Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук С.Е.Муравьев

1. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук С.Е.Муравьев

2. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук С.И.Вавилов «Исаак Ньютон» В.И.Арнольд «Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук» И.Ю.Кобзарев «Ньютон и его время»

3. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Считается, что закон всемирного тяготения был открыт Ньютоном в 1687 г. (в книге Математи-ческие начала натуральной философии). И что предшественников у Ньютона практически не было. И что одновременно Ньютон создал механику. Ну а что было на самом деле?

4. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Основные проявления закона - астрономические явления. Первый научный взгляд на космос – греческий ученый Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.) : Земля – шар, который находится в центре Все-ленной, вокруг по круговым орбитам движутся планеты Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпи-тер и Сатурн. За ними – неподвижные звезды

5. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Картина Мира Аристотеля Вопрос о причинах таких движений Аристотель не ставил

6. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Система Аристотеля описывает СС планет очень грубо. Траектория планет имеет «возвратный» участок – «петлю» Клавдий Птолемей (90-160 г. н.э.). Сохранил круговые движения планет Аристотеля, но ввел деференты, эпициклы, эксцентры и экванты деферент эпицикл эксцентр эквант

7. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Николай Коперник (1473-1543). Перевернул наши представления о Вселенной, поместив в центр Сол-нечной системы Солнце, а не Землю. Согласно Копернику планеты дви-жутся равномерно по окружностям вокруг Солнца. Система Коперника гораздо хуже воспроизводила данные наблюдений, чем систе-ма Птолемея. Последователи вы-нуждены были снова вводить эпициклы и экванты.

8. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Галилео Галилей (1564-1642), великий итальянский физик, один из создателей современной физики. За-ложил основы механики, выдвинул идею об относи-тельности движения, установил законы инерции, сво-бодного падения, сложения движений. Сконструиро-вал первый телескоп с 32-кратным увеличением и открыл горы на Луне, спутники Юпитера, фазы у Ве-неры, пятна на Солнце. За пропаганду гелиоцентрической системы был подвергнут суду инквизиции (1633). Книга «Диалог о двух важнейших системах мира» - нейтральное об-суждение различных точек зрения двумя физиками (сторонника геоцентриз-ма назвал «симпличио» - (простак – итал.), вложив в в его уста аргументы Папы Урбана VIII (с которым был знаком лично).

9. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Галилей переоценил возможности логики, осо-бенно в этом «ведомстве»! Папа получает эк-земпляр книги с соответствующим комментари-ем и подталкивает инквизицию к организации процесса. А это было очень серьезно! Совсем недавно в 1600 году в Риме на Площади цветов по приговору инквизиции был казнен Джордано Бруно… Тем не менее, речь о казни Галилея не шла - Галилей был приговорен «лишь» к отре-чению от «еретического» учения и домашнему аресту. Однако по некоторым сведениям к Га-лилею во время процесса применялись пытки (документально не доказано).

10. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Иоганн Кеплер (1571-1630). Установил три закона движения планет (законы Кеплера). 1. Траектория планеты – эллипс, в одном из фокусов которого находится С. 2. Радиус, соединяющий планету и С, за равное время покрывает равные площади. 3. Отношение куба расстояния от планеты до С к квадрату периода обращения есть величина постоянная для всех планет

11. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Законы Кеплера полностью объяснили движе-ние планет и неравномерность этих движений. Вместо надуманных  эпициклов Кеплер ввел в астрономию только одну кривую — эллипс. Второй закон установил, как меняется скорость планеты при приближении к Солнцу. Третий закон позволяет рассчитать скорость и период обращения планеты вокруг Солнца. Кеплер (за свой счет) издал астрономические таблицы, ко-торые использовались астрономами и моряками до 19 века После Кеплера попыток реанимировать модель Птоле-мея уже не предпринималось.

12. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Кеплер вплотную подошёл к открытию закона тяготения: «В природе существует взаимное телесное стремление сходных (родственных) тел к единству или соединению». Источник этой силы, по мнению Кеплера - магнетизм Земли в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своей оси. В другом месте: «Гравитацию я определяю как силу, подобную магнетизму — взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому». Ошибочно полагал, что эта сила распространяется только в плоскости эклиптики. Считал, что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию. Кеплер первый (на сто лет раньше Ньютона), выдвинул гипотезу о том, что причиной приливов и отливов является воздействие Луны на верхние слои океанов.

13. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Также одним из первых говорил о тяготении Рене Декарт (1566-1650). Создал аналитическую геомет-рию, ввел комплексные числа, первым сформулировал основную теорему алгебры. Первым ввел в физи-ологию понятие рефлекса как основы нервной де-ятельности живых организмов (И.Павлов у себя на даче поставил бюст Декарта как основоположника физиологии). Говорил о гравитации (в малопонятной форме). Считал, что в природе существует движение по инерции, и материальные вихри, возникающие при взаимодействии одной материи с другой. В конце жизни Декарт торжественно объявил свои принципы истиной в последней инстанции и потребовал: «Правительству следует немедленно запретить все другие методы преподавания, кроме моего, так как только мой метод политически корректен: двигаясь моим путем любой тупица преуспевает столь же быстро, как и любой гений, в то время как при всех других методах обучения таланты доставляют обучаемым преимущества».

14. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Роберт Гук (Hooke) (1635-1703), английский естествоиспытатель. Изобрел: воздушный насос, карданный шар-нир, барометр, зеркальный телескоп, зри-тельную трубу для измерения углов, прибор для измерения силы ветра, пружинные часы, машину для деления круга. Открыл закон пропорциональности между силой и дефор-мацией. Придерживался волновой теории света, теплоту считал результатом механи-ческого движения частиц вещества. С помощью микроскопа впервые наблюдал клеточную струк-туру тканей растений (ввел термин «клетка», а также описал ее строение). Высказывал мысли об изменении земной по-верхности и климата, которые влекли за собой изменение фа-уны. Считал, что окаменелости - это остатки прежде живших существ, по которым можно воспроизвести историю Земли. По его проектам был построен ряд зданий в Лондоне.

15. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Гук был избран членом Королевского общества в 1663 году (28 лет), и стал куратором экспериментальных работ. Он должен был еженедельно доклады-вать на заседаниях о двух-трех новых научных достижениях в области ес-тественных наук, сопровождая свои доклады демонстрацией экспериментов (он аккуратно делал в течение 35 лет!). Сообщений о чужих достижениях не всегда хватало для полновесных докладов, и Гук восполнял их отсутствие сообщения-ми о собственных. Ему было о чем рассказать, он был ими переполнен! Он вел биологические, географические, геологические и физические исследо-вания. Он изобрел основные метеорологические приборы, предложил использовать спиральную пружину для часов (часы, «не боящиеся качки»), первым связал давление воздуха с погодой, впервые оценил высоту атмосферы. Как геолог и эволюционист Гук далеко перешагнул уровень науки своего време-ни. «Изобретательская производительность» Гука была так высока, что у него поп-росту не хватало времени, чтобы закреплять свои приоритеты – на следующей неделе ему предстояло демонстрировать на очередном заседании общества новые эксперименты.

16. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук

17. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В истории науки Гук отмечен не только открытиями, но и по-стоянными приоритетными спорами. Бойля, он обвинил в том, что тот присвоил себе воздушный насос, придуманный Гуком. С Ольденбургом он рассорился, заявив, что тот украл у Гука и передал Гюйгенсу идею часов с пружиной. Уоллер писал в предисловии к посмертному сборнику трудов Гука: «Характер его был меланхоличным, недоверчивым и ревнивым». С.И.Вавилов пишет: «Живость ума, связанная с крайней неустойчивостью характера, отсутствием выдержки и настойчивости, болезненным самолюбием, была поис-тине роковой для Гука. Почти ни одно его изобретение, ни одна идея, ни один опыт не доводились до конца, а бросались на полдороге. Возникали недоразумения, оби-ды, споры из-за приоритета, заполнявшие жизнь Гука».

18. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Он был чрезвычайно сгорблен, с почти горизонтальной шеей, хотя до 16 лет ос-тавался высоким и стройным. Горбиться начал из-за постоянной работы на токарном станке. Он всегда был очень бледен и худ – «кожа да кости». У него были серые глаза навыкате с острым умным взглядом, острый подбородок и высокий лоб, темно-каштановые волосы без парика, длинные и гладкие.

19. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Первая публикация Гука о силе тяготения как о возможной причине эллиптичности орбит планет относится к 1666 г., а в 1674 г. в работе «Попытка доказать движение Земли наблюдениями» он изложил взгляды, весьма близкие к тем, которые затем были развиты Ньютоном, и дал свою систему мироздания. В 1680 г. Гук пришел к выводу, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

20. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В чем же заключались соображения Гука?

21. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Исаак Ньютон (1642-1727). Великий английский физик, математик и астроном. Создателей современной физики и меха-ники.Предложил одну из первых теорий света, создал первый телескоп-рефлектор, исследовал первые интерференционные явления, открыл закон вязкого трения. Главный труд Ньютона – книга «Математические начала натуральной философии» - изменил физику: на смену туманным рассуждениям о «естественности устройства при-роды» пришли математические модели, дифференциальные уравнения, физическая интерпретация решений. Создал математический язык физики – математический анализ .

22. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук С 1696 года - директор Монетного двора. Провел ряд реформ, которые привели в порядок состояние финансовой системы Англии после революций 17 века. Занимался также историей, теологией и … алхимией. (1680 г. дневник: «Вонь ужасная. Кажется, я близок к цели»). И.Ю.Кобзарев: «Все, что делал Ньютон, он делал с исключительной добросо-вестностью и настойчивостью, и все у него получалось. Когда он шлифовал зеркало телескопа – получалось; когда ему надо было проводить оптические опыты, они были изумительно четкими, программа экспериментов доказательной, вычисле-ния он делал прекрасно. Когда он занялся полемикой с Лей-бницем по вопросу о приоритете, то свел, можно сказать, Лей-бница в могилу». И еще. «В обязанности Ньютона как ди-ректора Монетного двора входило преследование фальшиво-монетчиков, которые его ужасно боялись: за 1697 год по де-лам, переданным Ньютоном в суд, было казнено 20 человек».

23. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Первые физические работы Ньютона бы-ли посвящены оптике. Ньютон открыл яв-ление дисперсии света, наблюдал пер-вую интерференционную картину (кольца Ньютона), сконструировал первый телес-коп-рефлектор (1671 г.), зеркало для ко-торого отполировал сам. В январе 1672 года состоялась демонстрация перед ко-ролем, и Ньютон был избран членом Лон-донского королевского общества. Ньютон выступил перед академиками с докладом по оптике и здесь произошел первый конфликт Ньютона с Гуком. Ньютон дал себе слово не публиковать ничего по оптике (пока жив Гук) и вообще не иметь с ним дело (слово сдержал).

24. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Затем было примирение, и обмен вежливыми письмами. 6 января 1680 года в письме к Ньютону (это письмо сохранилось) Гук приводит свои аргументы относительно закона всемирного тяготения и просит Ньютона высказаться по этому поводу. Получив это письмо, Ньютон переписку с Гуком оборвал… И больше никогда Гуку не писал.

25. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В августе 1684 г. астроном Э.Галлей (который сам также получил закон все-мирного тяготения) обратился с просьбой к Гуку и Ньютону объяснить эллип-тичность орбит планет. Гук сказал, что легко это сделает, но … не сделал. А Ньютон в декабре прислал Галлею рукопись работы с выводом законов Кеплера из закона всемирного тяготения. И Галлей начал склонять Ньютона к публикации. Ньютон долго отказывался, ссылаясь на нежелание участвовать в полемике, которую неизбежно вызовет публикация … На занятость другими делами (алхимия и др.) …

26. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Но Галлей уговорил Ньютона. 10 декабря 1684 г. в протоколах Королевского общества появилась историческая запись: «Г-н Галлей… недавно видел в Кембридже м-ра Ньютона, и тот показал ему интересный трактат «De motu» [О движении]. Согласно желанию г-на Галлея, м-р Ньютон обещал послать упомянутый трактат в Общество». Королевское общество издало трактат об истории рыб, который не раскупался, не было денег. Галлей взял расходы на себя. Получив за это в подарок 50 экземпляров книги по истории рыб. Книга была написана за 18 месяцев, рукопись поступила в общество 28 апреля 1686 г.

27. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук «Математические начала нату-ральной философии» (математи-ческие основы физики) – самая зна-менитая и самая значимая книга в истории физики. Первое издание было опубликовано в 1687 г. тиражом около 300 экзем-пляров. Было раскуплено за 4 года. Шесть экземпляров 2-го издания есть в нашей стране. Один подарен са-мим Ньютоном Петру I при личной встрече, остальные высланы в Рос-сию (в том числе и А.Д.Меньшикову, первому российскому члену Лондон-ского королевского общества)

28. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Книга построена по типу «Начал» Евклида(определения-аксиомы-тео-ремы-задачи-результаты-выводы). Вычислений Ньютон дает очень мало – все спрятано. А если и давал, то в основном чертежи, с помощью которых объяс-нял свои выводы.

29. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Вычислительная сторона – решение дифференци-альных уравнений с помощью разложений в ряды. Разложения основаны на биноме Ньютона Относительно природы силы тяготения сказал: «Причину… свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю»

30. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Гук, прочитав рукопись, обвинил Ньютона в краже своих идей и потребовал сделать ссылки. Ньютон отказался. Гук обратился к Галлею. Ньютон сделал ссылку на Гука, но еще больше принизил его роль. Ньютон перечислил несколько человек, занимавшихся законом – Галлей, Рен и Гук (Гук - в конце!). Причем остальные тяготением фактически не занимались, а были: спонсором издания (Галлей) и Президентом королевского общества (Рен). Гук продолжал бороться, 15 февраля 1689 года он записал в дневнике: «У Галлея встретился с Ньютоном. … Заинтересованность совести не имеет». Впоследствии Ньютон написал, что вывел закон в 1665 году, но не опубликовал (год первой публикации Гука – 1666).

31. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Кто же прав в этом споре, которому более 300 лет? Если считать, что главное для установления приоритета - формулировка закона, то право на закон всемирного тяготения имеет Гук. Такой и была точка зрения Гука. Если же считать, что формулировка без математического доказательства недостаточна, то прав Ньютон, и такова была его точка зрения.

32. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Ньютон писал Галлею о различии физиков (к которым он причислял Гука) и математиков (которым он считал себя): «Математики, которые все открывают, все устанавли-вают и все доказывают, должны довольствоваться ролью сухих вычислителей и чернорабочих. Другой же, который ничего не может доказать, а только на все претендует и все хватает на лету, уносит всю славу как своих пред-шественников, так и своих последователей... И вот я дол-жен признать теперь, что я все получил от него и что я сам только подсчитал, доказал и выполнил всю работу вьючного животного по изобретениям этого великого человека». В другом месте: «Гук имеет лишь отдаленное пред-ставление о всемирном тяготении, основанное лишь на догадке. Одно дело изобретать гипотезы, другое – дока-зывать их...»

33. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Академик С.И.Вавилов писал: «Ньютон был, очевидно, неправ: скромные желания Гука имели полное основание. Написать “Начала натуральной философии” в ХVII веке никто, кроме Ньютона, не мог, но … план “Начал” был впервые набросан Гуком». «Если связать в одно все предположения и мысли Гука о движении планет и тяготении, высказанные им в течение почти 20 лет, то мы встретим почти все главные выводы “Начал” Ньютона, только высказанные в неуверенной и малодоказательной форме. Не решая задачи, Гук нашел ее ответ. Вместе с тем перед нами вовсе не случайно брошенная мысль, но несомненно плод долголетней работы. У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы природы ... Гук не мог идти прямой, безукоризненной дорогой “Математических начал” Ньютона, но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь уж не найти, он пришел туда же».

34. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В 1703 году Гук умер, так и не примирившись с Ньютоном, усталым, неудовлетворенным, обиженным. Но с надеждой, что время все расставит по своим местам. Не расставило… Сейчас мы знаем Гука только как автора закона упругости. Лаборатория Гука прекратила существование. Могила Гука затерялась. Все портреты были уничтожены (по приказу Ньютона) и сейчас есть только портреты, написанные со слов видевших Гука людей.

35. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук В том же году Ньютон стал Президентом Королевского общества. Одним из первых актов на этом посту было уничтожение всех инструментов, бумаг и портретов умершего, и сейчас Королевское общество располагает портретами всех своих членов, кроме одного. Будучи директором Монетного двора, наукой больше не занимался, хотя и опубликовал свои исследования по оптике (после смерти Гука!) в которой несколько раз упомянул своего соперника, переиздания «Начал», «Арифметику», книги по «Хронологии древних царств» с попыткой рационалистического толкования библии.

36. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Титульные листы книг Ньютона по арифме-тике, оптике и историко-религиозного произ-ведения «Хронология древних царств» Имеющиеся портреты Ньютона

37. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук На посту директора Монетного двора Ньютон привёл в поря-док документооборот, переделал учёт за последние 30 лет. Ввел чеканку по ободку монеты, инициировал принятие за-кона, карающего использование монет без этой чеканки. Лич-но участвовал в десятках расследований, и более 100 фаль-шивомонетчиков были выслежены и осуждены; при отсутствии отягчающих обстоятельств их чаще всего высылали в колонии, но несколько главарей были казнены. Был возведен в дворянское достоинство и обзавелся гербом и сомнительной родословной. Ньютон пережил Гука на 24 года и умер в 1727 году классиком науки и «национальным достоянием» Англии, где даже сло-жился определенный культ личности Ньютона, заставлявший авторов воспоминаний наделять великого учёного всеми мыс-лимыми и немыслимыми достоинствами и добродетелями.

38. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Надпись на могиле: Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом мате-матики движение планет, пути комет и приливы океанов.Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подо-зревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь при-роды, древности и Св. писания, он утверждал своей фило-софией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал еван-гельскую простоту. Пусть смертные радуются, что сущес-твовало такое украшение рода человеческого. Ньютон о себе: Не знаю, как меня воспринимает мир, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, который развлекается тем, что время от времени отыскивает камешек более пёстрый, чем другие, или красивую ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным.

39. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Надпись на доме, где родился Ньютон Александр Поуп Nature and Nature's laws lay hid in night:God said, «Let Newton be!» and all was light. Перевод Маршака Был этот мир извечной тьмой окутан«Да будет свет!» — И вот явился Ньютон. 

40. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Ну а что же закон Всемирного тяготения? После Ньютона в нем осталась одна неизвестная – гравитационная постоянная. Ее измерил Генри Кавендиш в 1797 г. Установка Кавендиша состояла из крутильных весов с двумя парами свинцовых шаров диаметрами около 50 и 10 см. Используя это оборудование, Кавендиш установил, что G = 6,754×10−11 м²/кг² , что хорошо совпадает с современным значением 6,67428×10−11 м²/кг².

41. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Итоги: По-видимому, первым человеком, написавшим закон обратных квадратов был Роберт Гук. Обосновал его и построил на его основе небесную механику Исаак Ньютон. Измерил гравитационную постоянную Г.Кавен-диш. А историю про яблоко придумала (в переписке с Вольтером) племянница Ньютона Анна, которая сделала очень много для увековечения его памяти

42. Закон всемирного тяготения. История открытия. Ньютон и Гук Дж.Гленвилл (1636-1680): «Несомненно, что развитие наук необычайно увеличит возможности человечества. В будущем нам станут доступны Южные моря. Может быть, Луна станет столь же доступной как Америка. Для наших потомков купить пару крыльев будет столь же естественным, как для нас пару башмаков. Станет возможным разговаривать с человеком, находя-щимся в Индии, как будто он стоит рядом в комнате, превращать пустыни в плодородные земли и, наконец, восстанавливать волосы».