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星言星语和星月(286):万有引力的故事

已有 1351 次阅读 2023-8-20 21:11 |个人分类:人在旅途|系统分类:科普集锦

又是一个凉爽而宁静的夜晚,又是我们全家散步的时光。爷爷说:“星语,再给我讲个故事,还是关于科学概念的。算是第二个吧。”

“好的,爷爷,讲什么呢?”

“万有引力如何?”

这是个耳熟能详的经典,大家的第一想法一定是牛顿被苹果砸到的故事。其实,这只不过是后人的形象说法,大约是这么一件事:

有一天,牛顿和一个熟人站在一颗苹果树下。这时,恰好一个苹果掉了下来。牛顿看到了,问旁边的那个人:“苹果为什么会从树上掉下来?”

“因为苹果熟了。”

牛顿又问:“苹果为什么往地上掉,而不是往天上飞呢?”

那人很诧异,心想这是常识,但对牛顿这个权威也不敢轻易否定。他当然不知道牛顿正在思考的是伟大的科学问题——万有引力。

什么是“万有引力”?

万有引力又称万有引力定律,是牛顿1687年在《自然哲学的数学原理》所公布的伟大发现:任何两个质点都存在通过其连心线方向上的相互吸引的力。该引力大小与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

从1665年至1685年,牛顿花了整整20年的时间,才沿着离心力→向心力→重力→万有引力概念的演化顺序,终于提出“万有引力”这个严谨的科学概念。1665-1666年,牛顿应用离心力定律和开普勒第三定律,只能证明圆轨道上的而不是椭圆轨道上的引力平方反比关系。1679年,他开始应用开普勒第二定律,但是在证明方法上没有突破。到了1684年1月,哈雷、雷恩、胡克和牛顿都能够证明圆轨道上的引力平方反比关系,都已经知道椭圆轨道上遵守引力平方反比关系,但到最后,只有牛顿才根据开普勒第三定律、从离心力定律演化出的向心力定律和数学上的极限概念或微积分概念,才用几何法证明了这个难题。

所以,就有了我们所知道的那句牛顿的经典名言:“如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上。”



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1 郑永军

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