Ісаак Ньютон

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ІСААК НЬЮТОН
Доповідь
Учениці 9 «Б» класу
Середньої школи № 89
Елічевой Ксенії

Ньютон (Newton) Ісаак (4.1.1643, Вулсторп, близько Граптема, - 31.3.1727, Кенсінгтон), англійський фізик і математик, який створив теоретичні основи механіки і астрономії, відкрив закон всесвітнього тяжіння, розробив диференціальне та інтегральне числення, винахідник дзеркального телескопа і автор найважливіших експериментальних робіт з оптики. Н. народився в сім'ї фермера; батько М. помер незадовго до народження сина. У 12 років Н. почав вчитися в Грантемской школі, в 1661 вступив у Трініті-коледж Кембріджського університету в якості субсайзера (так називалися бідні студенти, які виконували для заробітку обов'язки слуг у коледжі), де його вчителем був відомий математик І. Барроу. Закінчивши університет, Н. в 1665 отримав вчений ступінь бакалавра. У 1665-1667, під час епідемії чуми, перебував у своєму рідному селі Вулсторп; ці роки були найбільш продуктивними в науковій творчості М. Тут у нього склалися в основному ті ідеї, які привели його до створення диференціального й інтегрального числень, до винаходу дзеркального телескопа (власноручно виготовленого ним у 1668), відкриття закону всесвітнього тяжіння, тут він провів досліди над розкладанням світла. У 1668 М. було присвоєно ступінь магістра, а в 1669 Барроу передав йому почесну люкасовскую фізико-математичну кафедру, яку М. обіймав до 1701. У 1671 Н. побудував другий дзеркальний телескоп - великих розмірів і кращої якості. Демонстрація телескопа справила сильне враження на сучасників, і незабаром після цього Н. був обраний (у січні 1672) член Лондонського королівського суспільства (у 1703 став його президентом). У 1687 він опублікував свій грандіозний працю «Математичні начала натуральної філософії» (коротко - «Начала»). У 1695 отримав посаду доглядача Монетного двору (цьому, очевидно, сприяло те, що М. вивчав властивості металів). Н. було доручено керівництво перечеканкі всієї англійської монети. Йому вдалося упорядкувати засмучене монетну справу Англії, за що він отримав у 1699 довічне високооплачуване звання директора Монетного двору. У тому ж році Н. обрано іноземним членом Паризької АН. У 1705 за наукові праці він зведений у дворянське достоїнство. Похований М. в англійському національному пантеоні - Вестмінстерському абатстві.
Основні питання механіки, фізики і математики, що розроблялися Н., були тісно пов'язані з науковою проблематикою його часу. Оптикою Н. почав цікавитися ще в студентські роки, його дослідження в цій області були пов'язані з прагненням усунути недоліки оптичних приладів. У першій оптичної роботі «Нова теорія світла і кольорів", почуте їм у Лондонському королівському товаристві в 1672, Н. висловив свої погляди про «тілесність світла» (корпускулярну гіпотезу світла). Ця робота викликала бурхливу полеміку, в якій супротивником корпускулярних поглядів Н. на природу світла виступив Р. Гук (у той час панували хвильові представлення). Відповідаючи Гуку, Н. висловив гіпотезу, що поєднала корпускулярні і хвильові представлення про світло. Цю гіпотезу М. розвинув потім у творі «Теорія світла і кольорів", в якому він описав також досвід з Ньютона кільцями і встановив періодичність світла. При читанні цього твору на засіданні Лондонського королівського суспільства Гук виступив з домаганням на пріоритет, і роздратований Н. прийняв рішення не публікувати оптичних робіт. Багаторічні оптичні дослідження Н. були опубліковані ним лише у 1704 (через рік після смерті Гука) у фундаментальній праці «Оптика». Принциповий супротивник необгрунтованих і довільних гіпотез, Н. починає «Оптику» словами: «Мій намір у цій книзі - не пояснювати властивості світла гіпотезами, але викласти і довести їх міркуваннями і дослідами». У «Оптиці» М. описав проведені ним надзвичайно ретельні експерименти по виявленню дисперсії світла - розкладання за допомогою призми білого світла на окремі компоненти різного кольоровості і преломляемости і показав, що дисперсія викликає спотворення в лінзових оптичних системах - хроматичну аберацію. Помилково вважаючи, що усунути перекручування, викликуване нею, неможливо, Н. сконструював дзеркальний телескоп. Поряд з дослідами з дисперсії світла Н. описав інтерференцію світла в тонких пластинках і зміну інтерференційних кольорів залежно від товщини пластинки в кільцях Ньютона. По суті М. першим виміряв довжину світлової хвилі. Крім того, він описав тут свої досліди по дифракції світла.
«Оптика» завершується спеціальним додатком - «Питаннями», де М. висловлює свої фізичні погляди. Зокрема, тут він викладає погляди на будову речовини, в яких присутня в неявному вигляді поняття не тільки атома, але і молекули. Крім того, Н. приходить до ідеї ієрархічної будови речовини: він допускає, що «частинки тіл» (атоми) розділені проміжками - порожнім простором, а самі складаються з більш дрібних часточок, також розділених порожнім простором і складаються з ще більш дрібних часточок, і т.д. до твердих неподільних частинок. Н. знову розглядає тут гіпотезу про те, що світло може являти собою сполучення руху матеріальних часток з поширенням хвиль ефіру.
Вершиною наукової творчості М. є «Початки», в яких М. узагальнив результати, отримані його попередниками (Г. Галілей, І. Кеплер, Р. Декарт, Х. Гюйгенс, Дж. Бореллі, Гук, Е. Галлей і ін) , і свої власні дослідження і вперше створив єдину струнку систему земної і небесної механіки, що лягла в основу всієї класичної фізики. Тут Н. дав визначення вихідних понять - кількості матерії, еквівалентного масі, щільності; кількості руху, еквівалентного імпульсу, і різних видів сили. Формулюючи поняття кількості матерії, Н. виходив з уявлення про те, що атоми складаються з деякої єдиної первинної матерії; щільність Н. розумів як ступінь заповнення одиниці об'єму тіла первинною матерією. Н. вперше розглянув основний метод феноменологічного опису будь-якого фізичного впливу за посередництвом сили. Визначаючи поняття простору і часу, він відокремлював «абсолютний нерухомий простір» від обмеженого рухливого простору, називаючи «відносним", а рівномірно поточний, абсолютний, істинний час, називаючи "тривалістю", - від відносного, удаваного часу, що служить як міра "тривалості ». Ці поняття часу і простору лягли в основу класичної механіки. Потім М. сформулював свої 3 знамениті «аксіоми, чи закони руху»: закон інерції, закон пропорційності кількості руху силі і закон рівності дії і протидії - т. зв. Ньютона закони механіки. З 2-го і 3-го законів він виводить закон збереження кількості руху для замкнутої системи.
Н. розглянув рух тіл під дією центральних сил і довів, що траєкторіями таких рухів є конічні перетини (еліпс, гіпербола, парабола). Він виклав своє вчення про всесвітнє тяжіння, зробив висновок, що всі планети і комети притягаються до Сонця, а супутники - до планет із силою, назад пропорційної квадрату відстані, і розробив теорію руху небесних тіл. М. показав, що з закону всесвітнього тяжіння випливають Кеплера закони і найважливіші відступи від них. Так, він пояснив особливості руху Місяця (варіацію, зворотній рух вузлів і т.д.), явище прецесії і стиск Юпітера, розглянув задачі притягання суцільних мас, теорії припливів і відливів, запропонував теорію фігури Землі.
У «Початки» Н. досліджував рух тіл у суцільному середовищі (газі, рідині) залежно від швидкості їхнього переміщення і привів результати своїх експериментів по вивченню хитання маятників у повітрі і рідинах. Тут же він розглянув швидкість поширення звуку в пружних середовищах. Н. довів за допомогою математичного розрахунку повну неспроможність гіпотези Декарта, який пояснював рух небесних тіл за допомогою представлення про різноманітні вихори в ефірі, що заповнює Всесвіт. Н. знайшов закон охолодження нагрітого тіла. У цьому ж творі М. приділив значну увагу закону механічної подоби, на основі якого розвинулася подоби теорія.
Т. о., В «Початки» вперше дана загальна схема суворого математичного підходу до вирішення будь-якої конкретної задачі земної чи небесної механіки. Подальше застосування цих методів вимагало, однак, детальної розробки аналітичної механіки (Л. Ейлер, Ж.Л. Д'Аламбер, Ж. Л. Лагранж, У. Р. Гамільтон) і гідромеханіки (Ейлер і Д. Бернуллі). Подальший розвиток фізики виявив межі застосовності механіки Н.
Завдання природознавства, поставлені Н., зажадали розробки принципово нових математичних методів. Математика для Н. була головним знаряддям у фізичних дослідженнях; він підкреслював, що поняття математики запозичуються ззовні і виникають як абстракція явищ і процесів фізичного світу, що по суті математика є частиною природознавства.
Розробка диференціального обчислення і інтегрального числення стала важливою віхою в розвитку математики. Велике значення мали також роботи М. з алгебри, інтерполяції і геометрії. Основні ідеї методу флюксій склалися у Н. під впливом праць П. Ферма, Дж. Валліса і його вчителя І. Барроу в 1665-66. До цього часу відноситься відкриття Н. взаємно зворотного характеру операцій диференціювання й інтегрування і фундаментальні відкриття в області нескінченних рядів, зокрема індуктивне узагальнення т. н. теореми про Ньютона біном на випадок будь-якого дійсного показника. Незабаром були написані й основні твори М. з аналізу, видані, однак, значно пізніше. Деякі математичні відкриття Н. отримали популярність уже в 70-і рр.. завдяки його рукописам і листуванню.
У поняттях і термінології методу флюксій з повною виразністю відбилася глибока зв'язок математичних і механічних досліджень Н, Поняття безперервної математичної величини Н. вводить як абстракцію від різних видів безперервного механічного руху. Лінії виробляються рухом точок, поверхні - рухом ліній, тіла - поверхонь, кути - обертанням сторін і т.д. Змінні величини Н. назвав флюентами (поточними величинами, від лат. Fluo - течу). Загальним аргументом поточних величин - флюент - є у Н. «абсолютна час», до якого віднесені інші, залежні змінні. Швидкості зміни флюент Н. назвав флюксіями, а необхідні для обчислення флюксій нескінченно малі зміни флюент - «моментами» (у Лейбніца вони називалися диференціалами). Таким чином, Н. поклав в основу поняття флюксій (похідної) і флюенти (первісної, чи невизначеного інтеграла).
У творі «Аналіз за допомогою рівнянь з нескінченним числом членів» (1669, опубліковано 1711) М. обчислив похідну й інтеграл будь статечної функції. Різні раціональні, дрібно-раціональні, ірраціональні і деякі трансцендентні функції (логарифмічну, показову, синус, косинус, арксинус) М. висловлював за допомогою нескінченних ступеневих рядів. У цій же праці М. виклав метод чисельного рішення алгебраїчних рівнянь, а також метод для знаходження розкладання неявних функцій у ряд по дробових ступенях аргументу. Метод обчислення і вивчення функцій їх наближенням нескінченними рядами набув величезного значення для всього аналізу і його застосувань.
Найбільш повний виклад диференціального й інтегрального числень міститься в «Методі флюксій ...» (1670-1671, опубл. 1736). Тут М. формулює дві основні взаємо-зворотні задачі аналізу: 1) визначення швидкості руху в даний момент часу по відомому шляху, чи визначення співвідношення між флюксіями по даному співвідношенню між флюентами (задача диференціювання), і 2) визначення пройденого за даний час шляху по відомій швидкості руху, чи визначення співвідношення між флюентами по даному співвідношенню між флюксіями (задача інтегрування диференціального рівняння і, зокрема, відшукання первісних). Метод флюксій застосовується тут до великого числа геометричних питань (задачі на дотичні, кривизну, екстремуми, квадратури, випрямлення тощо); тут же виражається в елементарних функціях ряд інтегралів від функцій, що містять квадратний корінь з квадратичного тричлена. Велику увагу приділено в «Методі флюксій» інтегруванню звичайних диференціальних рівнянь, причому основну роль грає подання рішення у вигляді нескінченного степеневого ряду. Н. належить також рішення деяких задач варіаційного числення.
У вступі до «Міркування про квадратуру кривих" (основний текст 1665-66, введення й остаточний варіант 1670, опублікований 1704) і в «Початки» він намічає програму побудови методу флюксій на основі вчення про межу, про «останні відносинах зникаючих величин" чи «перших відносинах зароджуються величин», не даючи, втім, формального визначення межі і розглядаючи його як первинне. Вчення Н. про межу через ряд посередніх ланок (Ж. Л. Д'Аламбер, Л. Ейлер) отримало глибокий розвиток у математику 19 ст. (О. Л. Коші та ін.)
У «Методі різниць» (опублікований 1711) Н. дав рішення задачі про проведення через n + 1 дані точки з рівновіддаленими чи неравноотстоящімі абсциссами параболічної кривої n-го порядку і запропонував інтерполяційну формулу, а в «Началах» дав теорію конічних перетинів. У "перерахування кривих третього порядку» (опублікована 1704) М. наводиться класифікація цих кривих, повідомляються поняття діаметра і центра, указуються способи побудови кривих 2-го і 3-го порядку за різними умовами. Ця праця відіграв велику роль у розвитку аналітичної і почасти проективної геометрії. Під «Загальної арифметики» (опублікована в 1707 по лекціях, читаних у 70-і рр.. 17 ст.) Містяться важливі теореми про симетричних функціях коренів алгебраїчних рівнянь, про відділення коренів, про що приводиться рівнянь і ін Алгебра остаточно звільняється у Н. від геометричної форми, і його визначення числа не як зібрання одиниць, а як відносини довжини будь-якого відрізка до відрізка, прийнятого за одиницю, з'явилося важливим етапом у розвитку вчення про дійсне числі.
Створена Н. теорія руху небесних тіл, заснована на законі всесвітнього тяжіння, була визнана найбільшими англійськими ученими того часу і різко негативно зустрінута на європейському континенті. Противниками поглядів М. (зокрема, в питанні про тяжіння) були картезіанці, погляди яких панували в Європі (особливо у Франції) в 1-ій половині 18 ст. Переконливим доказом на користь теорії Н. стало виявлення розрахованої їм плескатої земної кулі біля полюсів замість опуклостей, що очікувалися за вченням Декарта. Виняткову роль у зміцненні авторитету теорії Н. зіграла робота А. К. Клеро з обліку дії, що обурює Юпітера і Сатурна на рух комети Галлея. Успіхи теорії Н. у вирішенні задач небесної механіки увінчалися відкриттям планети Нептун (1846), заснованому на розрахунках збурювань орбіти Юпітера (У. Левер 'є і Дж. Адамс).
Питання про природу тяжіння в часи М. зводився по суті до проблеми взаємодії, тобто наявності чи відсутності матеріального посередника в явищі взаємного притягання мас. Не визнаючи картезіанських поглядів на природу тяжіння, Н., однак, ухилився від яких-небудь пояснень, вважаючи, що для них немає достатніх науково-теоретичних і дослідних основ. Після смерті М. виникло науково-філософське напрямок, який одержав назву ньютоніанства, найбільш характерною рисою якого була абсолютизація і розвиток висловлювання Н.: «гіпотез не вигадую» («hypotheses non fingo») і заклик до феноменологічного вивчення явищ при ігноруванні фундаментальних наукових гіпотез.
Могутній апарат ньютонівської механіки, його універсальність і здатність пояснити й описати найширше коло явищ природи, особливо астрономічних, уплинули на багато областей фізики і хімії. Н. писав, що було б бажано вивести з початків механіки й інші явища природи, і при поясненні деяких оптичних і хімічних явищ сам використовував механічної моделі. Вплив поглядів Н. на подальший розвиток фізики величезне. «Ньютон змусив фізику мислити по-своєму," класично ", як ми висловлюємося тепер ... Можна стверджувати, що на всій фізиці лежав індивідуальний відбиток його думки; без Ньютона наука розвивалася б інакше »(Вавилов С. І., Ісаак Ньютон, 1961, с. 194, 196).
Матеріалістичні природничонаукові погляди поєднувалися у Н. з релігійністю. До кінця життя він написав твір про пророка Данила і тлумачення Апокаліпсиса. Проте М. чітко відділяв науку від релігії. «Ньютон залишив йому (богу) ще" перший поштовх ", але заборонив всяке подальше втручання в свою сонячну систему» ​​(Ф. Енгельс, Діалектика природи, 1969, с. 171).
На російську мову переведені всі основні роботи Н.; велика заслуга в цьому належить А. М. Крилову і С. І. Вавілова.

Література
1. Вавилов С. І., Ісаак Ньютон, М., 1961;
2. Ісаак Ньютон. 1643-1727. СБ статей до трьохсотліття з дня народження, під ред. С. І. Вавілова, М.-Л., 1943.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Доповідь
33.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Ісаак Ньютон 2
Ісаак Ньютон 3
Роберт Гук та Ісаак Ньютон
Ісаак Ньютон і англійське економічне диво
Ісаак Ньютон на службі науці та Англії
Ньютон
Ньютон і Ціолковський
Ньютон і методологія природознавства
Ісаак Бабель
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru