Принципът 80/20
Нютоновите закони за движението и гравитацията
Изтегляне 0.79 Mb.
|
- Навигация на страницата:
- Влиянието на Нютон върху света
6. Нютоновите закони за движението и гравитацията“Природата и нейните закони били покрити с мрак. И рече бог: да биде Нютон – и настана светлина.” Алекзандър Поуп Влиянието на Нютон върху светаСър Исак Нютон (1643-1727)50 доказва, че съществуват няколко основни универсални закона, определими чрез точни математически връзки, които управляват всички физически движения на земята и небето. Можете да предвидите какво ще се случи, ако пуснете кораб в морето или търкулнете монета по наклонен улей. С помощта на Нютоновите три закона за движението и закона за всемирната гравитация можете да построите мостове, да летите със самолет или да изпратите хора на Марс, като бъдете напълно уверени в резултатите. Нютоновите „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ са публикувани (на латински) през 1687 г. Ето как звучат неговите три закона за движението в превод: Първи закон: Всяко тяло запазва състоянието си на покой или на равномерно и праволинейно движение дотогава, докато външна сила не го изведе от това състояние. Втори закон: Промяната в движението е пропорционална на приложената механична сила: и тя се осъществява в посоката на правата линия, по която се упражнява тази сила. Трети закон: Всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие; или взаимните действия на две тела винаги са еднакви и насочени в противоположни части. Първият закон на Нютон гласи, че предметите продължават да се движат напред по права линия, докато не им бъде упражнена намеса. Това е повторение на закона за инерцията на Галилей, според който телата остават в покой или в постоянно движение, освен когато бъдат раздвижени от външно смущение. Според втория закон силата (F) е правопропорционална на промяната в инерцията, която поражда. Два пъти по-голяма сила ще предизвика два пъти по-голяма промяна в инерцията на обекта. Нютон предлага нова дефиниция на инерцията – масата, умножена по скоростта, – където масата (т) е „количеството материя“ в даден обект. Промяната в скоростта е същата като ускорението (а). Оттук Нютон извежда прочутата си формула: F = та (силата е равна на масата, умножена по ускорението). Третият закон за движението, най-оригиналното прозрение на Нютон, гласи, че всяко действие произвежда равно по големина и противоположно по посока противодействие. Ако сходни предмети се сблъскат, те отскачат назад с еднаква сила. Ако движението на даден обект бъде нарушено (инерцията му се промени), тогава движението на друг обект също ще бъде нарушено, така че „общата“ инерция да остане непроменена. Второто нарушено движение трябва да е напълно еднакво с първото, но в противоположна посока. Въз основа на тези три закона и закона на Галилей за постоянното ускорение Нютон стига до понятието „гравитация“. Когато даден предмет пада на земята, инерцията му се повишава. Трите закона на Нютон гласят, че трябва да има някаква сила, отговорна за ускорението, и тази сила трябва да бъде постоянна, ако (както доказва Галилей) ускорението е постоянно. Следователно това трябва да е силата на тежестта или гравитацията. Той стига до заключението, че силата на гравитацията върху даден предмет е постоянна и правопропорционална на масата на предмета. Оттук следва законът на Нютон за гравитацията (познат и като „правилото за обратната квадратична зависимост“), че гравитационната сила на привличане между всеки две тела е пропорционална на произведението от техните маси и обратнопропорционална на квадрата на разстоянието помежду им. Най-важната външна сила, било то на земята или на небето, е гравитацията. Законите за гравитацията на Нютон – заедно с данните и законите, събрани и формулирани от астронома Йоханес Кеплер – най-сетне доказват, че Земята се върти около слънцето, а не обратното. Нютон доказа, че движението на планетите около слънцето отговаря на уравнението за гравитацията, но изисква (за да са валидни уравненията) леко елипсовидни орбити. Планетите се опитват да „се движат направо“, но гравитацията ги принуждава да се движат в крива. Орбитите им могат да бъдат изчислени, ако знаем масата на планетите и разстоянието (а следователно и обратната квадратична зависимост на разстоянието) между тях. Колкото и да е чудно, това, което държи планетите на едно място, е същото, което кара ябълките да падат от дървото: гравитацията. Веднъж разбрали гравитацията, ще установим, че небесните тела не се движат произволно или по сложна закономерност, а просто като часовников механизъм. Гравитацията управлява движението на планетите и луните, а степента ѝ е функция на това на какво разстояние се намира даден обект до слънцето или друга гравитационна сила, и относителната маса на обекта и слънцето. В началото на книгата видяхме, че Нютон синтезира столетия на научни прозрения и в много отношения се превръща в символ на новата научна гледна точка. Възхвалявайки го премного, неговите съвременници и по-късни автори всъщност почитат новото разбиране за интелектуалната последователност и свобода, за които Нютон изиграва водеща, но добре обоснована роля. Във всеки случай той и неговите колеги променят света. Удивително пестеливата теза на Нютон за движението и гравитацията доказва как няколко прости правила, изведени от първични принципи и потвърдени с математически доказателства, биха могли да имат универсално приложение. Популярното заключение е, че светът е предвидим и контролируем от учените и инженерите. Това е много вдъхновяващо и успокояващо, и продължава и днес, макар вече да знаем, че Нютоновата физика е непълна и съвсем леко неточна. Изтегляне 0.79 Mb. Сподели с приятели:
|