой над маленьким, кривым и горбатым Гуком (и очень злую).

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Первая публикация Гука о силе тяготения как о возможной причине эллиптичности орбит планет относится к 1666 г. , а в 1674 г. в работе «Попытка доказать движение Земли наблюдениями» он изложил взгляды, весьма близкие к тем, которые затем были развиты Ньютоном, и дал свою систему мироздания. В 1680 г. Гук пришел к выводу, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В чем же заключались соображения Гука? 1. При распространении света его интенсивность падает обратно пропорционально квадрату расстояния. 2. По-видимому, знал формулу для центростремительного ускорения Гюйгенса. Из нее и закона всемирного тяготения получил 3 -й закон Кеплера. 3. По-видимому, был первым человеком на Земле, написавшим формулу всемирного тяготения. 4. Понимал, что нужно объяснить все 3 закона Кеплера. 1 -й и 2 -й законы не мог получить.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Сформулировал законы, управляющие движением планет: (принцип гравитации) Все небесные тела притягиваются, причем притяжения между двумя телами действует в отношении, обратном квадрату расстояния между ними. (принцип инерции) В отсутствие сил любое тело движется прямолинейно и равномерно; любые другие движения вынуждаются действующими на тело силами. Завершил работу предложением к читателю (имея в виду Ньютона) исследовать вопрос о движении планет, «поскольку у меня самого слишком много других дел, которые мне хотелось бы закончить» . Эти принципы сформулировал также в письме Ньютону и просил того высказаться по поводу его гипотез.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Ньютон: Наука меня больше не интересует – я уже слишком стар (Ньютону уже 37 лет). Тем не менее, Ньютон предлагает Гуку несколько экспериментов, могущих доказать вращение земли. В ответ Гук говорит о том, что тело в гравитационном поле будет двигаться по «эксцентрическому эллиптоиду» (без доказательств) и просит Ньютона высказаться о том, как будет двигаться тело, если бы оно могло двигаться внутри Земли. Ньютон дает неправильное решение (спираль), которое Гук высмеивает на публичном заседании Общества. После этого Ньютон переписку с Гуком оборвал. И больше они другу не писали. . .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В августе 1684 г. астроном Э. Галлей (нетривиальный человек – предсказал возвращение кометы, наблюдал прохождение Венеры по диску Солнца, спускался под воду в водолазном колоколе, отражал абордажную атаку пиратов, усмирял бунт на корабле, лично застрелив зачинщиков) обратился с просьбой к Гуку и Ньютону объяснить эллиптичность орбит планет. Гук сказал, что легко это сделает, но … не сделал. А Ньютон в декабре прислал Галлею рукопись работы с выводом. И Галлей начал склонять Ньютона к публикации. Ньютон долго отказывался, ссылаясь на нежелание участвовать в полемике, которую неизбежно вызовет публикация … На занятость другими делами (алхимия и др. ) …

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Но Галлей уговорил Ньютона. 10 декабря 1684 г. в протоколах Королевского общества появилась историческая запись: «Г-н Галлей… недавно видел в Кембридже м-ра Ньютона, и тот показал ему интересный трактат «De motu» [О движении]. Согласно желанию г-на Галлея, м-р Ньютон обещал послать упомянутый трактат в Общество» . Королевское общество издало трактат Уилоуби об истории рыб, который не раскупался, не было денег. Галлей взял расходы на себя. Получив за это в подарок 50 экземпляров книги по истории рыб. Книга была написана за 18 месяцев, рукопись поступила в общество 28 апреля 1686 г. И. Ю. Кобзарев называет это время «взрывом творческой энергии Ньютона» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук «Математические начала натуральной философии» (математические основы физики) – самая знаменитая книга в истории физики. Первое издание было опубликовано в 1687 г. тиражом около 300 экземпляров. Было раскуплено за 4 года. Шесть экземпляров 2 -го издания есть в нашей стране. Один подарен самим Ньютоном Петру I при личной встрече, остальные высланы в Россию (в том числе и А. Д. Меншикову, первому российскому члену Лондонского королевского общества)

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Цель Ньютона – построение методов исследования движения тел под действием гравитации. Книга построена по типу «Начал» Евклида (определения – аксиомы –теоремы – задачи – результаты-выводы).

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Всего теорем и задач – около 200. Из каждой – по 2 -4 следствия (в одном случае – около 20). Все выводы – геометрические (чертежи, построения и т. д. ) Опирался на геометрические теоремы Аполлония и Архимеда.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Определения: Массы (неудачное), силы инерции (неудачное), абсолютного пространства и времени (очень глубокие), Аксиомы: Три закона Ньютона (про первые два говорит как о галилеевых, третий связывет с Реном, Уоллисом и Гюйгенсом). Затем вводит закон всемирного тяготения (без ссылок), на его основе получает эллипсы для траекторий планет, на основе второго и третьего законов Ньютона доказывает второй закон Кеплера и закон сохранения импульса. Рассматривает притяжение сферой (внутри и снаружи). «Вершина» книги - рассмотрение движения Луны с учетом влияния Солнца. Третья книга - гидродинамика.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Новизна: построение аксиоматической схемы механики. Понимал, что эта схема «пустая» – нужны законы для сил. Прекрасно понимал смысл законов: «Истинное движение порождается и уничтожается силами, которые действуют на само тело, в то время как относительное движение можно порождать и менять, не прилагая к телу сил» Понимал, что законы работают не во всех системах отсчета. понимал векторный характер законов: «при силах совокупных тело описывает диагональ параллелограмма, в то же самое время, как его стороны - при раздельных» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Значение: изменил физику; на смену туманным рассуждениям о «естественности устройства природы» пришли математические модели, дифференциальные уравнения, физическая интерпретация решений. Недостатки: Нет общих методов решения уравнений (Л. Эйлер, 1736 г. «Механика, аналитически изложенная» . Даламбер, Клеро, Лагранж и Лаплас) Неудовлетворенность от дальнодействия (Гюйгенс в письме к Лейбницу назвал закон всемирного тяготения «смешным и нелепым» , поскольку тело «не может действовать там, где его нет» ). Написал «Поучение» ко второму изданию: «Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук, на заседании, на котором рассматривалась книга, обвинил Ньютона в краже своих идей и потребовал сделать ссылки. Ньютон отказался. Гук обратился к Галлею. Галлей провел серию переговоров с «заинтересованными сторонами» - Ньютоном, Гуком, Реном. Ньютон искренне не понимал, чем выделен Гук, и что все остальные вообще сделали по гравитации. Гук считал, что он первый написал закон обратных квадратов, что именно его идеи подтолкнули Ньютона к исследованию гравитации, и он много взял у Гука (в частности, сам закон). Говорил о своих письмах Ньютону, где был сформулирован закон.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Ньютон отказался ссылаться на Гука КАТЕГОРИЧЕСКИ! Но под нажимом Галлея сделал оригинальную ссылку, еще больше принизив роль Гука. Ньютон перечислил несколько человек, занимавшихся законом – Рен, Галлей и Гук (Гук - в конце!). Причем остальные сделали в этом вопросе очень мало, но были друзьями Гука. Гук продолжал бороться, 15 февраля 1689 года он записал в дневнике: «У Галлея встретился с Ньютоном. … Заинтересованность совести не имеет» . Впоследствии Ньютон написал, что вывел закон (сравнивая ускорение Луны и ускорение свободного падения на поверхности Земли) в 1665 году, но не опубликовал (год первой публикации Гука – 1666).

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Кто же прав в этом споре, которому более 300 лет? Если считать, что главное для установления приоритета - формулировка закона, то право на закон всемирного тяготения имеет Гук. Такой и была точка зрения Гука. Если же считать, что формулировка без математического доказательства недостаточна, то прав Ньютон, и такова была его точка зрения.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Ньютон писал Галлею о различии физиков (к которым он причислял Гука) и математиков (которым он считал себя): «Математики, которые все открывают, все устанавливают и все доказывают, должны довольствоваться ролью сухих вычислителей и чернорабочих. Другой же, который ничего не может доказать, а только на все претендует и все хватает на лету, уносит всю славу как своих предшественников, так и своих последователей. . . И вот я должен признать теперь, что я все получил от него и что я сам только подсчитал, доказал и выполнил всю работу вьючного животного по изобретениям этого великого человека» . В другом месте: «Гук имеет лишь отдаленное представление о всемирном тяготении, основанное лишь на догадке. Одно дело изобретать гипотезы, другое – доказывать их. . . »

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Академик С. И. Вавилов писал: «Ньютон был, очевидно, неправ: скромные желания Гука имели полное основание. Написать “Начала натуральной философии” в ХVII веке никто, кроме Ньютона, не мог, но … план “Начал” был впервые набросан Гуком» . «Если связать в одно все предположения и мысли Гука о движении планет и тяготении, высказанные им в течение почти 20 лет, то мы встретим почти все главные выводы “Начал” Ньютона, только высказанные в неуверенной и малодоказательной форме. Не решая задачи, Гук нашел ее ответ. Вместе с тем перед нами вовсе не случайно брошенная мысль, но несомненно плод долголетней работы. У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы природы. . . Гук не мог идти прямой, безукоризненной дорогой “Математических начал” Ньютона, но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь уж не найти, он пришел туда же» .

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В 1703 году Гук умер, так и не примирившись с Ньютоном. Умер усталым, неудовлетворенным, обиженным. Но с надеждой, что время все расставит по своим местам. Не расставило… И мы знаем Гука только как автора закона упругости. Лаборатория Гука прекратила существование. Могила Гука затерялась. Все портреты Гука пропали, и сейчас есть только портреты, написанные со слов видевших Гука людей.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук А Ньютон? Был возведен в дворянское достоинство и обзавелся гербом и сомнительной родословной. Пережил Гука на 24 года и умер в 1727 году «национальным достоянием» Англии, где сложился культ личности Ньютона, заставлявший авторов воспоминаний наделять его всеми мыслимыми и немыслимыми достоинствами. Множество раз позировал самым известным художникам (из физиков, живших в «дофотографическую эру» , Ньютон – самый «рисуемый» ).

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Титульные листы книг Ньютона по арифметике, оптике и историко-религиозного произведения «Хронология древних царств» Портреты Ньютона (сохранилось 17)

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Надпись на могиле: 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. Ньютон о себе: Ньютон о себе 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.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Надпись на доме, где родился Ньютон Александр Поуп Nature and Nature's laws lay hid in night: God said, «Let Newton be!» and all was light. Перевод Маршака Был этот мир извечной тьмой окутан «Да будет свет!» — И вот явился Ньютон.

Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Ну а что же закон Всемирного тяготения? После Ньютона в нем осталась одна неизвестная – гравитационная постоянная. Ее измерил Генри Кавендиш в 1797 г. Установка Кавендиша состояла из крутильных весов с двумя парами свинцовых шаров диаметрами около 50 и 10 см. Используя это оборудование, Кавендиш установил, что G = 6, 754× 10− 11 м²/кг² , что хорошо совпадает с современным значением 6, 67428× 10− 11 м²/кг².

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ