科學原理:天才的牛頓
發布時間:2020-07-13
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科學原理:天才的牛頓

(圖片來源:bing)

“如果我比別人看得更遠,那是因為(wei) 我站在巨人的肩上。”這句家喻戶曉的名言來自一位叫艾薩克·牛頓的科學家。你一定聽過這個(ge) 名字,而當你深入了解了這位科學家的生平,或許會(hui) 打心底感歎一句,他不僅(jin) 站在巨人的肩上,他自己就是巨人。

假如給牛頓整理一份簡曆,那他應該算是當今非常時髦的“斜杠青年”,在身份一欄或許會(hui) 這樣寫(xie) 著:

“牛頓:天文學家/物理學家/數學家/自然哲學家/煉金術士。”

可不隻是簡單涉獵,這裏幾乎每一個(ge) 領域都有牛頓所創造的成就與(yu) 發現。比如,牛頓是第一個(ge) 變出彩虹的魔術師,他率先使用三棱鏡將白色的太陽光分散為(wei) 七色光,發現了光的色散現象;牛頓還是一個(ge) 讓現在的大學生“苦惱”的人,當你進入大學,一定會(hui) 接觸到一門叫做微積分的課程,而牛頓正是它的創立者之一。作為(wei) 數學家的牛頓與(yu) 另一位數學家萊布尼茲(zi) 分別獨立創立了微積分學,也就是大名鼎鼎的牛頓-萊布尼茲(zi) 公式;他還喜歡仰望星空,所以發明了反射式望遠鏡。

當然,在他創立的諸多成就中,具有最大影響力的還數經典力學體(ti) 係。從(cong) 物理學的發展來看,正是從(cong) 牛頓開始,才有了對物理學的係統研究。這些發現發表於(yu) 他的傳(chuan) 世巨作《自然哲學的數學原理》中。這套理論最終被概括為(wei) 萬(wan) 有引力定律和牛頓運動學三大定律。

萬(wan) 有引力定律為(wei) 我們(men) 揭示了重力的來源,而運動學三大定律,則在物體(ti) 的運動狀態和所受到的力之間連起了一條線。讓我們(men) 來分別認識這三大定律——所有的物體(ti) 都很懶,它們(men) 更喜歡保持原有的運動狀態。這就是牛頓第一定律的一種解釋。如果你不用手去碰,放在桌子上的茶杯會(hui) 一直穩當當地靜止,不會(hui) 突然“跑起來”;在光滑的地板上,小球會(hui) 一直向前滾動,除非碰到牆壁。物體(ti) 都具有保持本來運動狀態的天然屬性,這一性質被稱為(wei) “慣性”,所以,牛頓第一定律又被稱為(wei) 慣性定律。可如果我們(men) 想要改變物體(ti) 的運動狀態,應該怎麽(me) 辦呢?受力。這便是牛頓第二定律,這一定律總結出了力的大小和運動加速度(表示速度變化的快慢)之間的關(guan) 係。

還是拿放在桌子上的茶杯來舉(ju) 例。最開始它在桌麵上保持靜止,是因為(wei) 所受到的力相互抵消,綜合效果就好像不受力一樣,所以一直保持著不動的狀態。當你用手推動時,茶杯受到了新的力,因此在力的作用下運動狀態改變,並且你推動茶杯的力越大,它的速度變化就越快。牛頓第二定律告訴我們(men) ,同一個(ge) 物體(ti) 受到的外力越大,速度變化就越快;而如果在施加相同外力的前提下,物體(ti) 的質量越小,速度變化越快。換句話說,質量越大的物體(ti) 運動狀態越難改變。

在你推動茶杯的過程中,一定會(hui) 感受到來自茶杯的“對抗”——一陣反方向的力。這便是牛頓第三定律的內(nei) 涵,在自然界的力總是成對存在的。你推茶杯的同時,茶杯也在推你,這兩(liang) 個(ge) 力性質相同,大小相等,方向卻相反,分別由施力物體(ti) 和受力物體(ti) 發出。

讀到這裏你一定發現,牛頓的確是個(ge) 了不起的天才。他用自己發現的物理學規律解釋了許多生活裏司空見慣的現象。雖然如今,量子物理學的發展在不斷對牛頓所創立的經典物理學理論發出挑戰,但依然不能抹去牛頓對整個(ge) 物理學發展的貢獻。而牛頓本人也十分謙卑,他說,他就像是一位在海岸邊撿貝殼的孩子,而遠處的汪洋大海充滿了科學的神秘與(yu) 未知。



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