牛頓是如何發現「力和運動」的關係?看後才知道牛頓的偉大

2020-12-04 小彭來給您解惑

前面我給大家分析了狹義相對論是如何分析物體運動的,重點談論愛因斯坦的貢獻,不少網友說我再貶低牛頓,所以這期我談談牛頓的貢獻。

在牛頓的時代人們對物體的運動認知非常少,比如看到一個蘋果落地,人們不知道為什麼會落地,比如地球圍繞太陽轉,人們也不知道內在原理,當時的「天文的運動學」和「我們生活的宏觀世界的運動學」基本上算是兩個分支。

其中天文學以「克卜勒」的行星運動三大規律為主,描述了一個行星是如何做圓周運動的:

第一定律:所有行星都是圍繞太陽轉且做橢圓運動,太陽恰好就處於橢圓的焦點

第二定律:行星在相同的時間掃過的面積相等

第三定律:行星的周期的平方和軌道長半軸立方成正比

這三條定律大家不用管具體的含義,你只需知道用這三條定律可以計算出天體的運動情況。

說完天文學的運動再來談談地面,地面的運動就要複雜得多,因為地面物體可以處於很多力的疊加,所以對力要進行分解或者組合,但是人們當時根本搞不清楚力和運動的關係,所以人們只能依靠自己的經驗和直覺來對物體運動進行判斷。

比如亞里斯多德就說過,如果有兩個球放到鐵塔上,一個球輕一個球重,當把兩個球同時放開,重的球會先落地。當然現在我們肯定知道兩個球是一起落地,但是當時人們的經驗卻表示重的物體下落得更快,比如一個石頭放開的一瞬間下落的很快,但是一根羽毛放開的一瞬間會在空中飄會兒才會落地。

不過牛頓卻從這些直覺中脫離出來,用理性戰勝了直覺,牛頓發現一個物體運動其實不需要受力,意思就是力不是維持運動的原因。當時很多人根據經驗都會得出結論,一個物體要想持續運動,甭管做啥運動,你必須要持續給物體一個力,舉個例子,你推一個下推車,你持續用力車就走了,但是你一旦放開車,車慢慢就又會靜止,所以直覺告訴我們,脫離了力物體就會靜止。

當然現在我們也知道,放開手後為啥小推車會靜止,因為小推車受到了地面的摩擦力,所以當初人們的直覺其實是因為對小推車受到的力沒有分析完整,漏掉了摩擦力。

牛頓提出「運動物體無需受力」這個觀點,在當時看來已經很反直覺了,不少大咖人物都噴這種觀點,不過好在科學的爭論從來不是口舌勝為主,而是實驗數據為主,所以實驗數據支持了牛頓,大咖們也無話可說。當力不再是維持物體運動的原因,那麼力到底對物體運動有啥作用呢?牛頓發現,原來力是改變物體運動狀態的原因,比如一個物體速度是10m/s,如果物體不受力,將繼續保持10m/s,也就是物體做勻速直線運動,無需力的支持就可以進行下去。

但是一旦給這個物體一個力,物體的速度就可能會變成20m/s或者15m/s,也就是說力是改變物體速度的原因,用正規的表達方式就是:力是改變物體運動狀態的原因。

當牛頓分析出力對物體運動的作用後,相當於把大家從一個長久以來建立的直覺經驗打破了,人們不禁感嘆牛頓的厲害,不過事情並沒有完,牛頓後來發現了一個非常驚人的秘密,這個秘密是啥呢?我們下期再談,我是《小彭來給您解惑》,大家如果喜歡我的內容可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。

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  • 牛頓為什麼會研究力和運動?萬有引力定律、牛頓定律是這樣產生的
    在那個時候,他已經形成他的一些最偉大的發現的初步概念。再有運動和力的關係用一個規律不能說明那麼多的問題,所以牛頓用了三個。隨著人們對物理現象的研究,人類的正確認識也是逐步完善的。從物理學的發展史來看,科學家們(伽利略等)是先認識到力不是住維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態的原因,這就是牛頓第一定律的雛形。後來由牛頓進行了總結,產生了牛頓第一定律(又稱慣性定律)。
  • 牛頓是如何統一力學江湖,發現萬有引力的?
    2、力產生加速度,公示表達就是F=ma,其中m是物體質量,a是加速度。3、力的作用是相互的。表面上這三個定律看起來是那麼的理所當然,所以不少網友表示牛頓做的貢獻也不過如此,但是我們仔細看第一條和第二條你就會發現,其實牛頓的打破了人類幾千年建立的一個直覺:一個物體如果沒有力的供給就會靜止。因為我把一個小推車往前一推後松後,由於沒有力的供給所以車會慢慢靜止。
  • 牛頓和愛因斯坦誰更偉大?國外對物理學家的排名調查,你怎麼看
    在人類科學的歷史上,有兩位站在巔峰的偉大科學家,他們分別是牛頓和愛因斯坦。那麼他們兩人究竟誰對人類的貢獻更大?誰更加偉大呢?直到牛頓的萬有引力橫空出世,人類才第一次真正知道了我們所生活的宇宙有一個普遍的運行規律。他發表的論文《自然定律》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。除了萬有引力和三大運動定律之外,牛頓還發表了動量守恆、顏色理論、反射望遠鏡、二項式定理、金本位制度等。
  • 牛頓和愛因斯坦誰更偉大?國外對物理學家的排名調查,你怎麼看
    在人類科學的歷史上,有兩位站在巔峰的偉大科學家,他們分別是牛頓和愛因斯坦。那麼他們兩人究竟誰對人類的貢獻更大?誰更加偉大呢?牛頓比愛因斯坦早兩百多年的時間,在那個科學剛剛萌芽的時代,人類的目光才剛剛從地球轉向我們所生活的宇宙。
  • 牛頓到底有多牛?看他如何想到引力的平方反比定律,你就知道了
    其中最為偉大的發現就是我們熟知的萬有引力,萬有引力的發現不僅為克卜勒的三大定律提供了理論依據,還解釋了人們日常生活中看到的所有物體自由下落的現象,以及行星繞太陽運行的本質。第一部分我們還能夠理解,但第二部分F∝1/r,這個關係現在看來依然讓我們感到困惑,為什麼引力會和質量物體距離的平方成反比呢?牛頓當時是怎麼知道這種數學關係的?今天我們就說下平方反比的來歷,通過這件事,我們就能充分的認識到牛頓在當時的驚人見解。
  • 愛因斯坦到底比牛頓偉大在哪些方面?
    我們都知道愛因斯坦和牛頓都是物理學的大咖級別人物,從時間上看牛頓在先愛因斯坦在後,但是從名氣上來看,似乎愛因斯坦更佔據上風,那麼愛因斯坦究竟比牛頓再哪些方面技高一籌,今天我們就來談談這個問題。首先你要明白當我說愛因斯坦比牛頓更偉大,其實並不是否認牛頓做出的學術成果,相反小編認為牛頓也是人類智慧的代表,所以要比較出兩者誰更偉大其實很難,不過好在兩者所研究的對象範圍大致相似,因此才具有一定的可比性。牛頓研究的對象是啥?
  • 愛因斯坦是如何解決牛頓疑問的?
    他對這些數據進行了仔細的研究,發現了行星沿橢圓軌道運行的現象,並且提出行星運動三定律(即克卜勒三大定律),為當時所觀測的行星軌道運行的規律做了總結。但問題是,這些行星為什麼會繞著恆星運動?是力在起作用嗎?如果是力的話,是什麼力,這個力怎麼計算,它有什麼規律?
  • 愛因斯坦是如何解決牛頓疑問的?
    他對這些數據進行了仔細的研究,發現了行星沿橢圓軌道運行的現象,並且提出行星運動三定律(即克卜勒三大定律),為當時所觀測的行星軌道運行的規律做了總結。 但問題是,這些行星為什麼會繞著恆星運動?是力在起作用嗎?如果是力的話,是什麼力,這個力怎麼計算,它有什麼規律?
  • 偉大的科學家牛頓
    我們都知道,牛頓是位偉大的科學家。為自然科學的發展做出了巨大貢獻。那麼,他成就主要在哪些方面呢?先看看他在天文學方面的貢獻。在牛頓之前,哥白尼、布魯諾、克卜勒等人曾經取得了很大成就。牛頓繼承並發展了他們的研究成果。
  • 物理基礎要點:直線運動、力和物體的平衡、牛頓運動定律
    路程和位移是完全不同的概念,僅就大小而言,一般情況下位移的大小小於路程,只有在單方向的直線運動中,位移的大小才等於路程.4.速度和速率(1)速度:描述物體運動快慢的物理量.是矢量. (4)牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎,不能簡單地認為它是牛頓第二定律不受外力時的特例,牛頓第一定律定性地給出了力與運動的關係,牛頓第二定律定量地給出力與運動的關係. 2.慣性:物體保持勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質.
  • 牛頓真的是因為蘋果而發現萬有引力?
    ,儘管A比B重10倍,同時我們也知道力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動的原因,但是你要知道當時如果一位物理學家突然提出一個「反直覺」的理論,是要承受很大的壓力的,會有無數人批判。建立了以上歷史知識我們就要往下說,當時人類對物理探索主要分為兩塊:地上和天上。地上的運動比如一個小球受力後如何運動,天上比如一個行星會沿著啥軌跡運行。其實當一顆蘋果突然從樹上掉下來,一般人都能想到也許有個力在拉蘋果,這並不稀奇,所以牛頓發現「萬有引力」其實並不是因為被蘋果砸到了,這個故事本身也是為了激勵後人而美化過的。
  • 「牛頓第一定律」竟然是由伽利略首先發現的,那牛頓呢?
    亞里斯多德對運動與力之間關係的理解在兩千多年以前的古希臘,人們就開始關注並研究運動和力的關係問題,希臘哲學的集大成者亞里斯多德在當時有著極高的社會威望。伽利略對運動與力之間關係的研究到了17世紀,亞里斯多德的這一觀點才逐漸受到科學家的批判,而義大利更是出現了一位強調用「數學與實驗相結合」的研究方法來理解自然規律的偉大科學家,他就是「近代科學之父」——伽利略,他開創了以實驗事實為依據,結合嚴密的數學邏輯進行推理的科學研究體系,推動了近代實驗科學的發展!
  • 牛頓是人類歷史上第二偉大的科學家嗎?
    在人類肉眼可及的太陽系範圍內,牛頓運動定律幾乎跟現實完全匹配,如果出現誤差,那一定是哪裡不對。19世紀,人們在觀測中發現,天王星的實際位置跟牛頓運動定律預言它應該的位置的偏差越來越大,於是有天文學家推測,在天王星之外應該還有一顆尚未發現的大行星。
  • 開局一個牛頓和若干定律,如何一統力學江湖?
    新的時代提出了新的問題,擺在牛頓面前的問題是顯而易見的:力和運動之間到底有沒有關係?如果有,那是什麼樣的關係?這個公式現在隨便一個中學生都知道,但是在那個時候這是非常重要的發現,伽利略發現了勻加速物體距離和時間的關係,那麼他也可以反過來用這個式子來判定一個運動是不是勻加速運動,他可以去測量一個物體運動的距離跟時間的變化關係,如果距離跟時間的二次方成正比,那就可以證明這是一個勻加速運動。
  • 牛頓和莎士比亞,誰更偉大
    1661年考上劍橋大學特裡尼蒂學校,1665年畢業,這時正趕上鼠疫,牛頓回家避疫兩年,期間幾乎考慮了他一生中所研究的各個方面,特別是他一生中的幾個重要貢獻:萬有引力定律、經典力學、微積分和光學。還記得課本中學到的萬有引力麼?牛頓坐在蘋果樹下,忽然一個蘋果掉下來,打在了牛頓頭上。所以,牛頓就發現了萬有引力定律。他用一個公式將宇宙中最大天體的運動和最小粒子的運動統一起來。
  • 胡克才是牛頓的真命天子!
    他認為,太陽和地球其實都是一快巨大的磁鐵,有磁極。乍一看好像還挺合理的,但是他並沒有清楚的解釋為什麼天體有磁性、磁性有多大,就算真的有磁性,那又是如何讓地球做橢圓運動的呢?力與運動的關係 其實,在牛頓之前,人們並不是很了解力與運動的關係。
  • 艾薩克牛頓,影響世界進程的偉大人物!
    他就是艾薩克牛頓。艾薩克·牛頓爵士(Sir Isaac Newton,1643年1月4日—1727年3月31日),萬有引力定律的提出者,經典力學的奠基人,和萊布尼茨各自獨立地發明了微積分。牛頓身後被譽為人類歷史上最偉大的科學家之一。
  • 書本上從來沒有的:你知道牛頓是如何推導出萬有引力定律的嗎?
    當人們說艾薩克.牛頓,完全顛覆了物理學領域的時候,他們真的不是說著玩的,我們已經知道了牛頓的三大運動定律,我們可以用來描述事物如何運動,但牛頓對物理的另一個著名的貢獻,是他對引力的理解。在牛頓出生以前,科學家幾乎對重力沒有什麼概念,他們知道當你丟東西時,物體會落在地面上,而且仔細觀察他們知道行星和衛星以特定的軌道運行,他們不知道的是,這兩個概念是相互關聯的當然,就像運動一樣,我們現在對引力的了解,要遠遠比牛頓能觀察到的還要多,儘管如此,當涉及到描述引力的效果時,比如說,在我們整個太陽系的規模上,牛頓的萬有引力定律是不可思議的有用,這全都開始於一顆蘋果。
  • 牛頓引力理論並非來自「蘋果」,而是和他的鍊金術頗有關係
    而且你想想除了蘋果,你能相信牛頓在生活中再也沒看到其他物體下落的景象嗎?顯然不可能,任何時候牛頓都能看到物體朝向地球中心下落!那為什麼是一顆蘋果鑄就了牛頓神話呢?而不是一個杯子、一支筆呢?很顯然這個神話它就只是個神話,讓小孩子看一看還行,要真正的了解科學,我們就必須知道牛頓本人到底是怎樣發現萬有引力的。
  • 牛頓引力理論並非來自「蘋果」,而是和他的鍊金術頗有關係
    很顯然這個神話它就只是個神話,讓小孩子看一看還行,要真正的了解科學,我們就必須知道牛頓本人到底是怎樣發現萬有引力的。首先說下牛頓的蘋果神話是怎麼來的?這件事其實還真不是坊間傳聞,而是牛頓本人晚年的時候親口告訴別人的,而且和他有親緣關係的後人也這樣說過,包括牛頓的同鄉寫的牛頓傳記也是這樣介紹。所以說可以肯定的是,蘋果砸頭這件事就是牛頓本人親口說出來的。