Закон за гравитацията
Името на Нютон се свързва с откриването или окончателното формулиране на основните закони на динамиката: законът за инерцията; пропорционалност между импулса mv и движещата сила
равенство по големина и противоположни по посока на силите с централен характер на взаимодействието. Върхът на научното творчество на Нютон е неговата теория за гравитацията и провъзгласяването на първия наистина универсален закон на природата - закона за всемирното притегляне.
През 1666 г. Нютон излезе с идеята за универсалната гравитация, нейната връзка с гравитацията на Земята и идеята как може да се изчисли гравитацията. Доказателството за идентичността на гравитационната сила и силата на гравитацията на Земята се извършва от Нютон въз основа на изчисляването на центростремителното ускорение на Луната при нейното въртене около Земята; като намалява това ускорение пропорционално на квадрата на разстоянието на луната от земята, той установява, че то е равно на ускорението на гравитацията на земната повърхност. Обобщавайки тези резултати, Нютон заключава, че за всички планети има привличане към Слънцето, че всички планети гравитират една към друга със сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Освен това Нютон излага тезата, според която силата на гравитацията е пропорционална само на количеството материя (маса) и не зависи от формата на материала и други свойства на тялото. Развивайки тази позиция, Нютон формулира закона за всемирното притегляне в обща форма: Древната идея за взаимното стремеж на телата един към друг („любов“), благодарение на Нютон, е освободена от антропоморфизъм и мистерия. В теорията на Нютон гравитацията изглежда като универсално взаимодействие, което се проявява между всякакви материални частици, независимо от техните специфични качества и състав. Силата на това взаимодействие винаги е пропорционална на техните маси и обратно пропорционална на квадрата на разстояниетомежду тях. Гравитационното поле е потенциално поле, което създава напрежение. Потенциалът на гравитационното поле за частица с маса m е равен на: ? = – G m / r .
Тъй като времето не е включено в закона за всемирното привличане и гравитационната сила се определя само от позициите на частиците в даден момент от времето, Нютон и неговите последователи изхождат от факта, че гравитационното взаимодействие се разпространява мигновено.
Методът на Нютон за изучаване на природните явления се оказва изключително плодотворен. Неговото учение за гравитацията не е общо натурфилософско разсъждение и спекулативна схема, а логически строга, точна (и единствена за повече от два века) фундаментална теория, превърнала се в работещ инструмент за изучаване на заобикалящия свят, преди всичко движението на небесните тела. Законите за движението на планетите се появяват като следствие от закона за всемирното привличане. Нютон не смяташе за възможно да обсъжда причината и природата на гравитацията, без да има достатъчно факти по този въпрос („Аз не измислям хипотези!“).
Физическата основа на небесната механика е законът за всемирното привличане. От този закон Нютон извежда като прости следствия (и същевременно уточнява) Кеплеровите закони за елиптичното движение на планетите, показва, че в общия случай движението на телата на слънчевата система може да се случи по всяко конично сечение, включително парабола и хипербола; той заключава за единството на законите за движение на кометите и планетите и за първи път включва кометите в Слънчевата система; дава математически метод за изчисляване на истинската орбита на кометите [1] от техните наблюдения. Той също така ясно обясни приливите и отливите, свиването на планетите (вече открити по това време в Юпитер), прецесията; формулира заключението за сплесканата форма на Земята на полюсите. Нютон има и голямата заслуга да обясни смущаващото движение в Слънчевата система като неизбежно.последствия от нейната структура.
1 Това скоро позволи на английския астроном Е. Халей да открие първата периодична комета (Халеевата комета).
Формирането на основите на класическата механика е най-голямото постижение на естествознанието през 17 век. Класическата механика е първата фундаментална естествена научна теория. В продължение на три века (от 17 век до началото на 20 век) той е единствената теоретична основа на физическото познание, както и ядрото на втората естествено-научна картина на света - механистичната. Теорията на Нютон за гравитацията все още е важен инструмент за разбиране на природата. С негова помощ се описва с голяма точност движението на естествени (планети, техните спътници, комети, астероиди и др.) и изкуствени (сателити, космически кораби и др.) тела в Слънчевата система, в звездни системи, галактики и др., определят се масите на телата и др.
3 ЗАКОНВтората научна революция завършва със създаването на един от
най-великите учени в историята на човечеството, като Исак Нютон
(1643–1727). Научното му наследство е изключително разнообразно. в него
навлиза и творението (успоредно с Лайбниц, но независимо от него)
диференциално и интегрално смятане и важни астрономически
наблюденията, които Нютон прави със своите собствени
ръчно изработени огледални телескопи (той, подобно на Галилео,
именно на телескопа той дължи първото признание за своите научни заслуги), и
голям принос за развитието на оптиката (той, по-специално, постави експерименти в
дисперсията на светлината и даде обяснение за това явление). Но основното
Научното постижение на Нютон е продължението и завършването на Ga-
лилия върху създаването на класическата механика, господството на механичната
идеи за света.
През 1667 г. Нютон формулира три закона на динамиката, които са
обхващащи основния раздел на класическата механика. Действат законите на Нютон
изключителна роля в механиката и са (както повечето физически
закони) обобщение на резултатите от огромен човешки опит
този, за който самият Нютон образно е казал: „Ако видях по-далеч от другите, тогава
защото стоеше на раменете на великани. Законите на Нютон считат
обикновено като система от взаимосвързани закони.
Първият закон на механиката на Нютон е принципът на инерцията, за първи път
формулирано от Галилей: всяко тяло запазва състояние на
който или равномерно и праволинейно движение докато го
няма да бъде принуден да го промени под действието на някакви сили. Създание
Вторият закон на механиката на Нютон гласи това
ускорението, придобито от тялото, е право пропорционално на това действие
сила и обратно пропорционална на масата на тялото.
Третият закон на механиката на Нютон е законът за равенството на действието и
противодействие. Този закон гласи, че действията на две тела едно върху друго
винаги са еднакви по големина и насочени в противоположни посоки.
Тази система от закони на движение беше допълнена от откритието на New
тона на закона за всемирното притегляне, според който всички тела, независимо от
в зависимост от свойствата им и свойствата на средата, в която се намират, тествани
те имат взаимно привличане, което е право пропорционално на тяхната маса и обратно
пропорционални на квадрата на разстоянието между тях.
Нито едно от всички досегашни научни открития не е имало такова
който имаше огромно влияние върху по-нататъшното развитие на естествените науки, като
откриване на закона на светаземно притегляне. Това беше законът на природата, който
всичко се подчиняваше – малко и голямо, земно и небесно. Този закон се появи
като основа за създаването на небесната механика - наука, която изучава движението
телата на слънчевата система. Според известния японски физик Х.
Юкава, „Нютон отряза много от реалния свят, за който хората мислят
физика ... Разбира се, Нютон абстрахира, но той оставя най-много
естествен и създава единна картина на света. Той притежава поне
най-малкото изграждането на теорията за слънчевата система. Това е един от световете. Остатъка
Има още ... и много други светове. Той нямаше време да ги разбере, но
Слънчевата система е прекрасно пресъздадена в неговата механика.“
Небесната механикае клон на астрономията, който използва законите на механиката за изучаване на движението на небесните тела. Небесната механика се занимава с предсказване на положението на Луната и планетите, предсказване на мястото и времето на затъмненията, като цяло определя реалното движение на космическите тела.
Естествено, небесната механика изучава преди всичко поведението на телата на Слънчевата система - въртенето на планетите около слънцето, спътниците около планетите, движението на комети и други малки небесни тела. Докато движението на далечни звезди може да се забележи в най-добрия случай в продължение на десетилетия и векове, движението на членовете на Слънчевата система се извършва буквално пред очите ни - за дни, часове и дори минути. Следователно неговото изучаване се превърна в началото на съвременната небесна механика, родена от трудовете на И. Кеплер (1571-1630) и И. Нютон (1643-1727). Кеплер пръв установява законите за движението на планетите, а Нютон извежда закона за универсалната гравитация от законите на Кеплер и използва законите за движението и гравитацията за решаване на небесно-механични проблеми, които не са обхванати от законите на Кеплер. След Нютон напредък в небесатамеханиката се състои главно в разработването на математически техники за решаване на уравнения, изразяващи законите на Нютон. По този начин принципите на небесната механика са "класически" в смисъл, че са същите днес, каквито са били по времето на Нютон. Прилагането на резултатите от небесната механика към движението на изкуствени спътници и космически кораби представлява астродинамиката.
Принципът на далечно действие. В MCM се приема, че взаимодействието се предава незабавно и междинната среда не участва в предаването на взаимодействието. Тази позиция беше наречена принцип на далечно действие.
Дългообхватно действие(директно действие на тела на разстояние) и късодействие (късодействие) са две концепции на класическата физика, които се борят в зората на своето формиране.
Според концепцията за действие на далечни разстояния, телата действат едно върху друго без материални посредници, през празнотата, на всяко разстояние. Такова взаимодействие се осъществява с безкрайно висока скорост (но се подчинява на определени закони). Пример за сила, която се смяташе за един от примерите за пряко действие на разстояние, може да се счита за силата на универсалната гравитация в класическата теория на гравитацията на Нютон.
Според концепцията за къси разстояния (къси разстояния) взаимодействията се предават с помощта на специални материални медиатори и с крайна скорост. Например, в случай на електромагнитни взаимодействия, такъв посредник е електромагнитното поле.
В съвременната физика тези понятия понякога се използват в различен смисъл, а именно полетата на далечни разстояния се наричат гравитационни и електромагнитни (те се подчиняват на закона на обратните квадрати в класическата граница), а полетата на къси разстояния са силни и слаби полета на взаимодействие, които бързо отпадат с разстоянието в големи мащаби иследователно те се появяват само на малки разстояния между частиците.
Принцип на дълги разстояния. МНОГО ШИБАНО! повечето от последователите на Нютон често се отклоняват от неговите наистина дълбоки идеи, забравяйки или изобщо не знаейки за неговите предпазливи и фини забележки. През XVIII век. те значително опростяват физическата картина на света, която се появява пред ума на Нютон. Така например беше установена идеята за съществуването на безкрайно празно междупланетно и междузвездно световно пространство, докато Нютон беше склонен към идеята за изключителното разреждане на световната материя, което не причинява забележимо забавяне на планетите. Установен е и строгият принцип на действие на големи разстояния като прехвърляне на действието на гравитацията през празнотата и мигновено, т.е. с безкрайна скорост. Принципът на действие на далечни разстояния гласи, че ако тяло А, разположено в точка а, въздейства върху друго тяло В, тогава тялото В, разположено в точка b, изпитва този ефект в този момент.
Нютон, от друга страна, смяташе за необходимо да има определен предавател на това действие, "агент", но допускаше неговата, може би, нематериална природа. Но такива тънкости вече не вдъхновяват физиците от Просвещението, когато научната революция приключи и експерименталната естествена наука набираше скорост. Критериите за резултатите от научните изследвания на еволюционния етап от развитието на физиката (в сравнение с времето на Нютоновата революция) са се променили - те са станали по-опростени, стандартизирани; в същото време бяха необходими незабавен ефект и най-проста обосновка.
Принципът на действие на дълги разстояния е установен във физиката и защото гравитационното взаимодействие на макроскопичните обекти е незабележимо, тъй като привличането е твърде слабо, за да бъде усетено. Само високочувствителни устройства са в състояние да открият гравитационни ефекти. Едва през 1774ганглийският учен Н. Маскелин открива леко отклонение на отвеса от вертикалата, причинено от гравитационното привличане на близка планина. През 1797 г. английският физик и химик Г. Кавендиш организира известния експеримент за измерване на фината сила на привличане между две топки, прикрепени към краищата на хоризонтално окачен дървен прът и две големи оловни топки; това беше първото лабораторно наблюдение на гравитационното привличане между две тела.