2012年5月5日 星期六

專題7:科學之父---牛頓

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  1. 1642年的聖誕節,在英國.林肯郡.沃斯索普村一個農民家庭中,一個天才人物 –艾薩克‧牛頓 (Isaac Newton) 出生。

    牛頓出生前三個月,他的父親已經去世了。兩年後,他母親改嫁,牛頓便由他的外祖母撫養。到了十二歲,牛頓在舅父的資助下進入皇家中學。可是這時的牛頓並不是個聰明伶俐的孩子,他在學校裡的功課都做得很差,而且身體也不好,性格沉默和愛發白日夢,幾乎沒有出眾之處。他的超人才智竟然是被一個野蠻的同學無理地在他身上踢了一腳而喚醒的!他跟那個同學打架而且打贏了,可是那個霸道的同學在功課下卻遠比牛頓好。於是牛頓便決心發奮,誓要在功課上超越他,結果他不單在皇家中學中名列前茅,十八歲時更進入了劍橋大學的三一學院。

    1665年,正當牛頓在劍橋大學完成了學士課程之際,歐洲蔓延著恐怖的鼠疫,於是牛頓便回故鄉了。在鄉間,牛頓利用自製的三稜鏡分析出太陽光的七種色彩,並發現了各單色光的曲折率的差異。

    但奇怪的是牛頓對這非凡的發現三緘其口。原來他自知當時只不過是一個大學生,如果公開一個如此革命性的發現必然會觸怒教授。結果五年以後,當他晉陞為授才把昔日的發現公諸於世。

    在鄉間的那段期間,牛頓更創立了積分的方法,並將之廣泛應用在物理和幾何學上。有一夜,牛頓坐在鄉間的一棵蘋果樹下沉思。忽然一個蘋果掉落到地上。於是他發現所有的東西一旦失去支撐必然會墜下,繼而他發現任何兩物體之間都存在著吸引力,而這引力更與距離的平方成反比,總結出萬有引力定律。可是,由於牛頓的性格孤僻及固執,他在二十年後才發表這理論。另外,牛頓亦在伽利略等人工作的基礎上進行了深入研究和大量的實驗,最後總結出三大運動定律,奠定了經典力學的基礎。牛頓成了經典物理學的創始人。

    http://www.hk-phy.org/history/chi/newton.html

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  2. 艾薩克·牛頓爵士,FRS(Sir Isaac Newton,1643年1月4日-1727年3月31日,英語發音[ˈaɪzæk ˈnjutən])[ 儒略曆:1642年12月25日-1727年3月20日] 是一位英格蘭物理學家、數學家、天文學家、自然哲學家和鍊金術士。他在1687年發表的論文《自然哲學的數學原理》裡,對萬有引力和三大運動定律進行了描述。這些描述奠定了此後三個世紀裡物理世界的科學觀點,並成為了現代工程學的基礎。他通過論證克卜勒行星運動定律與他的重力理論間的一致性,展示了地面物體與天體的運動都遵循著相同的自然定律;為太陽中心說提供了強有力的理論支持,並推動了科學革命。

    在力學上,牛頓闡明了動量和角動量守恆的原理。在光學上,他發明了反射式望遠鏡,並基於對三稜鏡將白光發散成可見光譜的觀察,發展出了顏色理論。他還系統地表述了冷卻定律,並研究了音速。

    在數學上,牛頓與戈特弗里德·萊布尼茨分享了發展出微積分學的榮譽。他也證明了廣義二項式定理,提出了「牛頓法」以趨近函數的零點,並為冪級數的研究作出了貢獻。

    在2005年,英國皇家學會進行了一場「誰是科學史上最有影響力的人」的民意調查,在被調查的皇家學會院士和網民投票中,牛頓被認為比阿爾伯特·愛因斯坦更具影響力。
    http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF

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  3. 牛頓是一個英國人,在1642年的聖誕節出生,可惜他的父親在他出生的前三個月就去世了,因此他的出生並沒有帶來很大的歡樂!!他上小學時功課不佳,不過因為有一次他和同學打架,老師因為他功課不好而判定是牛頓先出手打人,讓他感覺非常不滿,於是他開始努力用功,終於考上了劍橋大學

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  4. 1666年,他再次離開了劍橋大學,回到了住在林肯郡的母親身邊。當他在一座花園中沉思散步時,他突然想到重力(它的作用讓一顆蘋果從樹上掉到地上)不會僅局限於地球周圍的有限距離裡,而會延伸到比平常認為的更遠的地方。他自言自語道,為什麼不和月亮一樣高呢——如果這樣,一定會對她的運動產生影響——也許可以讓她保持在她的軌道上,於是他開始計算那樣的假設會產生怎樣的效果。

    問題不在於重力是否存在,而在於它是否能從地球延伸到如此遠,還能夠成為保持月球在軌道運行的力。牛頓發現,如果讓該力隨距離的平方反比而減少,所計算出的月球軌道周期能與真實情況非常好地吻合。他猜想同樣的力也導致了其他的軌道運動,並因此將之命名為「萬有引力」。
    http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%BE%E8%90%A8%E5%85%8B%C2%B7%E7%89%9B%E9%A1%BF#.E7.89.9B.E9.A1.BF.E7.9A.84.E8.8B.B9.E6.9E.9C

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  5. 在牛頓離開劍橋之前,由於製作望遠鏡而開始對白光的本質感到興趣並且進行實驗;他用一塊玻璃三角稜鏡把日光分成彩虹的七色光,再用另一個稜鏡恢復為白光;光是由許多色光混合而成的,且有色散現象。望遠鏡的透鏡沒有經過色差的校正,使成像的邊緣帶有彩色;為此,牛頓認為折射望遠鏡無法做到無色差的程度,於是,他在1671年製造了第一台反射式望遠鏡,口徑只有2.5公分,在倫敦的皇家學會展示(圖5)。因為此項重大發現,在1672年當選為英國皇家學會會員。

      牛頓可以明確地描述運動定律,更能準確地預測物體的運動狀況,在古典物理學上有卓越的貢獻。當英國的天文學家哈雷稱讚牛頓在天體物理學上的成就時,牛頓謙虛地回答:「如果說我看得比別人遠些,那是因為我站在巨人的肩膀上。」今天我們研究物理學或天體物理學,都把理論建立在牛頓力學的基礎上,就像當年牛頓的研究,都建立在四大天文學家的研究結果上一樣,意含著科學研究在承先啟後上的意義。

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  6. 年輕的牛頓一直在想:「蘋果會掉下來,但月球為什麼不會掉下來?」根據伽利略的慣性定律:「不受外力作用的物體,沿一直線作等速度運動。」牛頓把它運用在地球與月球的系統上;如果地球對月球沒有任何作用力的話,月球將沿著圓形軌道的切線方向飛出去,然而月球並沒有飛出去,依然在圓周上繞著地球運轉,表示月球一定受到地球的引力而被拉住。換句話說:月球一直沿著圓形軌道的切線方向飛出,但地球的引力一直把月球拉著,結果,月球永遠在圓形軌道上運動(圖3)。   地球會吸引月球,當然也會吸引烏爾索普的蘋果往地上掉了,這是兩個同性質的力的作用,牛頓的靈感太偉大了!

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  7. 我們這一組被分配到的主題是「科學家-艾薩克•牛頓(sir lsaac Newton)」我們也知道了許許多多有關他的知識。
    牛頓的數學原理,最主要是在說「運動之大定律」,第一定律是慣性定律,第二定律簡單來說是「當物體受到外來的力量時,它會沿著這個力量的方向,加快速度運動,力量越大,速度就越快。」至於牛頓的第三定律是在說明:每一個施加於物體的力量,都會同時產生一個大小相等而且方向相反的反作用力,這定律也叫做「作用與反作用定律」。
    最重要的的是萬有引力,事實上,萬有引力的概念早就有人發現,並提出來,但只有牛頓利用數學原理,證明萬有引力適用於一切物體,而且證明了地球上的重力與物體的引力本質相同

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  8. 牛頓的運動定律在很多早期關於動力學的觀念,在1590年伽利略以實驗去研究單擺和落體運動後都被推翻了。這些實驗的結論對於力作用於運動中物體的效應有進一步的了解。然而,一直到1687年牛頓 (Isaac Newton) 發表質點運動的三個基本定律前,力對於物體運動的一般定律都尚未明瞭。經稍微修改,牛頓的三個運動定律可說明如下:

    第一定律 一開始為靜止或以定速作直線運動的物體,如果不受到不平衡力的作用,將會保持原來的狀態。
    第二定律 一個受不平衡力F作用的質點,會得到與力的方向相同,且大小與作用力成正比的加速度a。

    第三定律 兩質點間的作用力和反作用力,大小相等、方向相反、且作用在同一直線上。

    第一和第三定律被大量用於靜力學關念的發展。雖然此二定律在動力學中也有應用,由於牛頓第二運動定律是建立質點的加速運動和作用於其上的力之間的關係,此定律為本章絕大部分研究的基礎。也要注意靜力學為動力學的特例,因為在合力為零時牛頓第二定律即導致其第一定律的結果;亦即沒有加速度產生,因此質點的速度保持常數。

    在實驗室裏,力和加速度的量測都可以記錄下來,因此由第二定律,如果有一已知的不平衡力F1作用於一質點上,可以量得加速度a1。因為力和加速度成正比,比例常數m可以由比例m = F1/a1決定。假設單位一致,一個不相同的不平衡力F2也作用於其上,將導致加速度a2,且F2/a2 = m。在兩個情況其比例將會一樣,而且力和加速度兩個向量的方向相同。此正數m稱為質點的質量 (mass)。因為在任何加速的情況都為定值,m為質點阻止速度改變的傾向之定量描述。

    如果質點的質量為m,牛頓第二運動定律可以寫成如下的數學式

    F = ma
    :http://elearning.stut.edu.tw/mechanical/Dynamics/ch13/13-1.htm

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