superbotanik.net

Реферат: Исаак Ньютон

superbotanik.net

Реферат - Ньютон - Физика

Реферат

По дисциплине: «Концепция современного естествознания»

Тема: « Ньютон»

Введение

Едва начав размышлять над окружающим миром, человек осознал, что этот мир изменчив. Он преисполнен активности – движется Солнце, дует ветер, парят птицы, струятся водные потоки. Еще в древности человек заметил, что происходит смена времен года, стареют люди, изнашиваются орудия труда. Но какая причина вызывает все эти изменения и движение? Одни объекты, такие, как живые существа, содержат источник движения внутри себя, другим, подобным камням, стрелам, топорам, чтобы прийти в движение, требуется внешнее воздействие. Сначала между движением тела в пространстве и изменениями более общего характера не проводилось четкого различия. Точные понятия скорости и ускорения еще не были сформулированы. Наши далекие предки, безусловно, размышляли о силах, сотворивших мир и вызывающих его изменение, но в их представления это были силы магического свойства, не отделимые от веры в богов и злых духов, правящих миром.

Древнегреческие философы предприняли более систематическое изучение процессов изменения и движения, но так и не смогли до конца разобраться в причинах, порождающих то и другое. Аристотель считал, что ключом к пониманию движения служит понятие сопротивления. Он заметил, что в разреженной среде, например в воздухе, тело движется свободнее и, следовательно, быстрее, чем в плотной среде, скажем в воде; в обоих случаях для преодоления сопротивления среды необходима движущая сила. Аристотель отверг идею атомистов о частицах, свободно движущихся в пустоте, ибо пустота, лишенная субстанции, не могла бы оказывать сопротивление движению. Поэтому частицы в пустоте должны были бы двигаться с бесконечной скоростью, что абсурдно.

Современное (техническое) представление о силе полностью сложилось лишь в XVII в. вслед за признанием законов движения Ньютона. Великим достижением Ньютона стало осознание того, что движение как таковое отнюдь не требует приложения силы. Материальное тело будет двигаться с постоянной скоростью в заданном направлении, без какого бы то ни было внешнего воздействия. Только отклонение от равномерного прямолинейного движения требует объяснения, т.е. наличия силы. Ньютон установил, что сила вызывает ускорение, и вывел точную математическую формулу, связывающую эти величины.

Великих писателей композиторов художников называют классиками. Слово «классик» означает: лучший совершенный образцовый общепризнанный. Есть целая наука, которую называют классической за ее совершенство – это классическая механика Ньютона.

Механика – это наука о движении тел. Барабанят по крыше дома капли дождя, устремляются в атаку хоккеисты. Летят в небе самолеты. Планеты движутся вокруг Солнца. Все это примеры движений. И хотя эти и другие движения не похожи друг на друга, все они подчиняются единым законам механики, которые открыл великий английский ученый Исаак Ньютон.

Механика Ньютона быстро получила признание, поскольку успешно описывала связь сил и движения, и в наши дни на ней основываются все технические расчеты. Однако механика Ньютона ничего не говорит о происхождении сил, вызывающих ускорение тел. На первый взгляд кажется, что эти силы многочисленны и разнообразны: напор ветра или набегающего потока воды на препятствие, гидростатическое давление воздуха или воды, непрерывное давление расширяющегося металла, мощный выброо взрывающихся химических веществ, тянущее усилие растянутого резинового жгута, мускульная сила человека, вес тяжелых объектов и т.д. Одни силы действуют непосредственно при контакте с телом (усилие, передаваемое телу натянутой веревкой), другие, например, гравитация, действуют на расстоянии, через пустое пространство.

Исаак Ньютон. (1642–1727)

Английский физик и математик, один из величайших ученых за всю историю науки. 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. Ньютонова физика описывает модель Вселенной, в которой кажется, что все предопределено известными физическими законами. Однако в 20 веке Альберт Энштейн показал, что законы Ньютона не применимы при скоростях, близких к скорости света. Тем не менее, законы Ньютона все еще применяются для многих целей.

Исаак Ньютон Родился в Вулсторпе. С 12 лет учился в Грантеме. Мальчиком он любил мастерить механические игрушки, модели водяных мельниц, воздушные змеи. Позднее он был отличным шлифовальщиком зеркал, призм и линз и превосходил в этом искусстве лучших мастеров Англии.

С 1661 по 1665 год учился в Кембриджском университете. Научные интересы Ньютона сформировались еще в 1661–1669 годах Наиболее плодотворный период в его научной работе – с 1666 по 1667 г. – сам ученый назвал «дивным годом», когда были заложены основы его будущих открытий в математике, оптике, динамике и астрономии. Вкладом в математику стала теория дифференциального и интегрального исчислений (1671 г.). Немецкий философ Готфрид Лейбниц самостоятельно разработал ту же теорию, и по поводу первенства на это открытие велся ожесточенный спор. В 1666 г. Ньютон начал опыты по исследованию природы света, в результате который обнаружил, что видимый белый свет состоит из сочетаний лучей разного цвета. В 1668 году Ньютон получил степень магистра, а в следующем году его учитель И. Барроу уступил ему свою кафедру в Кембриджском университете. На этой кафедре Ньютон работал до 1701 года. Годы работы в университете были для Ньютона самыми плодотворными. Именно в это время он написал свои важнейшие труды. Наибольшую известность принесли Ньютону идеи, изложенные в его главном труде «Математические начала натуральной философии», опубликованном в 1686–1687 гг. В нем дается математическое описание законов механики и гравитации и их применение для объяснения движения планет и Луны. С 1669 по 1701 год работал в этом университете. Интересы Ньютона не ограничивались научными изысканиями. 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. Значительная часть этих работ погибла во время пожара. Избранный членом, а затем президентом лондонского Королевского общества, он в значительной степени способствовал повышению его авторитета. Кроме всего прочего, Ньютон проявлял интерес к алхимии, астрологии и теологии и даже пытался установить библейскую хронологию.

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.

Искусство шлифовки зеркал особенно пригодилось Ньютону во время изготовления зеркального телескопа для наблюдения звездного неба. Каждая его деталь требовала большого труда и терпения, но зато телескоп получился замечательным. Он стал гордостью всей Англии.

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 на столько новым и неожиданным, что даже крупнейшие ученые того времени не сразу его поняли и в течение многих лет вели ожесточенные споры с Ньютоном.

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. 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. Похоронен Ньютон в английском национальном пантеоне – Вестминстерском аббатстве.

Исаак Ньютон и гравитация

Сэр Исаак Ньютон был гениальным ученым, сумевшим объяснить движение тел в космическом пространстве с помощью закона всемирного тяготения. Существует популярный рассказ о том, что мысль об этом внезапно осенила Ньютона, когда он сидел под яблоней и вдруг увидел, как под действием силы тяжести яблоко упало на землю. На самом же деле он пришел к своей теории в результате серьезнейших исследований в течение многих лет. Он изучал движущиеся объекты, пытаясь объяснить их поведение.

Ньютон понимал, что некая сила постоянно притягивает планеты, не давая им устремиться в космос. Это привело его к разработке закона всемирного тяготения. Закон этот гласит, что все материальные объекты притягиваются друг к другу. Чем больше масса объектов, тем сильнее притяжение между ними, но по мере удаления объектов друг от друга сила притяжения уменьшается.

Ньютон начал работать над теорией всемирного тяготения (гравитации), когда он осознал, что сила, под действием которой яблоко падает на землю, та же самая, что удерживает луну на орбите вокруг Земли. Три сотни лет назад эта мысль казалась безумной. Большинство образованных людей полагало, что физические законы, действующие на земле, не могут быть применимы к небесным объектам. Ньютонова теория гравитации была первым научным законом, который можно было использовать для объяснения явлений, наблюдаемых как на земле, так и на небе. Этот закон верен в отношении всего, что имеет массу: яблок, людей, лун и планет.

В течение 20 лет Ньютон пытался вычислить орбиту Луны. Его теория сделала это с легкостью. До этого казалось, что описание движения Луны невероятно сложно, однако Ньютон доказал, что может предугадать ее местоположение с поразительной точностью.

Гравитация и орбиты

Теория Ньютона объяснила математически, почему планеты и луны движется по эллиптическим орбитам. Друг Ньютона, Эдмунд Галлей (1656–1742), воспользовался этой теорией, чтобы предсказать возвращение кометы, которая теперь называется кометой Галлея.

Закон всемирного тяготения позволяет так же измерять массы планет и их лун, исходя из знания их орбит. Он применим и к двойным звездам, движущимся по орбитам относительно друг друга, и к отдаленным галактикам, которые медленно перемещаются внутри огромного галактического скопления. Именно силы тяготения удерживают звезды Млечного Пути в составе одной большой галактики.

Ньютоновская теория гравитации, остававшаяся незыблемой на протяжении более 200 лет, была повержена новой физикой, возникшей в первые десятилетия XX в. Долгое время не удавалось объяснить расхождение между предсказаниями теории Ньютона и результатами наблюдений орбиты планеты Меркурий, которая имеет не вполне эллиптическую форму. Небольшое вращение – прецессия – орбиты обусловлено гравитационным возмущением, вызванным воздействием других планет, но и после учета этих возмущений сохранялось небольшое расхождение – всего 43 угловые секунды в столетие, – которое не могла объяснить теория Ньютона.

Более серьезные затруднения возникли, когда теория Ньютона столкнулась с теорией относительности. Согласно Ньютону, гравитационное взаимодействие между двумя телами передается через пространство мгновенно, так что, если бы Солнце вдруг исчезло, траектория Земли тотчас же перестала бы искривляться, хотя мы продолжали бы видеть Солнце еще в течение 8 мин после его исчезновения – за это время солнечный свет достигает Земли. Согласно теории относительности Эйнштейна невозможно распространение физического сигнала со скоростью выше скорости света, и таким образом она вступает в противоречие с теорией гравитации Ньютона.

Пытаясь расширять свою теорию так, чтобы включить в нее гравитацию, Эйнштейн создал (1915) общую теорию относительности, которая не только вытеснила закон всемирного тяготения Ньютона, но и в корне изменила сами «идейные» основы нашего понимания гравитации. В теории Эйнштейна гравитация – это не сила, а проявление искривления пространства-времени. Тела вынуждены следовать по искривленным траекториям вовсе не потому, что на них действует гравитация, – просто они движутся кратчайшим, самым «быстрым», путем в искривленном пространстве-времени. По Эйнштейну гравитация обусловлена просто геометрией. Теория Ньютона вполне применима во всех практических приложениях, в частности в авиации и космонавтике, она вполне адекватно описывает и большинство астрономических систем. Однако она непригодна в тех случаях, когда гравитационные поля достигают большой силы, как вблизи коллапсирующих объектов типа нейтронных звезд или черных дыр. Влияние искривления пространства-времени можно обнаружить даже в умеренных гравитационных полях. Например, прецессия орбиты Меркурия обусловлена искривлением пространства, вызванного гравитационным воздействием Солнца. Кроме того, как упоминалось в гл. 2, очень чувствительные часы могут обнаружить замедление времени на поверхности Земли.

Ньютон и Галлей

Исаак Ньютон доказал математически, что все кометы движутся по орбитам вокруг Солнца и управляются силой солнечного тяготения. Кроме того, он показал, что орбиты комет всегда сильно вытянуты. В нашем небе они видны только тогда, когда, пройдя через Солнечную систему, оказываются вблизи Солнца.

Эдмунд Галлей был другом Ньютона. Используя методы Ньютона, Галлей провел вычисления, позволявшие определить орбиты комет. При этом он обнаружил, что комета, которую он наблюдал в 1682 г., имела ту же самую орбиту, что и комета которую видели в 1607 г. В захватывающем научно-детективном исследовании он пошел по следу еще дальше назад, до 1531 г.: оказалось, что комета того года находилась на той же самой орбите! Стало совершенно ясно, что это были три появления одного и того же небесного тела, эта комета возвращается каждые 76 лет, и Галлей предсказал, что она вновь появится в 1758 г., – но, к сожалению, не дожил до этого срока.

Законы движения Ньютона

Три основных закона, описывающих отношения между силами и движением. Они гласят: 1. каждое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока на него не действуют внешняя сила, такая, как трение или тяготение. 2. Ускорение, возникшее при действии силы на тело, прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально массе тела. 3. Каждому действию оказывается равное и противоположное по направлению противодействие; например, ядро вынуждает откатываться пушку с такой же силой, с какой пушка выбрасывает ядро. Вся классическая МЕХАНИКА основана на этих законах.

Теория дифференциального и интегрального исчислений

В 17 веке перед естествознанием возникла проблема: найти законы движения и установить законы механики. Для этого аппарат математики постоянных величин был недостаточным. Заслуга Ньютона заключается в том, что одновременно с Г. Лейбницем, но независимо от него, он создал дифференциальное и интегральное исчисления, которые стали могучим средством решения новых задач. Концепции Ньютона и Г. Лейбница были разными. Лейбниц, развивая чистый анализ, исходил из абстрактной концепции, которая стала исходной для развития чистого анализа; Ньютон же рассматривал математику, или, как тогда говорили, геометрию, только как способ для физических исследований. Эта связь математических и физических исследований ярко проявилась в методе флюксий Ньютона.

Уже в 1665–1666 годах он для нужд механики выработал основные идеи этого метода, исходя преимущественно из работ Б. Кавальери, Ж. Роберваля, П. Ферма, Д. Валлиса и своего учителя И. Барроу. На это время приходится и его открытие взаимно обратного характера операций дифференцирования и интегрирования, а также фундаментальные открытия в области бесконечных рядов, в частности индуктивное обобщение так называемой теоремы о биноме Ньютона на случай любого действительного показателя. Уже в первой работе по анализу («Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов»), написанной в 1669 году, а опубликованной только в 1711 году, ученый дал метод вычислений и изучения функций – приближений бесконечными рядами, который имел впоследствии огромное значение для всего анализа.

В 1670–1671 годах Ньютон изложил свое дифференциальное и интегральное исчисление в сочинении «Метод флюксий» (опубликовано в 1736 году). В нем четко сформулированы в механических и математических выражениях обе взаимно обратные задачи анализа и применен метод флюксий к большому количеству геометрических задач (задач на касательные, кривизну, экстремумы, квадратуры, спрямления и т.д.), а также представлен в элементарных функциях ряд интегралов от функций, которые содержат квадратный корень из квадратного трехчлена. Большое внимание уделено интегрированию обыкновенных дифференциальных уравнений, решены некоторые задачи вариационного исчисления. Г.В. Лейбниц на 28 лет раньше Ньютона опубликовал свое открытие анализа бесконечно малых, но Ньютон на 10 лет раньше его установил для себя наличие двух больших взаимно связных исчислений, полностью понял их очень важное значение для изучения природы и использовал в своих научных достижениях. Работа Ньютона «Математические начала натуральной философии», создававшаяся на протяжении 20 лет и вышедшая через три года после публикации Г. Лейбница, насквозь проникнута духом новых исчислений; она показывает все могущество этих исчислений в изучении природы и умение Ньютоном их применять. Вклад Ньютона в математику не исчерпывается созданием дифференциального и интегрального исчисления. В алгебре ему принадлежит метод численного решения алгебраических уравнений (метод Ньютона), важные теоремы о симметричных функциях корней алгебраических уравнений, об отделении корней, о приводимости уравнений и т.д. Алгебра у Ньютона имеет геометрическую форму. Его определение числа не как совокупности единиц, а как отношения длины любого отрезка к отрезку, принятому за единицу, сыграло важную роль в развитии учения о числе.

Опыты с призмой

Еще в 60-е гг. XVII в. Ньютон заинтересовался оптикой и сделал открытие, которое, как казалось сначала, говорило в пользу корпускулярной теории света. Этим открытием было явление дисперсии света и простых цветов.

Разложение белого света призмой в спектр было известно очень давно. Однако разобраться в этом явлении до Ньютона никто не смог. Ученых, занимающихся оптикой, интересовал вопрос о природе цвета. Наиболее распространенным было мнение о том, что белый свет является простым. Цветные же лучи получаются в результате тех или иных его изменений. Существовали различные теории по этому вопросу.

Изучая явление разложения белого света в спектр, Ньютон пришел к заключению, что белый свет является сложным светом. Он представляет собой сумму простых цветных лучей.

Ньютон работал с простой установкой. В ставне окна затемненной комнаты было проделано маленькое отверстие. Через это отверстие проходил узкий пучок солнечного света. На пути светового луча ставилась призма, а за призмой экран. На экране Ньютон наблюдал спектр, т.е. удлиненное изображение круглого отверстия, как бы составленного из многих цветных кружков. При этом наибольшее отклонение имели фиолетовые лучи – один конец спектра – и наименьшее отклонение – красные – другой конец спектра.

Но этот опыт еще не являлся убедительным доказательством сложности белого света и существования простых лучей. Он был хорошо известен, и из него можно было сделать заключение, что, проходя призму, белый свет не разлагается на простые лучи, а изменяется, как многие думали до Ньютона.

Для того чтобы подтвердить вывод о том, что белый свет состоит из простых цветных лучей и разлагается на них при прохождении через призму, Ньютон проводил другой опыт. В экране, на котором наблюдался спектр, делалось также малое отверстие. Через отверстие пропускали уже не белый свет, а свет, имеющий определенную окраску, говоря современным языком, монохроматический пучок света. На пути этого пучка Ньютон ставил новую призму, а за ней новый экран. Что будет наблюдаться на этом экране? Разложит он одноцветный пучок света в новый спектр или нет? Опыт показал, что этот пучок света отклоняется призмой как одно целое, под определенным углом. При этом свет не изменяет своей окраски. Поворачивая первую призму, Ньютон пропускал через отверстие экрана цветные лучи различных участков спектра. Во всех случаях они не разлагались второй призмой, а лишь отклонялись на определенный угол, разный для лучей различного цвета.

После этого Ньютон пришел к заключению, что белый свет разлагается на цветные лучи, которые являются простыми и призмой не разлагаются. Для каждого цвета показатель преломления имеет свое, определенное значение. Цветность этих лучей и их преломляемость не может измениться «ни преломлением, ни отражением от естественных тел, или какой-либо иной причиной», – писал Ньютон. Это открытие произвело большое впечатление. В 18 в. французский поэт Дювард писал: «Но что это? Тонкая сущность этих лучей не может изменяться по своей природе! Никакое искусство не в состоянии его разрушить, и красный или синий луч имеет свою окраску, побеждая все усилия» .

Основы спектрального анализа могут быть охарактеризованы так:

«Свет какого-нибудь источника может быть источника может быть разложен на ряд элементов, которые в отдельности создают впечатление цветов. Эти элементы нельзя разграничить резко, они постепенно переходят друг в друга. Простейшим способом свет можно разложить при помощи стеклянной призмы. Именно этим методом Ньютон произвел ряд опытов, которые привели его к основанию физической оптики и позволили сделать один из крупнейших вкладов в науку. Пучок солнечного света входит в темную комнату сквозь отверстие в ставне и падает на стеклянную призму. Выходящий из призмы свет образует окрашенную полосу, называемую спектром. Красный конец спектра образован лучами, наименее отклоняемыми при прохождении сквозь призму, фиолетовый – наиболее отклоняемыми. Остальные цвета располагаются между указанными пределами без каких-либо резких границ раздела…»

Эти исследования привели ученого к изобретению первого зеркального телескопа (1688). Ньютон исследовал также интерференцию света. Несмотря на то, что его опыты подтверждали волновую теории света, он решительно выступал против нее и отстаивал гипотезу, согласно которой источник выбрасывает малейшие материальные частицы – корпускулы. Эту теорию некоторое время полностью отрицали, но теперь она снова возрождается в измененной форме.

Еще более убеждает нас в силе науки то, как был взвешен… земной шар. Казалось бы, это исключено. Однако ученые нашли такую возможность. Был использован закон всемирного тяготения, открытый Исааком Ньютоном.

Вспомним еще раз: чем больше масса тела, тем с большей силой оно притягивает к себе другие тела. Кавендиш определил, с какой силой массивный свинцовый шар притягивал к себе маленькие шары, а затем сравнил эту силу с другой силой – притяжением маленьких шаров Землей, то есть их весом. Во сколько раз эта, вторая сила больше первой, во столько же раз масса Земли больше массы большого свинцового шара. Так была и взвешена Земля! Масса ее оказалась равной примерно 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн. Зная вес и объем Земли, ученые легко вычислили ее среднюю плотность: она равняется 5,5 г/см3, другими словами, вещество, из которого состоит земной шар, в 5,5 раза тяжелее воды.

Заключение

В истории физики не было события более выдающегося, чем создание механики Ньютона. Почти 250 лет в физике, астрономы и инженеры всего мира опирались в своей работе на законы Ньютона, и лишь в начале 20 века другой величайший физик-Альберт Энштейн открыл новые законы движения. Но теория Энштейна не противоречит механике Ньютона, а только дополняет и уточняет ее.

В практике, начинается от изготовления детских игрушек и до конструирования гигантских космических кораблей, механика Ньютона всегда будет сохранять свое значение.

Достижения Ньютона в механике были подготовлены работами Г. Галилея, Х. Гюйгенса и других ученых. В упомянутой выше работе «Математические начала натуральной философии» он свел все известные до него и все найденные им самим сведения о движении и силе в одну дедуктивную систему. Установив несколько основных законов механики (закон инерции, закон независимого действия сил, закон о равенстве действия и противодействия), Ньютон вывел из них все другие теоремы механики. Ньютон открыл закон всемирного тяготения, указал на ту общую силу, которая является первопричиной таких разнообразных явлений, как падение тел, вращение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, движение комет, приливы и отливы и т.д. Конечно, и в области небесной механики у Ньютона были предшественники (Борели, Р. Гук и другие), но ему удалось найти самую совершенную формулировку закона всемирного тяготения. Он обосновал справедливость этого закона всеми известными в то время астрономическими фактами и вычислил на основе его траектории тел, которые двигаются в разных условиях в поле тяготения.

Кроме того, Ньютон исследовал движение тел в среде, оказывающей сопротивление. Ему принадлежат фундаментальные открытия в оптике, в частности он выяснил причину рассеивания 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.

«Математические начала натуральной философии» (1687) Ньютона содержат развитую теорию конических сечений, необходимую для исследования движения планет и комет. Ньютон сформулировал основные законы механики и предложил теорию всемирного тяготения, которая определяет как падение яблока с дерева, так и движение планет вокруг светил. Ньютон стал главным героем наступившей в 17 веке эпохи Просвещения.

«Темнотой был мир окутан – Бог сказал: Да будет Ньютон!» – писал английский поэт Александр Поуп.

В «Перечислении кривых третьего порядка» (1704) Ньютон дал классификацию этих кривых, обобщил понятия диаметра и центра, указал способы построения кривых второго и третьего порядков по разным условиям. Эта работа сыграла важную роль в развитии аналитической и частично проективной геометрии.

Литература

1. А.М. Цирульников. «Цивилизация» М. 2000 г. Изд-во «Педагогика-пресс»

2. Бородин А.И, Бугай А.С, «Биографический словарь деятелей в области математики», М: Феникс, 1990 г.

3. Богомолов А.Н., «Математики, механики», Киев, «Наукова думка», 1983 г.

4. Дубровский. Е.В. Мир вокруг нас. М. 1976 С. 77

5. Иллюстрированный энциклопедический словарь. М. 1997 г. Ридерз Дайджест

6. Люди, события, даты. Всемирная история. Иллюстрированная энциклопедия для всей семьи». Франция 2001 г. Ридерз Дайджест. С. 445–446

7. Мысль. Разум. Интеллект. М., 2001, Ридерз Дайджест С. 95

8. Коротцев А. Астрономия. Популярная энциклопедия. СПб., 2003 Азбука-классика

9. Что такое? Кто такой? Академия педагогических наук СССР. М. 1976. Педагогика С. 244–245.

10. У. Брэгг. Мир света. Мир звука. М., 1967. С. 74–75

www.sch57.msk.ru:8101/collect/smnewton.htm

www-history.mcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Newton.html

www.ronl.ru

Реферат - Исаак Ньютон - Биографии

(1642-1727)

Многиесчитают Ньютона величайшим ученым в истории человечества. Действительно, онвнес науку столько нового, сколько внесли Евклид и Архимед, вместе взятые. ИлиГильберт и Архимед " тоже вместе взятые. Но Ньютон придумал все это один" и в считанные годы! Впрочем, сам Ньютон не считал себя одиночкой внауке. Вот его слова: «Если я видел дальше, чем другие, то потому, чтостоял на плечах гигантов». Но, конечно, не только поэтому! Ньютон сам былгигантом; его фигура заметно возвышается над плечами Декарта, Кеплера иГалилея. Ведь Ньютон изобрел первую систему аксиом математической физики: эторавносильно достижениям Евклида в геометрии. Он создал также математический анализгладких функций: это сравнимо с изобретением планиметрии или алгебры. Для такихуспехов мало быть гением; надо еще вовремя родиться. Ньютон родился подРождество 1642 года " в самом начале Английской революции. Как только оназакончилась, 18летний Исаак поступил в Тринити колледж знаменитогоКембриджского университета. Здесь он узнал, что в математике и физике тожепроисходит революция. Ньютон включился в нее " и вскоре стал главою партиипобедителей.

Научнуюреволюцию начал Декарт. Он показал, как задать любую точку на плоскости или впространстве набором чисел. После этого любое движение физического тела можноописать набором числовых функций. Оставалось придумать исчисление этих функций" наподобие арифметики чисел или того исчисления плоских фигур, котороеразвил Пифагор. Декарт научился свободно работать с многочленами от одной илидвух переменных; в итоге ему покорились все плоские кривые, заданныемногочленами. Но многие важные кривые (например, синусоиду или экспоненту)нельзя задать с помощью многочленов. Как их исчислять" Ньютон первыйпонял, как это можно сделать. Любую функцию с гладким графиком нужнопредставить в виде степенного ряда " то есть, бесконечно длинногомногочлена с числовыми коэффициентами! Например, синус и логарифм разлагаютсятак:

sin(x) = x " x/6 + x/120 " log(1+x) = x " x/2 + x/3"…

Спомощью степенных рядов нетрудно вычислить производную или интеграл от любойфункции. (Ньютон называл эти операции нахождением флюксии по флюенте, илиобратно). Владея этими двумя действиями в мире функций, можно решить любоедифференциальное уравнение " а значит, понять любой процесс в физическоммире. Каждый шаг Ньютона на этом пути порождал новую теорему или обнаруживалновый закон природы, сразу попадающий в учебники. Например, операциидифференцирования и интегрирования функций оказались взаимно обратными. Сейчасэтот факт называют теоремой Ньютона Лейбница( немецкий ученый открыл еенезависимо от англичанина), и постоянно используют при составлении таблицинтегралов. Без этой теоремы жизнь студентов первокурсников была бы намноготяжелее! Другой пример: законы Кеплера, описывающие движение планет вокругСолнца. Ньютон попытался вывести из них свойства сил, которые связывают планетыс Солнцем. Так получился закон всемирного тяготения: сила притяжения междутелами прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадратурасстояния между телами. Одновременно получился третий закон Ньютона (равенстводействующей и противодействующей сил), а также правило векторного сложения сил,действующих на одно тело. Второй закон Ньютона (прямая пропорция междуускорением тела и силой, действующей на него) был найден Ньютоном в ходе опытовс телами, скользящими по наклонной плоскости. Только первый закон Ньютона(принцип инерции) не был его изобретением: этот факт открыл еще Галилей, апрежде его угадали средневековые богословы (например, Жан Буридан из Сорбонны).

Интересно,что открытие всех этих законов заняло у Ньютона всего полтора года. В 1665 годуон уехал из Кембриджа в деревню, спасаясь от эпидемии чумы. Осенью 1667 годаИсаак Ньютон вернулся в Тринити колледж с готовой математической теориейдвижения любых тел во Вселенной. Через два года учитель Ньютона " ИсаакБарроу " уступил своему питомцу кафедру математики, а сам занялсябогословием. Так 27летний профессор стал «королем математиков ифизиков». Королевская должность оказалась тяжкой и хлопотной. Не так ужтрудно сделать открытие, если ты гений. Куда труднее убедить окружающих в своейправоте " особенно если ты не силен в ораторском искусстве (так было сНьютоном), и если в ученом мире действует закон: «Ничего на словах».«Nullis in verba» " таков был девиз английского КоролевскогоОбщества, первой академии наук в Европе. К счастью, руки Ньютона работали не хуже,чем его голова. Для проверки своих теорий астрономическими наблюдениями онизобрел первый зеркальный телескоп и сам построил его. Чтобы проверитьпредсказание о сплюснутости земного шара у полюсов и его расширении возлеэкватора, понадобилось сравнить ход маятниковых часов в Европе и в ЮжнойАмерике. Это сделали французские астрономы " а часы с маятником изобрелХристиан Гюйгенс, президент Парижской академии наук, глубоко чтимый Ньютоном.Превращение фонтана открытий в строгую и всеобъемлющую книгу заняло у Ньютона20 лет. Только в 1687 году вышел из печати его главный труд:«Математические принципы философии природы». Это был первый учебникновой физики. Многие читатели жаловались, что книга написана тяжело: Ньютонубрал те «лесенки», по которым он сам поднялся к своим открытиям.Другие утверждали, что многие теоремы Ньютона был открыты раньше другимиучеными. Сам Ньютон не умел спорить и ненавидел это занятие (а также всех, ктопытался втянуть его в ученый спор). Он и смолоду не был общителен " апосле 40 лет стал настоящим отшельником. Только постоянные размышления о наукев любой обстановке (вплоть до заседаний парламента) позволяли Ньютону сохранитьвкус к жизни.

Итак,создана новая математика (исчисление флюксий и флюент) и новая физика(исчисление сил и движений), Что делать дальше" Ньютон решил разобраться всвойствах света " самой неуловимой вещи в природе. В 1704 году вышла изпечати «Оптика» Ньютона; но полного решения главной проблемы в ней небыло. Из чего состоит свет: из волн (как считал Гюйгенс), или из частиц (как думалДемокрит)" Ньютону была ближе вторая точка зрения. Но доказать ее опытамиили расчетами он не мог, и был от этого в тихом бешенстве. Неужели надвигаетсястарость" Никто не мог подсказать Ньютону, что споры о природе светапродлятся еще 200 лет, и только новая революция в математике позволитобъединить свойства волны и частицы в одном объекте.

Последние40 лет своей долгой жизни Ньютон провел, размышляя о тех явлениях, которые неудается объяснить с помощью тяготения. Почему электрические заряды бывают двухсортов" Почему одинаковые заряды отталкиваются друг от друга" Связаноли взаимодействие зарядов со взаимодействием магнитов или с притяжениеммасс" Какая сущность передает все эти силы от тела к телу черезпустоту" Может ли свет быть такой сущностью" Ни одну из этих догадокНьютон не сумел облечь в строгую математическую форму. А высказывать гипотезы,не подкрепленные математикой, он считал ниже своего достоинства. Лишь услышав окакой-либо новой математической задаче, непосильной его современникам, Ньютонбрался за нее " и обычно решал за несколько дней или часов. Порою из такойработы вырастала новая наука. Так, задача о брахистохроне (кривойнаибыстрейшего спуска) породила вариационное исчисление. Классификация кривыхтретьего порядка положила начало алгебраической геометрии. Нелюдимый характерНьютона всю жизнь мешал ему сотрудничать с другими учеными. Так, Ньютон непридал должного значения закону сохранения импульса, который открыл его старшийколлега и почитатель " Джон Валлис. Лейбница Ньютон считал слабымматематиком и нечестным человеком: поэтому он не обратил внимания на угаданныйЛейбницем закон сохранения механической энергии. А ведь это были новые аксиомыфизики " дополнительные к тем закономерностям движений, которые выявилНьютон! Только в конце 18 века Лагранж и другие математики осознали рользаконов сохранения в физической науке; еще веком позже эти законы были связаныс математической теорией групп.

Кажется,лишь однажды резкий нрав Ньютона пошел на пользу ученому сообществу Англии. В1687 году самовластный король Яков 2 попытался ущемить привилегии Кембриджскогоуниверситета. Группа профессоров во главе с Ньютоном воспротивилась этому.Вскоре король лишился престола, а Ньютон был избран членом английскогопарламента. Там он просидел пять лет, не произнеся ни одной речи: политическиеспоры казались ему чепухой, по сравнению с научной работой. Однако позднееНьютон принял от умного и тактичного короля Вильяма 3 пост директора Монетногодвора " и (к удивлению многих) проявил себя в этой роли инициативным иудачливым администратором, грозой фальшивомонетчиков. Одновременно Ньютон сталпрезидентом Королевского Общества. Но этот высший пост в английской науке онсогласился занять только после смерти своего научного недруга и критика "Роберта Гука, замечательного экспериментатора. Увы: на всякого мудреца довольнои простоты! К счастью, смерть престарелого Ньютона заставила англичан забыть оскверном характере их прославленного соотечественника. Ньютон был похоронен вВестминстерском аббатстве с почти королевским почестями. Надпись на его могилегласит: «Порадуйтесь, что на Земле жило такое украшение родачеловеческого!» Пожалуй, это главная часть правды об Исааке Ньютоне.

Список литературы

Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sch57.msk.ru/

www.ronl.ru

Реферат: Реферат: Ньютон

Реферат

По дисциплине: «Концепция современного естествознания»

Тема: «Ньютон»

Введение

Исаак Ньютон. (1642–1727)

Исаак Ньютон и гравитация

Гравитация и орбиты

Ньютон и Галлей

Законы движения Ньютона

Теория дифференциального и интегрального исчислений

Опыты с призмой

Основы спектрального анализа могут быть охарактеризованы так:

«Темнотой был мир окутан – Бог сказал: Да будет Ньютон!» – писал английский поэт Александр Поуп.

Литература

1. А.М. Цирульников. «Цивилизация» М. 2000 г. Изд-во «Педагогика-пресс»

2. Бородин А.И, Бугай А.С, «Биографический словарь деятелей в области математики», М: Феникс, 1990 г.

3. Богомолов А.Н., «Математики, механики», Киев, «Наукова думка», 1983 г.

4. Дубровский. Е.В. Мир вокруг нас. М. 1976 С. 77

5. Иллюстрированный энциклопедический словарь. М. 1997 г. Ридерз Дайджест

7. Мысль. Разум. Интеллект. М., 2001, Ридерз Дайджест С. 95

8. Коротцев А. Астрономия. Популярная энциклопедия. СПб., 2003 Азбука-классика

9. Что такое? Кто такой? Академия педагогических наук СССР. М. 1976. Педагогика С. 244–245.

10. У. Брэгг. Мир света. Мир звука. М., 1967. С. 74–75

http://www.sch57.msk.ru:8101/collect/smnewton.htm

http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Newton.html

www.neuch.ru

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Реферат: Исаак Ньютон:. Реферат ньютон

Реферат - Научные открытия Исаака Ньютона

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

Ньютон прожил 85 лет и отличался хорошим здоровьем.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В апреле 1705 года королева Анна посвятила Ньютона в рыцари.

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

В ночь на 31 марта 1727 года на 85-м году жизни Ньютон тихо скончался.

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

www.ronl.ru

Реферат: Ньютон

Реферат

По дисциплине: «Концепция современного естествознания»

Тема: «Ньютон»

Введение

Исаак Ньютон. (1642–1727)

Исаак Ньютон и гравитация

Гравитация и орбиты

Ньютон и Галлей

Законы движения Ньютона

Теория дифференциального и интегрального исчислений

Опыты с призмой

После этого Ньютон пришел к заключению, что белый свет разлагается на цветные лучи, которые являются простыми и призмой не разлагаются. Для каждого цвета показатель преломления имеет свое, определенное значение. Цветность этих лучей и их преломляемость не может измениться «ни преломлением, ни отражением от естественных тел, или какой-либо иной причиной», – писал Ньютон. Это открытие произвело большое впечатление. В 18 в. французский поэт Дювард писал:«Но что это? Тонкая сущность этих лучей не может изменяться по своей природе! Никакое искусство не в состоянии его разрушить, и красный или синий луч имеет свою окраску, побеждая все усилия».

Основы спектрального анализа могут быть охарактеризованы так:

Еще более убеждает нас в силе науки то, как был взвешен… земной шар. Казалось бы, это исключено. Однако ученые нашли такую возможность. Был использованзакон всемирного тяготения,открытый Исааком Ньютоном.

«Темнотой был мир окутан – Бог сказал: Да будет Ньютон!» – писал английский поэт Александр Поуп.

Литература

1. А.М. Цирульников. «Цивилизация» М. 2000 г. Изд-во «Педагогика-пресс»

2. Бородин А.И, Бугай А.С, «Биографический словарь деятелей в области математики», М: Феникс, 1990 г.

3. Богомолов А.Н., «Математики, механики», Киев, «Наукова думка», 1983 г.

4. Дубровский. Е.В. Мир вокруг нас. М. 1976 С. 77

5. Иллюстрированный энциклопедический словарь. М. 1997 г. Ридерз Дайджест

7. Мысль. Разум. Интеллект. М., 2001, Ридерз Дайджест С. 95

8. Коротцев А. Астрономия. Популярная энциклопедия. СПб., 2003 Азбука-классика

9. Что такое? Кто такой? Академия педагогических наук СССР. М. 1976. Педагогика С. 244–245.

10. У. Брэгг. Мир света. Мир звука. М., 1967. С. 74–75

http://www.sch57.msk.ru:8101/collect/smnewton.htm

http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Newton.html

Введение

Исаак Ньютон – английский математик и естествоиспытатель, механик, астроном и физик, основатель классической физики. Роль открытий Ньютона для истории науки сложно переоценить. Не случайно дерево в саду родового имения семьи Ньютонов в Вульсторе, неподалеку от Кембриджа, откуда сорвалось знаменитое яблоко, в течение многих лет, пока его не сломила буря, было музейным экспонатом. Но, быть может, еще ярчезначение Ньютонапередает эпиграмма XVIII в.

Был этот мир глубокой тьмой окутан.

Да будет свет! И вот явился Ньютон.

Вот что говорил сам Ньютон о своем творчестве: «Не знаю, как на меня посмотрит мир, но самому себе я представляюсь мальчиком, играющим на морском берегу и приходящим в восхищение, когда ему удается порой найти более гладкий, нежели обыкновенный, камушек или красивую раковину; между тем громадный океан сокровенной истины простирается передо мной».

Для Ньютона, по словам Эйнштейна, «природа была открытой книгой, письмена которой он без труда читал. Концепции, которые он привлекал для упорядочения данных опыта, казалось, сами собой вытекали из опыта, из изящных экспериментов, заботливо описываемых им со множеством деталей и расставленных по порядку подобно игрушкам. В одном лице он сочетал экспериментатора, теоретика, мастера и – в не меньшей степени – художника слова. Он предстает перед нами сильным, уверенным и одиноким».

Глава 1. Юность

Родился он 25 декабря 1642 в Вулсторпе (графство Линкольншир). Отец Ньютона умер еще до его рождения, и, когда мальчику было два года, его мать вторично вышла замуж. Воспитанием Исаака занималась бабушка с материнской стороны. В возрасте 10 лет Ньютон был отдан в классическую школу в Грантеме. Эти годы он прожил в доме аптекаря Кларка, откуда, по-видимому, вынес сохранившийся на всю жизнь интерес к различным химическим манипуляциям. Ньютон рос тихим, не слишком углублявшимся в книги мальчиком, очень любившим, однако, делать что-нибудь своими руками. Он смастерил несколько солнечных часов, игрушечных водяных мельниц, водяные часы, механический экипаж и воздушных змеев с прикрепленными к их хвостам фонариками. Но в школе, по собственному признанию, Ньютон был очень невнимателен.

В 1656 мать Ньютона после смерти второго мужа вернулась в Вулсторп и забрала сына из школы с намерением сделать из него фермера. Однако он не проявил никаких наклонностей к фермерскому делу. Уступив настойчивым уговорам учителя Грантемской школы, мать наконец разрешила сыну готовиться к поступлению в Кембриджский университет. В июне 1661 Ньютон был принят в Тринити-колледж на правах сабсайзера – студента, в обязанности которого входило прислуживать преподавателям колледжа. Из записных книжек Ньютона того периода явствует, что он изучал арифметику, геометрию, тригонометрию, астрономию и оптику. Несомненно, большим стимулом для него стало общение с выдающимся математиком и теологом И.Барроу. В январе 1665 Ньютон получил степень бакалавра. К тому времени Ньютон основательно продвинулся в разработке «метода флюксий» (анализе бесконечно малых).

Глава 2. Опыты ученого

Когда в Кембридже вспыхнула эпидемия чумы, Ньютон вернулся в Вулсторп, где пробыл почти два года. Именно в этот период он записал свои первые мысли о всемирном тяготении. По словам Ньютона, импульсом к размышлениям о тяготении послужило яблоко, упавшее на его глазах в саду. Как явствует из записи разговора с Ньютоном в преклонном возрасте, в то время он пытался определить, какого рода силы могли бы удерживать Луну на ее орбите. Падение яблока навело его на мысль, что, возможно, на яблоко действует та же самая сила тяготения. Свою догадку он проверил, оценив, какой должна быть сила притяжения, если исходить из гипотезы о том, что она обратно пропорциональна квадрату расстояния (именно такова сила притяжения между Солнцем и планетами).

В Вулсторпе Ньютон поставил первые опыты по исследованию света. В то время белый свет считался однородным. Однако эксперименты с призмой сразу показали, что прошедший через нее пучок солнечного света разворачивается в разноцветную полоску (спектр). Выводы Ньютона, проверенные с помощью остроумных экспериментов, сводились к следующему: солнечный свет представляет собой комбинацию лучей всех цветов, сами же эти лучи монохроматичны, или, как говорил ученый, «гомогенеальны», и разделяются потому, что обладают разной преломляемостью.

В октябре 1667, после возвращения в Кембридж, Ньютона избрали младшим членом Тринити-колледжа; шесть месяцев спустя он стал одним из старших членов и вскоре получил степень магистра. Первые же эксперименты с призмами убедили его в том, что дальнейшее усовершенствование телескопа ограничено не столько трудностями вытачивания линз, сколько разной преломляемостью лучей разных цветов, из-за чего пучок белого света невозможно сфокусировать в одной точке. Хроматическая аберрация обусловлена различием в углах, на которые отклоняются при прохождении через линзу лучи света разных цветов и, следовательно, разных длин волн. Сегодня хроматическую аберрацию корректируют подбором линз, изготовленных из стекол с разными показателями преломления (такие комбинации линз называются ахроматами), но во времена Ньютона этот способ еще не был изобретен. Ньютон обратился к единственному практически возможному решению – конструированию зеркального телескопа (телескопа-рефлектора). Схему такого телескопа предложил в 1663 шотландский математик Дж. Грегори, но первым его построил Ньютон в 1668.

В 1669 г. Ньютон передал Барроу рукопись, известную под сокращенным латинским названиемОб анализе. Благодаря Барроу этот труд стал известен нескольким ведущим математикам Великобритании и континентальной Европы, но был опубликован лишь в 1711. К концу 1669 Барроу оставил кафедру в Кембриджском университете и употребил все свое влияние, чтобы его преемником стал Ньютон.

В 1671 г. Королевское общество удостоверило приоритет Ньютона в создании телескопа, опубликовав описание инструмента. В начале следующего года он был избран членом Королевского общества и вскоре получил предложение представить отчет об открытии сложной природы белого света. Отчет ученого произвел сильное впечатление, однако в ряде статей взгляды Ньютона были подвергнуты критике. Большинство возражений пришло из континентальной Европы, часть принадлежала Р. Гуку, куратору Королевского общества. Споры о приоритете усилили нетерпимость к возражениям, столь типичную для Ньютона в конце его жизни.

Глава 3. Проблема планетарных орбит

В последующие годы Ньютон занимался различными математическими, оптическими и химическими исследованиями, а в 1679 вернулся к проблеме планетных орбит. Идея о том, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния от Солнца до планет, которую он проверил приближенными выкладками в Вулсторпе, стала предметом широкого обсуждения. Именно такой закон следовал (для простого случая круговой орбиты) из третьего закона Кеплера, устанавливающего зависимость между периодами обращения планет вокруг Солнца и радиусами их орбит, и формулы центростремительного ускорения тела, движущегося по окружности, которую в 1673 вывел Х.Гюйгенс. Обратную задачу – определение орбиты из закона изменения силы с расстоянием, бывшую предметом обсуждения Гука, Рена и Галлея, – Ньютон решил около 1680. Ньютон доказал теорему о том, что сферически симметрично распределенная масса притягивает внешние тела так, как если бы вся масса была сосредоточена в центре.

В августе 1684 Галлей посетил Кембридж. Во время беседы о форме орбиты тела, движущегося под действием силы притяжения к неподвижному центру, обратно пропорциональной квадрату расстояния, Ньютон высказал предположение, что орбита будет иметь форму эллипса. Во время второго визита Галлею был показан трактат о движении, по просьбе Галлея представленный Королевскому обществу в феврале 1685. Этот трактат о законах движения лег в основу первой книгиМатематических начал натуральной философии. Важную роль в созданииНачалсыграл Галлей, который сглаживал разногласия между Ньютоном и Гуком, утверждавшим, что о законе обратной пропорциональности силы квадрату расстояния Ньютон узнал из его, Гука, сообщения. В порыве раздражения Ньютон даже решил было отказаться от издания третьей книгиНачал, но Галлею удалось уговорить его не делать этого. Именно Галлей взял на себя все хлопоты, связанные с изданием, и оплатил все издержки. Летом 1687Началавышли из печати и сразу были признаны научным шедевром.

Несмотря на благосклонный прием труда, потребовалось еще пятьдесят лет для того, чтобы концепция Ньютона смогла ниспровергнуть теорию вихрей Р.Декарта. С самого начала в сочинении Ньютона видели доказательство существования в мироздании единого плана, указывающего на наличие Творца. Позднее идею неукоснительно действующего универсального закона стали связывать с материалистической и агностической философией.

За несколько месяцев до публикацииНачалНьютон приобрел известность как защитник академических свобод. Король Яков II в феврале 1687 издал повеление, которым предписывал Кембриджу присвоить степень магистра некоему монаху ордена бенедиктинцев, не требуя от него обычной присяги на верность и послушание. Университет ответил категорическим отказом. Сенат назначил депутацию, в состав которой вошел и Ньютон. После низвержения короля Ньютон был избран представителем от университета в парламент, где заседал с января 1689 до его роспуска год спустя.

Работая над задачей о движении Луны, ученый вступил в переписку с Дж.Флемстидом, первым королевским астрономом. Однако отношения Ньютона и Флемстида оказались омраченными непониманием и ссорами. В 1698 Ньютон попытался продолжить работу над теорией орбиты Луны и возобновил отношения с Флемстидом, однако возникли новые трения, и Ньютон обвинил Флемстида в том, что тот утаивает часть наблюдений. Вражда между Ньютоном и Флемстидом не прекращалась вплоть до смерти последнего в 1719 г.

Глава 4. Признание

В 1696 г. усилиями друзей, пытавшихся подыскать для Ньютона должность на государственной службе, он был назначен смотрителем Монетного двора. Это потребовало от него постоянного пребывания в Лондоне. Ньютону было поручено руководство перечеканкой английской монеты. Имевшие тогда хождение монеты обесценились из-за мошеннической практики обрубания краев. Необходимо было наладить чеканку новых монет с насечкой по краю, имеющих стандартные массу и состав. Эта задача, требовавшая больших технических познаний и административного искусства, была успешно решена к 1699. Тогда же Ньютон был назначен на должность директора Монетного двора. Этот хорошо оплачиваемый пост ученый занимал до конца жизни.

В 1701 Ньютон отказался от кафедры в Кембридже и от должности члена совета Тринити-колледжа, а в 1703 был избран президентом Королевского общества. В 1704, после смерти своего главного оппонента, Гука, Ньютон выпустил свой второй фундаментальный труд –Оптику. В 1717 вышло второе издание со специальным приложением, содержащим общие рассуждения в формеВопросов.

В 1705 Ньютон был возведен в рыцарское достоинство. К тому времени он стал признанным главой не только британских, но и европейских ученых. В последние два десятилетия жизни Ньютон подготовил второе и третье изданияНачал(1713, 1726). Были опубликованы также второе и третье изданияОптики(1717, 1721). В эти же годы Ньютон оказался вовлеченным в долгий спор с Г.Лейбницем о приоритете в создании математического анализа. Спор, продолженный после смерти Лейбница его сторонниками, наполнил горечью последние годы жизни Ньютона и ослабил научные связи Великобритании с континентальной Европой, отрицательно сказавшись на развитии математической науки.

Заключение

Слава Ньютона неразрывно связана с его приоритетом в систематическом применении математических методов к исследованию природы, а также в открытии закона тяготения. Ньютон упрочил основания динамики как надежной опоры механической картины мира, приложив ее законы к небесным явлениям. Достижения Ньютона в применении бесконечных рядов и в дифференциальном и интегральном исчислениях намного превосходят все, что было сделано до него, и поэтому Ньютона считают основоположником этих методов анализа.

Что касается влияния на развитие физической науки, то его трудно преуменьшить. Только к 20 в. основные положения, на которые опирался Ньютон, потребовали коренного пересмотра. Ревизия привела к созданию теории относительности и квантовой теории. Ньютону принадлежат также многочисленные сочинения по теологии, хронологии, алхимии и химии.

В 1725 Ньютон вынужден был оставить Лондон и переехать в Кенсингтон. Умер Ньютон в Кенсингтоне 20 марта 1727.

Список литературы

1. Кудрявцев П.С. История физики. Т. 1. М., 1956.

2. Вавилов С.И. Исаак Ньютон. М., 1961.