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中外科学家发明家丛书_多人【完结】(1019)

  但要注意的是,牛顿运动三定律中所说的“运动”,实际上只是机械运 动,并不能包括物质间的一切运动。这里所说的“不动”,也只是相对的不 动,而非绝对的不动。因为,地球整天不停地转动,所以地球上的任何东西, 当然也都跟着它不停地动;况且,世界上的一切东西,它自身就在不停地运 动、不断地发展着,是根本没有绝对不动的。这一点,牛顿当时还不可能认 识到。

  牛顿在《原理》中首先列举的运动定律,是在前人积累的丰富的动力学 知识的基础上,再加牛顿本人大量的观察、实验、计算等辛勤劳动才总结出 来的。牛顿曾一再表示,运动定律的得出,在很大程度上是因为他从前人同 时代的科学家那里获得了许多有用的知识。例如,他利用了开普勒所提出的 科学知识以及数学计算,运动第一、第二定律是以伽利略提供的宝贵数据为 基础的;第三定律也从惠更斯、雷安、胡克的研究成果中获得了有益的启示。

  在《原理》的第一卷中,牛顿在一开始就简明地叙述了他的“流数法”。 除去20年前他曾经写过关于“流数”的简要论文外,他还是第一次正式公开 发表他的“流数法”。

  然后,他讲到了物体在某一固定点的引力作用之下的运动,像卫星沿着 围绕行星的轨道运动,或行星沿着围绕太阳的轨道运动。他说明,这些轨道 均匀椭圆形,引力和距离有着密切的关系。在这里他还引用了万有引力定律, 用以说明引力中心是在椭圆形轨道的一个焦点上。根据这些理论,研究者就 可以在任何时间推算出行星在轨道上的位置。

  随后,牛顿又明确指出:所有天体都是相互吸引着的——太阳吸引着行 星,同时行星也在吸引着太阳。这显然是牛顿第三定律的运用。同时,他还 认为,太阳系中最大的行星与太阳相比,也显得微不足道,所以在说明行星 的运动时,除太阳的引力外,其他引力都可以忽略不计。这种考虑同样也可 以用于计算卫星的运动。例如:月球距其所绕转的地球附近,它只要是同地 球间发生引力作用,故太阳的引力作用基本上可不作考虑。

  牛顿还进一步认识到引力理论的基础是建立在这样的一个事实上的:宇 宙间物质的每一个质点都施加引力于其他物质的第一质点之上。通过这个原 理,牛顿分析了海洋的潮汐现象。他认为,太阳与月球的引力共同促成地球 上的海洋发生定时的涨落,事实正是如此,又是牛顿奠定了潮汐理论的基础。

  《原理》的第二卷讨论了物体在有阻力的介质中的运动情况。牛顿认为 这种阻力——例如空气的阻力——与物体运动的速度是成正比例的。由此可 见,牛顿在飞机问世的两个多世纪以前,就预见到了飞机设计师们必须处理 的一个重要问题,即飞行器的形状与空气阻力的关系。

  在这一卷里,牛顿还讨论了摆动、流体的波动和光学等方面的一些问题。 他还应用了波的运动学说解释了声波在大气中的传播。

  在《原理》的第三卷中,牛顿运用了他的万有引力定律及三项运动定律, 把太阳系的各种引力现象做了杰出的总结。他用种种证明,出色地证实了木 星、土星、地球等行星与太阳的引力,同时为他的平方反比定律提供了有力 证据。最后他叙述了与他的荣誉密切相关的万有引力定律:宇宙间任意两个 物体都是相互吸引的,引力的大小与两物体的质量乘积成正比,并且与它们 距离的平方成反比”。

  牛顿更进一步阐明,由于在宇宙空间运行的行星没有遇到什么阻力,所 以它的运动将永远保持下去。而且每颗行星都是以太阳为焦点在椭圆形的轨 道上围绕太阳运转。进而他总结道:一切天体必须遵循万有引力定律,因此 两个互相吸引的天体,应在相似的运行轨道上围绕公共重心互相绕行。

  现在我们知道,牛顿为什么称它为万有引力定律,他的意思就在于“万 有”这两个字上。因为这一吸引力适用于任何地方的任何物体。它不仅适用 于天体,并且也能说明为何水是从高处流向低处,为何篮球入筐后会重新落 到地面上,为何长时间没人进入的房间会落满了灰尘等等现象。

  牛顿在《原理》的结尾处有一章专门谈论了慧星这种特殊的天体。在牛 顿之前,科学家们都认为这种拖着长尾巴不时出现的神秘宇宙来客是无法解 释的。但牛顿认为:慧星也同样要遵从万有引力定律,它们也是在太阳引力 下运动着的物体,只不过它们的运动轨道是很扁的椭圆形。哈雷便根据牛顿 的理论和引力定律计算了在1682年出现的一颗大慧星的轨道数据,并且发现 这颗慧星的轨道与1607年及以前的1531年所观测记录的两颗慧星的情况极 为相似。这三颗慧星出现的时间都相差76年,所以哈雷最后认定这三次记录 的实际上是同一颗慧星,它是按76年一周期的频率绕太阳运转,所以也是 76年“拜访”地球一次。于是他预言:这颗慧星将于1758年再度出现。在 哈雷去世的17年后,他的预言应验了,这颗慧星再度“来访”地球。所以, 这颗慧星就以哈雷的姓氏命名为:哈雷慧星。以后它又在1835年、1910年、 1986年三次回到地球身旁。

  以上就是《原理》一书的梗概。在牛顿以后,人类在自然科学方面的伟 大成果层出不穷,但追本溯源,许多都与这本非凡的著作有直接的联系。如 在1846年发现海王星之前,它的轨道就已经依据万有引力定律计算出来了, 然后才在实测中发现了它。现代计算人造卫星的轨道,当然更离不开牛顿的 伟大成果。


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