浅谈万有引力定律的发现历程

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  摘 要:万有引力定律是中学物理学习的重点,万有引力对于整个物理学的发展奠定了坚实的基础,促进了物理学的发展。万有引力的发展并不简单的是一个“苹果”的功劳,而是牛顿经过长期的学习和研究中得出的结论。本文就万有引力定律的发现历程进行分析。
  关键词:万有引力定律;发现历程;牛顿
  万有引力定律是高中物理必学的一大定律,其提出者是牛顿,我们也很熟悉。万有引力定律在物理學中占据着很重要的地位,其一方面为物理学的发展奠定了基础,另一方面也在很大程度上促进了物理学的发展。提到万有引力定律,大部分人都认为是牛顿的功劳,但有一点需要明确的就是,牛顿之所以能提出万有引力定律,不是因为他凭空的猜想,是牛顿在学习和借鉴了许多前人的研究和发现的基础上而提出来的。因此,万有引力定律的发现过程是一个不断学习和创造的过程。下面笔者就简单探讨一下万有引力定律的发现。
  一、前人的研究成果对牛顿的启示
  (一)亚里士多德的运动学对牛顿发现万有引力定律的启发
  亚里士多德是古希腊历史上著名的哲学家,其学说对物理学的发展起到了很大的促进作用。亚里士多德的某些观点与牛顿的第一定律是有些相似之处的,但也有很大的不同。亚里士多德认为物体的下落运动与其他运动是不能相提并论的,下落运动属于自然运动,而其他的运动则属于受迫运动,因此要分开来研究。虽然其观点在现在看来有点不恰当,但毕竟是第一次发现了物体下落运动的特殊性。亚里士多的观点在当时是被广泛认可的,所以牛顿肯定也对亚里士多德的观点进行了研究和学习,为其万有引力定律的提出奠定了一定的基础。
  (二)哥白尼学说对牛顿的启示
  哥白尼的学说也在一定程度上启发了牛顿。其日心说对亚里士多德的“自然位置说”提出了质疑,认为宇宙的中心不是地球,而是太阳。除此之外,哥白尼还在学习了达芬奇的观点之后提出重力属于自然倾向的说法。哥白尼认为重力可以使地球、月亮和太阳来维持其本身的形状和运行,并由此提出了哥白尼自己的万有引力定律。与亚里士多德的观点相比,哥白尼的学说虽然也存在一定的形而上学思想,但有了很大的进步。哥白尼的观点在牛顿理解万有引力的真正含义方面起到了促进和借鉴作用。
  (三)威廉·吉尔伯特对牛顿的启示
  威廉·吉尔伯特是英国的物理学家,其主要学说是电磁学说。威廉·吉尔伯特认为地球对物体的吸引就犹如磁铁对铁制品的吸引,认为地球具有与磁铁相似的性质。威廉·吉尔伯特的学说得到了开普勒的认同,也为牛顿的万有引力定律提供了主要的研究方向。
  (四)其他学者对牛顿的启发
  世界上所有的学科都是相互联系的,因此,牛顿在提出万有引力定律的过程中,除了受到了物理学家的启发,在其他学科,例如数学、力学和天文学等也进行了一定的研究和借鉴。因此,其他学科里的一些科学家也在一定程度上启发了牛顿。
  二、苹果的故事
  说起万有引力的发现历程,人们总会想起牛顿在树下沉思时被苹果砸中的故事。但是,万有引力的发现并不是一蹴而就的,而是一个漫长的过程,仅仅靠一个苹果并不足以完全激发牛顿对万有引力的思考和想法。从目前牛顿留存下来的手稿、著作。论文来看,并没有任何证据证实这个故事的真实性,唯一确定的是,牛顿在乡下居住的时期里进行了万有引力的一些研究。
  三、牛顿研究和发现万有引力的过程
  (一)早期牛顿对万有引力定律的研究
  牛顿对于万有引力定律的早期研究应该从其大学时开始。牛顿在大学期间一直致力于研究和学习物理学和力学。刚开始的时候,牛顿首先学习了亚里士多德的局部运动理论,随后又学习了笛卡尔和伽利略的书籍文献,并在其影响下开始研究动力学的内容。牛顿在乡下居住的期间不仅定义了大部分物理学中基础的概念,如速度,还尤其对力的概念进行了更加深入和详细的说明,并由此推导出了离心力的公式。
  (二)牛顿对天体引力问题的研究
  自1666年之后的数年时间,牛顿停止了对力学的研究而开始研究数学并创立了微积分学说。微积分的出现完美地帮助牛顿解决了一些物理学上的难题。1679年到1680年的两年时间内,牛顿通过与胡可探讨地球上的物体降落的路径,得出了轨道为椭圆的物体在运动过程中会受到一个指向焦点方向的力,力的大小与到焦点的距离成反比。
  (三)《原理》诞生
  在《原理》出版之前,牛顿利用将近九个月的时间完成了《轮物体的运动》的编写。牛顿首次在此著作中对万有引力的主要思想进行了详细的说明,并且还绘出了人造卫星的发射原理图,解释了行星运动与抛体运动的异同点。最终于1687年,牛顿出版了《原理》一书,书中详细说明了万有引力定律的内容和推导过程。
  四、结语
  总而言之,经过上述对万有引力定律的发现过程的研究,可明确的就是,万有引力定律的发现并不是仅仅靠一个苹果,而是需要很长一段时间的学习和钻研,以及前人的宝贵经验和研究成果。这也提示我们在搞科研的过程中,要认真仔细、坚持不懈,还要善于借鉴其他人的观点,争取将科研做到最好。
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