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牛顿的故事7则
牛顿的故事7则 ,导读:牛顿(1643-1727),英国物理学家、数学家、天文学家。他出生于一个农民家庭,从小酷爱读书。对奇妙的自然现象特别感兴趣。他一生的成就绝不只是传说中他看到苹果掉在地上后创立的“万有引力”学说,他还发现了白光是由七种颜色的光组成的,发现了形成雨后彩虹的原因,并在数学、天文学、力学等领域都有伟大的发现。他成就巨大,可他总是谦虚地说自己只是因为“站在巨人肩膀上的缘故”。牛顿作为一名科学名人,却经常为科学事业闹出很多笑话,下面几则趣闻值得我们好好体味。, 故事1:吹肥皂泡的疯老头 ,牛顿搬进一幢新楼以后,开始研究光线在薄面上是怎样反射的。他每一天都在读书、思考。早上起床穿衣服,突然想到了研究中的问题,他就像被定身法定住了一样,呆住了,然后开始实验或工作,所以他时常穿错了袜子或者在夏天穿上秋天的衣服。,“太阳光是最好的光源,肥皂泡是最理想的薄面,太阳光照到上面,它为什么会变得五颜六色呢?”牛顿的脑子里翻江倒海了。他提着一桶肥皂水走到院子里,吹起了肥皂泡。你看,他那两只眼睛直盯着飘来飘去的肥皂泡,一个泡破了,之后又吹一个,从太阳一出来他就吹,一吹就是几个小时。邻居家的小孩子从楼窗上伸出头来,冲他叫:“疯老头!你一只脚没穿袜子!”邻居家的老太太摇着头:“老小,老小,老了倒成了孩子!”,之后人们明白了这疯老头就是英国皇家学会的研究员,他吹肥皂泡是在研究学问,不禁对他肃然起敬了。, 故事2:万有引力和光的秘密 ,牛顿二十三岁时,鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染,通告学生休学回家避疫,学校暂时关掉。牛顿回到故乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里,他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作,都是这个期间完成的。,那时,乡下的孩子是常常用投石器打几个转转之后,把石抛得很远。他们还能够把一桶牛奶用力从头上转过,而牛奶不掉下来。,这些事实使他怀疑起来:“什么力量使投石器里面的石头,以及水桶里的牛奶不掉下来呢?对于这个问题,他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他从浩瀚的宇宙太空,周行不息的行星,广寒的月球,直至庞大的地球,进而想到这些庞然大物之间力的相互作用。这时,牛顿一头扎进“引力”的计算和验证中了。牛顿计划用这个原理验证太阳系各行星的行动规律。他首先推求月球距,地球的距离,由于引用的资料数据不正确,计算的结果错了。因为依理推算月球围绕地球转,每分钟的向心加速度应是十六英尺,但据推算仅得十三点九英尺。在失败的困境中,牛顿毫不灰心和气馁,反而以更大的努力进行辛勤地研究。整整经过了七个春秋寒暑,到三十岁时最后把举世闻名的“万有引力定律”全面证明出来,奠定了理论天文学、天体力学的基础。,这时期牛顿还对光学进行了研究,发现了颜色的根源。一次,他在用自制望远镜观察天体时,无论怎样调整镜片,视点总是不清楚。他想,这可能与光线的折光有关。之后就实验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光,在室内窗孔后放一个三棱镜,在三棱镜后挂好白屏理解透过三棱镜折进的光。结果,大出意外,牛顿惊异地看到,白屏上所理解的折光呈椭圆形,两端,现出多彩的颜色来。对这个奇异的现象,牛顿进行了深入的思考。得知光受折射后,太阳的白光散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。因此,白光(阳光)是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴,阳光经过天空中余围的雨滴的折射、反射,构成五彩缤纷的虹霓,正是这个道理。,经过进一步研究,牛顿指出世界万物所以有颜色,并非其自身有颜色。太阳普照万物,各物体只吸收它所理解的颜色,而将它所不能理解的颜色反射出来。这反射出来的颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说准确地道出颜色的根源,世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推翻。,牛顿所以能取得如此巨大的成就,早年苦学所打下的深厚数学基础起了重要作用。, 故事3:在暴风中研究和计算风力 ,时间对人是一视同仁的,给人以同等的量,但人对时间的利用不同,而所得的知识也大不一样。,牛顿十六岁时数学知识还很肤浅,对高深的数学知识甚至能够说是不懂。“知识在于积累,聪明来自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下,牛顿能正确认识自己,知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起,扎扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后,又研究笛卡儿几何学,比较之下觉得欧几里德几何学肤浅,便悉心钻研笛氏,几何学,直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算风力”的佳话,可为牛顿身体力学的佐证。有一天,天刮着大风暴。风撒野地呼号着,尘土飞扬,迷迷漫漫,使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会。于是,便拿着用具,独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛,几次风吹走了算纸,几次风使他不得不暂停工作,但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍,最后求得了正确的数据。他快乐极了,急忙跑回家去,继续进行研究。有志者事竟成。经过勤奋学习,牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础。不久,牛顿的数学高塔就建成了,二十二岁时发明了微分学,二十三岁时发明了积分学,为人类科学事业, 故事4:篱笆下的乐趣 ,世界上有许多著名的科学家的家境是清贫的。他们在通往成功的道路上,都曾与困苦的境遇作过顽强的斗争。牛顿少年时代的境遇也是十分令人同情的。,牛顿一 *** 二年出生在英国一个普通农民的家里。在牛顿出生前不久,他的父亲就去世了。母亲在他两岁那年改嫁了。当牛顿十四岁的时候,他的继父不幸故去了,母亲回到家乡,牛顿被迫休学回家,帮忙母亲种田过日子。母亲想培养他独立谋生,要他经营农产品的买卖。,一个勤奋好学的孩子多么不愿意离开心爱的学校啊!他悲哀地哭闹了几次,母亲始终没有回心转意,最后只得违心地按母亲的意愿去学习经商。每一天一早,他跟一个老仆人到十几里外的大镇子去做买卖。牛顿十分不喜欢经商,把一切事务都交托老仆人经办,自己却偷偷跑到一个地方去读书。,时光渐渐流逝,牛顿越发对经商感到厌恶,心里所喜欢的只是读书。之后,牛顿索性不去镇里营商了,仅嘱老仆人独去。怕家里人发觉,他每一天与老仆人一同出去,到半路停下,在一个篱笆下读书。每当下午老仆人归来时,再一同回家。,这样,日复一日,篱笆下的读书生活倒也其乐无穷。一天,他正在篱笆下兴致勃勃地读书,赶巧被过路的舅舅看见。舅舅一看这个情景,很是生气,大声责骂他不务正业;把牛顿的书抢了过来。舅舅一看他所读的是数学书,上面画着种种记号,心里受到感动。舅舅一把抱住牛顿,激动地说:“孩子,就按你的志向发展吧,你的正道就应是读书。”,回到家里后,舅舅竭力劝说牛顿的母亲,让牛顿弃商就学。在舅舅的帮忙下,牛顿如愿以偿地复学了。, 故事5:谦虚谨慎、一丝不苟的学风 ,“宽阔的河流平静,学识渊博的人谦虚。”凡是对人类发展作出巨大贡献的伟大人物,都有谦虚的美德。牛顿每当在科学上获得伟大成就时,从不沾沾自喜,自以为很了不起,急忙出版著作,以扬名于世。,当牛顿费尽心血算出“万有引力定律”后,没有急于发表。而是继续孜孜不倦地深思了数年,研究了数年,埋头于数字计算之中,从未对任何人讲过一句。之后,牛顿的朋友,大天文学家哈雷(彗星的发现者),在证明一个关于行星轨道的规律遇到困难时,专程登门请教牛顿。牛顿把自己关于计算“万有引力”的书稿交给哈雷看。哈雷看后才明白他所要请教的问题,正是牛顿早已解决、早已算好了的问题,心里钦羡不已。,在一六八四年十一月某一天,哈雷又到牛顿的寓所拜访。当谈到有关天文学的学术问题时,牛顿拿出写好的关于论证“万有引力”的论文,请哈雷提意见。哈雷看后,对这一巨著感到十分惊讶。他欣喜地对牛顿说:“这真是伟大的论证、伟大的著作!”他再三奉劝牛顿尽快发表这部伟大著作,以造福于人类。但是牛顿没有听信朋友的好意劝告,轻易地发表自己的著作。而是经过长时间的一丝不苟的反复验证和计算,确认正确无误后,才于一六八七年七月将《自然哲学的数学原理》发表于世。,牛顿是个十分谦虚的人,从不自高自大。以前有人问牛顿:“你获得成功的秘诀是什么?”牛顿回答说:“假如我有一点微小成就的话,没有其它秘诀,唯有勤奋而已。”他又说:“假如我看得远些,那是因为我站在巨人们的肩上。”这些话多么意味深长啊!它生动地道出牛顿获得巨大成就的奥妙所在,这就是在前人研究成果的基础上,以献身的精神,勤奋地创造,开辟出科学的新天地。, 故事6:牛顿与苹果的故事 ,长期以来,牛顿认为,一定有一种神秘的力存在,是这种无形的力拉着太阳系中的行星围绕太阳旋转.但是,这到底是怎样的一种力呢,直到有一天,当牛顿在花园的苹果树下思索,一个苹果落到他的脚边时,牛顿终于获得了顿悟,他的问题也逐渐被解决了.,传说1665年秋季,牛顿坐在自家院中的苹果树下苦思着行星绕日运动的原因.这时,一只苹果恰巧落下来,它落在牛顿的脚边.这是一个发现的瞬间,这次苹果下落与以往无数次苹果下落不同,国为它引起了牛顿的注意.牛顿从苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果下落的原因――引力的作用,这种来自地球的无形的力拉着苹果下落,正像地球拉着月球,使月球围绕地球运动一样.,这个故事据说是由牛顿的外甥女巴尔顿夫人告诉法国哲学家,作家伏尔泰之后流传起来的.伏尔泰将它写入《牛顿哲学原理》一书中.牛顿家乡的这棵苹果树后来被移植到剑桥大学中.,牛顿去世后,他被当作发现宇宙规律的英雄人物继而被赋予传奇色彩,牛顿与苹果的故事更是广为流传.但是事实是否如此却无从找到其他史料加以考证., 故事7:被迫辍学的“小书迷” ,1642年,牛顿出生在英国一个普通农民的家里。在牛顿出生前不久,父亲就去世了,母亲在他两岁那年改嫁。可是当牛顿14岁的时候,他的继父也不幸故去了,母亲无奈回到了家乡,牛顿也被迫休学回家,帮助母亲务农。,为分担家务,牛顿不仅不能去上学,还只能每天跟着母亲干活,照看弟弟和妹妹。可是,读书却成为牛顿唯一的快乐之源。虽然年纪小,他可是个十足的“小书迷”。至于迷到了什么样的程度,可真不是常人所想象得到的。,有一回,母亲让他赶马送麦子去另外一个村子去卖。在回来的路上,牛顿觉得任务已经完成,便一边牵着马一边拿出书,边走边看。走了很长一段路程,牛顿打算骑马回去。回头一看,马不见了,可是缰绳还在自己手里。牛顿赶忙到处寻找,仍然见不到马的影子。这下子真麻烦了,马可是家里最重要的“劳动力”,如果没了马,简直就是断了活路。,天渐渐地暗下来,满头大汗的牛顿怀着惴惴不安的心情,拖着沉重的脚步回到家中。推开院子大门一瞧,马正在棚子里津津有味地吃着草料。原来牛顿只顾着看书,马嚼子松开了,可是看书看得入了迷的他却一点感觉也没有。但是老马识途,马很快就独自地跑回家来了。牛顿看到马回到了家里,一颗悬着的心终于落了地。考研逃犯古代玄武门秦王春秋司马相如卓文君韩信经典
牛顿的故事有哪些
牛顿是英国著名的 物理 学家, 百科 全书式的“全才”,伟大的科学家牛顿为后人留下了很多脍炙人口的小 故事 ,下面是我搜集整理的牛顿的故事,希望对你有帮助。
牛顿的故事
牛顿出身于一个平凡的小村子,还没出生父亲就不幸去世了,母亲改嫁,因此牛顿小时候就跟着奶奶一起生活。那时候,村子里的人经常要到风车上磨面,奶奶也不例外。
牛顿从小就聪明好学,经常捣鼓一些小玩意,自己也动手做了很多小工艺,受到奶奶的夸赞,但是牛顿的成绩却不怎好,这让奶奶揪心不已。
有一天,牛顿把自己琢磨好久,做了一个小风车拿到奶奶面前,拿扇子一扇果然风车就吱呀吱呀地转起来了,奶奶开玩笑说,你这风车也能磨面吗,牛顿认真的回答:能。但是奶奶怎么也不肯相信。
第二天,牛顿把做好的风车带到学校,大家都围拢过来好奇地大量这座神奇的小风车,牛顿感到非常自豪,一个同学问牛顿,这风车为什么会转,有什么原理。
牛顿感到莫名其妙,他从来没想过做风车还要什么原理,于是憋了半天也答不上来,大家都哄堂大笑,一哄而散,混乱中有人把牛顿的风车推到地上摔坏了。
牛顿捡起那个破碎的风车,难过的直掉眼泪,但是他没有说话,只是默默地在心里发誓,一定要把风车的原理弄清楚,从此以后牛顿再也不贪玩了,他更加刻苦钻研,勤奋好学,终于成为一个大科学家。
牛顿请客的故事
话说有一天大科学家牛顿要请客,这可新鲜了,谁不知道牛顿是出了名的日理万机,他似乎永远只对实验室感 兴趣 ,请客更是没有听过的事,于是朋友们都很好奇。
这牛顿呢,心想自己难得请客,总不能吝啬,于是就张罗了一大桌子菜,非常丰富,可是等了一会,朋友们还没有来,牛顿是个一点时间都不愿浪费的人,于是趁着这会空隙又钻到实验室去了,这一去就忘记时间。
过了一会,朋友们果然来了,看到桌子上摆满了丰盛的佳肴,大家都很高兴,可就是不见主人家。朋友们心想,牛顿请客本来就不容易了,或许又是临时被什么事耽误了,那就等等吧。可是左等右等,就是不见牛顿的人影,这肚子已经饿得咕咕叫了,有人提议去实验室叫牛顿,不过没有人敢去,大家都知道牛顿的脾气,他是最不愿别人在他工作的时候打扰他的,于是大家不由分说,干脆不等他了,自己就动手吃了起来。吃完后,朋友们也不跟牛顿大招呼,各自回家了。
牛顿好不容易从实验室出来了,这才想起今天自己请客,于是就到客厅里准备招呼朋友,不料进去一看,餐桌上一片狼藉,朋友们都走了,食物也吃光了。牛顿很困惑,忽然恍然大悟,原来自己已经请过客了,都已经吃完了,于是就又回到实验室工作了。
牛顿卖菜的故事
牛顿卖菜的故事发生在牛顿的童年,牛顿的父亲在他11岁的时候就过世了,他的母亲带着他和弟弟妹妹回到农村的家中,当时他们的生活条件非常拮据,只好去市场卖菜,而当时的牛顿还只是个孩子,母亲让他停学帮忙卖菜。而牛顿为了可以继续念书就把菜担放在比较冷清的地方,这样就不被人们发现,不用继续卖菜了。牛顿卖菜的故事背景是一个非常有上进心的学子,没有这个条件来继续学习,而因为这个主人公是牛顿所以给故事增添了不少色彩,回过头来我们不难发现牛顿这个天才不单单只靠 智商 取胜,在他的字典里更多的是好学和用功。有句名言是这样说的,天才是百分之一的 灵感 加上百分之九十九的汗水。而牛顿我们不得知他的灵感是否只有那百分之一,但是从牛顿卖菜的故事我们知道牛顿的好学一定是天生的。
如果当年牛顿安安心心卖他的菜也许他现在是一个菜农,他一辈子也不会接触到物理科学,我们也不会知道万有引力定律的定律。所以在这个世界上选择什么样的路比你会什么来的重要。
牛顿的故事
少年牛顿
1642年的圣诞节前夜,在英格兰林肯郡沃尔斯索浦的一个农民家庭里,牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿,出生时只有3磅重。接生婆和他的双亲都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人,并且活到了竟活到了85岁的高龄。
牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时,母亲改嫁。从此牛顿便由外祖母抚养。11岁时,母亲的后夫去世,牛顿才回到了母亲身边。大约从5岁开始,牛顿被送到公立学校读书,12岁时进入中学。少年时的牛顿并不是神童,他资质平常,成绩一般,但他喜欢读书,喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物,并从中受到启发,自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意,如风车、木钟、折叠式提灯等等。药剂师的房子附近正建造风车,小牛顿把风车的机械原理摸透后,自己也制造了一架小风车。推动他的风车转动的,不是风,而是动物。他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上,然后在轮子的前面放上一粒玉米,刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米,就不断的跑动,于是轮子不停的转动。他还制造了一个小水钟。每天早晨,小水种会自动滴水到他的脸上,催他起床。
后来,迫于生活,母亲让牛顿停学在家务农。但牛顿对务农并不感兴趣,一有机会便埋首书卷。每次,母亲叫他同她的佣人一道上市场,熟悉做交易的生意经时,他便恳求佣人一个人上街,自己则躲在树丛后看书。有一次,牛顿的舅父起了疑心,就跟踪牛顿上市镇去,他发现他的外甥伸着腿,躺在草地上,正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父,于是舅父劝服了母亲让牛顿复学。牛顿又重新回到了学校,如饥似渴地汲取着书本上的营养。他写了一首题为《三顶冠冕》的诗,表达了他为实现献身科学的理想而甘愿承受痛苦的态度:
世俗的冠冕啊,我鄙视他如同脚下的尘土,
它是沉重的,而最佳也只是一场空虚;
可是现在我愉快的欢迎一顶荆棘冠冕,
尽管刺得人痛,但味道主要的是甜;
我看见光荣之冠在我的面前呈现,
它充满着幸福,永恒无边。
求学岁月
牛顿19岁时进入剑桥大学,成为三一学院的减费生,靠为学院做杂务的收入支付学费。在这里,牛顿开始接触到大量自然科学著作,经常参加学院举办的各类讲座,包括地理、物理、天文和数学。牛顿的第一任教授伊萨克·巴罗是个博学多才的学者。这位学者独具慧眼,看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识,包括计算曲线图形面积的方法,全部传授给牛顿,并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。
后来,牛顿在回忆时说道:“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程,也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”
当时,牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里德的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中,对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》,它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿——解析几何与微积分。1664年,牛顿被选为巴罗的助手,第二年,剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。
正当牛顿准备留校继续深造时,严重的鼠疫席卷了英国,剑桥大学因此而关闭,牛顿离校返乡。家乡安静的环境使得他的思想展翅飞翔,以整个宇宙作为其藩篱。这短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月,他的三大成就:微积分、万有引力、光学分析的思想就是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。
怪异的牛顿
1667年复活节后不久,牛顿返回到剑桥大学,10月被选为三一学院初级院委,翌年获得硕士学位,同时成为高级院委。1669年,巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职,26岁的牛顿晋升为数学教授。巴罗让贤,在科学史上一直被传为佳话。
牛顿并不善于教学,他在讲授新近发现的微积分时,学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力,他却远远超过了常人。还是学生时,牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法,算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜,并把它作为科学研究的工具,用它试验了白光分解为的有颜色的光。开始,他并不愿意发表他的观察所得,他的发现都只是一种个人的消遣,为的是使自己在寂静的书斋中解闷。他独自遨游于自己所创造的超级世界里。后来,在好友哈雷的竭力劝说下,才勉强同意出版他的手稿,才有划时代巨著《自然哲学的数学原理》的问世。
作为大学教授,牛顿常常忙得不修边幅,往往领带不结,袜带不系好,马裤也不纽扣,就走进了大学餐厅。有一次,他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差,他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指,错误的把它当成通烟斗的通条,硬往烟斗里塞,痛得姑娘大叫,离他而去。牛顿也因此终生未娶。
牛顿从容不迫地观察日常生活中的小事,结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓,曾经闹过许多的笑话。一次,他边读书,边煮鸡蛋,等他揭开锅想吃鸡蛋时,却发现锅里是一只怀表。还有一次,他请朋友吃饭,当饭菜准备好时,牛顿突然想到一个问题,便独自进了内室,朋友等了他好久还是不见他出来,于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了,鸡骨头留在盘子,不告而别了。等牛顿想起,出来后,发现了盘子里的骨头,以为自己已经吃过了,便转身又进了内室,继续研究他的问题。
伟大的成就
在牛顿的全部科学贡献中,数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆,他是在1664年和1665年间的冬天,在研读沃利斯博士的《无穷算术》并试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。
微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的努力加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元。
1707年,牛顿的代数讲义经整理后出版,定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算,用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程,同时对方程的根及其性质进行了深入探讨,引出了方程论方面的丰硕成果,如,他得出了方程的根与其判别式之间的关系,指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数,即“牛顿幂和公式”。
牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心,给出密切线圆(或称曲线圆)概念,提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》,于1704年发表。此外,他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。
牛顿是经典力学理论理所当然的开创者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
牛顿发现万有引力定律是他在自然科学中最辉煌的成就。那是在假期里,牛顿常常来到母亲的家中,在花园里小坐片刻。有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来。一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。他认为太阳吸引行星,行星吸引行星,以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力,还用微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力,证明了任何一曲线运动的质点,若是半径指向静止或匀速直线运动的点,且绕此点扫过与时间成正比的面积,则此质点必受指向该点的向心力的作用,如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比,则向心力与半径的平方成反比。牛顿还通过了大量实验,证明了任何两物体之间都存在着吸引力,总结出了万有引力定律:
F=G(m1m2 / r 2)(m1和m2是两物体的质量,r为两物体之间的距离)。在同一时期,雷恩、哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥秘,其中以胡克较为突出,他早就意识到引力的平方反比定律,但他缺乏象牛顿那样的数学才能,不能得出定量的表示。
牛顿运动三定律是构成经典力学的理论基础。这些定律是在大量实验基础上总结出来的,是解决机械运动问题的基本理论依据。
1687年,牛顿出版了代表作《自然哲学的数学原理》,这是一部力学的经典著作。牛顿在这部书中,从力学的.基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,建立了经典力学的完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。
在光学方面,牛顿也取得了巨大成果。他利用三棱镜试验了白光分解为的有颜色的光,最早发现了白光的组成。他对各色光的折射率进行了精确分析,说明了色散现象的本质。他指出,由于对不同颜色的光的折射率和反射率不同,才造成物体颜色的差别,从而揭开了颜色之迷。牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外,他还制作了牛顿色盘和反射式望远镜等多种光学仪器。
牛顿的研究领域非常广泛,他在几乎每个他所涉足的科学领域都做出了重要的成绩。他研究过计温学,观测水沸腾或凝固时的固定温度,研究热物体的冷却律,以及其他一些只有在与他自己的主要成就想比较时,才显得逊色的课题。
牛顿晚年
随着科学声誉的提高,牛顿的政治地位也得到了提升。1689年,他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员,牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时,他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。
晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活,1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有,被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长,在他任职的二十四年时间里,他以铁拳统治着学会。没有他的同意,任何人都不能被选举。
晚年的牛顿开始致力于对神学的研究,他否定哲学的指导作用,虔诚地相信上帝,埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时,竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。
1727年3月20日,伟大艾萨克·牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样,他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着:
让人们欢呼这样一位多么伟大的
人类荣耀曾经在世界上存在。
牛顿的历史故事
艾萨克·牛顿(Isaac Newton)是英国伟大的数学家、物理学家、天文学家和自然哲学家,其研究领域包括了物理学、数学、天文学、神学、自然哲学和炼金术。
牛顿的主要贡献有发明了微积分,发现了万有引力定律和经典力学,设计并实际制造了第一架反射式望远镜等等,被誉为人类历史上最伟大,最有影响力的科学家。
为了纪念牛顿在经典力学方面的杰出成就,“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。
主要贡献
二项式定理
在一六六五年,刚好二十二岁的牛顿发现了二项式定理,这对于微积分的充分发展是必不可少的一步。
二项式定理在组合理论、开高次方、高阶等差数列求和,以及差分法中有广泛的应用。
推广形式
二项式级数展开式是研究级数论、函数论、数学分析、方程理论的有力工具。
在今天我们会发觉这个方法只适用于n是正整数,当n是正整数1,2,3,....... ,级数终止在正好是n+1项。
如果n不是正整数,级数就不会终止,这个方法就不适用了。
但是我们要知道那时,莱布尼茨在一六九四年才引进函数这个词,在微积分早期阶段,研究超越函数时用它们的级来处理是所用方法中最有成效的。
创建微积分
牛顿在数学上最卓越的成就是创建微积分。
他超越前人的功绩在于,他将古希腊以来求解无限小问题的各种特殊技巧统一为两类普遍的算法--微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,如:面积计算可以看作求切线的逆过程。
那时莱布尼兹刚好亦提出微积分研究报告,更因此引发了一场微积分发明专利权的争论,直到莱氏去世才停息。
后世认为牛顿提出微积分概念虽然更早,但莱布尼兹的方法更加完善。
微积分方法上,牛顿所作出的极端重要的贡献是,他不但清楚地看到,而且大胆地运用了代数所提供的大大优越于几何的方法论。
他以代数方法取代了卡瓦列里、格雷哥里、惠更斯和巴罗的几何方法,完成了积分的代数化。
从此,数学逐渐从感觉的学科转向思维的学科。
微积分产生的初期,由于还没有建立起巩固的理论基础,被有些喜爱思考的人研究。
更因此而引发了著名的第二次数学危机。
这个问题直到十九世纪极限理论建立,才得到解决。
方程论与变分法
牛顿在代数方面也作出了经典的贡献,他的《广义算术》大大推动了方程论。
他发现实多项式的虚根必定成双出现,求多项式根的上界的规则,他以多项式的系数表示多项式的根n次幂之和公式,给出实多项式虚根个数的限制的笛卡儿符号规则的一个推广。
牛顿在还设计了求数值方程的实根近似值的对数和超越方程都适用的一种方法,该方法的修正,现称为牛顿方法。
牛顿在力学领域也有伟大的发现,这是说明物体运动的科学。
牛顿
第—运动定律是伽利略发现的。
这个定律阐明,如果物体处于静止或作恒速直线运动,那么只要没有外力作用,它就仍将保持静止或继续作匀速直线运动。
这个定律也称惯性定律,它描述了力的一种性质:力可以使物体由静止到运动和由运动到静止,也可以使物体由一种运动形式变化为另一种形式。
此被称为牛顿第一定律。
力学中最重要的问题是物体在类似情况下如何运动。
牛顿第二定律解决了这个问题;该定律被看作是古典物理学中最重要的基本定律。
牛顿第二定律定量地描述了力能使物体的运动产生变化。
它说明速度的时间变化率(即加速度a与力F成正比,而与物体的质量里成反比,即a=F/m或F=ma;力越大,加速度也越大;质量越大,加速度就越小。
力与加速度都既有量值又有方向。
加速度由力引起,方向与力相同;如果有几个力作用在物体上,就由合力产生加速度,第二定律是最重要的,动力的所有基本方程都可由它通过微积分推导出来。
此外,牛顿根据这两个定律制定出第三定律。
牛顿第三定律指出,两个物体的相互作用总是大小相等而方向相反。
对于两个直接接触的物体,这个定律比较易于理解。
书本对子桌子向下的压力等于桌子对书本的向上的托力,即作用力等于反作用力。
引力也是如此,飞行中的飞机向上拉地球的力在数值上等于地球向下拉飞机的力。
牛顿运动定律广泛用于科学和动力学问题上。
牛顿运动定律
牛顿运动定律是艾萨克·牛顿提出了物理学的三个运动定律的总称,被誉为是经典物理学的基础。
为“牛顿第一定律(惯性定律:一切物体在不受任何外力的作用下,总保持匀速直线运动 状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
——它明确了力和运动的关系及提出了惯性的概念)”、“牛顿第二定律(物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。
)公式:F=kma(当m单位为kg,a单位为m/s2时,k=1)、牛顿第三定律(两个物体之间的作用力和反作用力,在同一条直线上,大小相等,方向相反。
)”
光学贡献
在牛顿以前,墨子、培根、达·芬奇等人都研究过光学现象 。
反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。
近代科学兴起的时候,伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”,震惊了世界。
荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。
笛卡尔提出了光的微粒说……
牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人,也像伽利略、笛卡尔等前辈一样,用极大的兴趣和热情对光学进行研究。
1666年,牛顿在家休假期间,得到了三棱镜,他用来进行了著名的色散试验。
一束太阳光通过三棱镜后,分解成几种颜色的光谱带,牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住,只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜,结果出来的只是同样颜色的光。
这样,他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的,这是第一大贡献。
牛顿望远镜
牛顿为了验证这个发现,设法把几种不同的单色光合成白光,并且计算出不同颜色光的折射率,精确地说明了色散现象。
揭开了物质的颜色之谜,原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。
公元1672年,牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上,这是他第一次公开发表的论文。
许多人研究光学是为了改进折射望远镜。
牛顿由于发现了白光的组成,认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象),就设计和制造了反射望远镜。
牛顿不但擅长数学计算,而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。
为了制造望远镜,他自己设计了研磨抛光机,实验各种研磨材料。
公元1668年,他制成了第一架反射望远镜样机,这是第二大贡献。
公元1671年,牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会,牛顿名声大震,并被选为皇家学会会员。
反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。
同时,牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算,比如研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象,胡克发现的肥皂泡的色彩现象,“牛顿环”的光学现象等等。
牛顿还提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快速的直线运动路径。
他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。
此外,他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
构筑力学大厦
牛顿是经典力学理论的集大成者。
他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作,得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。
在牛顿以前,天文学是最显赫的学科。
但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行?天文学家无法圆满解释这个问题。
万有引力的发现说明,天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。
早在牛顿发现万有引力定律以前,已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题。
比如开普勒就认识到,要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用,他认为这种力类似磁力,就像磁石吸铁一样。
1659年,惠更斯从研究摆的运动中发现,保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。
胡克等人认为是引力,并且试图推到引力和距离的关系。
1664年,胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果;1673年,惠更斯推导出向心力定律;1679年,胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律,推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。
牛顿自己回忆,1666年前后,他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。
最有名的一个说法是:在假期里,牛顿常常在花园里小坐片刻。
有一次,象以往屡次发生的那样,一个苹果从树上掉了下来……
一个苹果的偶然落地,却是人类思想史的一个转折点,它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍,引起他的沉思:究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢?牛顿思索着。
终于,他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。
牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。
1679年,胡克曾经写信问牛顿,能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律,来证明行星沿椭圆轨道运动。
牛顿没有回答这个问题。
1685年,哈雷登门拜访牛顿时,牛顿已经发现了万有引力定律:两个物体之间有引力,引力和距离的平方成反比,和两个物体质量的乘积成正比。
当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。
牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力,也证明了在太阳引力作用下,行星运动符合开普勒运动三定律。
在哈雷的敦促下,1686年底,牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。
皇家学会经费不足,出不了这本书,后来靠了哈雷的资助,这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。
牛顿在这部书中,从力学的基本概念(质量、动量、惯性、力)和基本定律(运动三定律)出发,运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具,不但从数学上论证了万有引力定律,而且把经典力学确立为完整而严密的体系,把天体力学和地面上的物体力学统一起来,实现了物理学史上第一次大的综合。
牛顿的三大衡定
物质不灭定律,说的是物质的质量不灭;能量守恒定律,说的是物质的能量守恒;动量守恒定律。
牛顿公式
设X1表示物体与第一焦点的距离,而X2表示光像与第二焦点的距离
X1X2=f1f2
这一关系式叫做牛顿公式,其形式较1/u +1/v +1/f 简单,且对称性更显著,运用时也较方便。
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