万有引力的前世今生
相信大家对牛顿的万有引力公式并不会感到陌生
但是这个公式究竟是怎么来的呢?
一般的教科书都没有做过介绍。实际上,不是应为各教科书的编者懒,而是因为要解释这个公式的来源,确实要花上一番功夫。那么,下面我就向大家稍稍介绍一下这个公式的由来。
关于之前的地心说与日心说的部分就省略了...我们直接进入正题:
1609年,开普勒在他出版的《新天文学》上发表了关于行星运动的两条定律:
①椭圆定律:所有行星绕太阳的轨道都是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。
②面积定律:行星和太阳的连线在相等的时间间隔内扫过相等的面积。
③行星绕太阳一周时间的平方与它们轨道长半轴的立方成比例,即
开普勒的椭圆模型是从大量观测数据中总结出来的,并不需要什么推导。但我们的万有引力公式,确实基于这三大定律推导出来的。
1680年后,牛顿、胡克、哈雷和雷恩等人几乎都猜到了星体之间的与它们之间成反比。并将其称为
我们知道律指出:行星的运行轨道是一个椭圆。。那么肯定有行星运动在近似圆的轨道上。又可由开知:他们的速度处处相等。那么就有V=2πr/T (速度等于路程?时间)
把圆轨道上的行星速度V=2πr/T带入上式:
又因为
那么上面式子中除了1/r^2的部分都为常数,即:
这样也就证出了在上运行的行星满足平方反比律。而自然规律肯定是固有的,不会变化的。那么很容易就能想到在普遍情况下,平方反比律也是正确的。
有了平方反比律,公式其他部分是很好想到的。
牛顿从下落的苹果中思考出:星体间的引力与重力其实是一种力。那么从越重的物体所受力越大这一点可以推出:物体。那么反过来,地球也受物体引力,那么。所以
至于如何证明在一般的椭圆,甚至一般二次曲线的情况下,平方反比律的正确性。就不是三言两语说得清楚的了...而且牛顿的证明方法需要用到,现在人一般很难接受,而且不严谨...
下面我放上一张比较简单的证明方法,有兴趣的人可以看看(我是理解不了了( ̄へ ̄))
还有,这个其实并不是牛顿最后的证明过程.
最后向大家推荐一款游戏:《牛顿和苹果树》
讲述的是男主穿越到17世纪,与牛顿发生爱情的故事(快把牛顿的棺材板按住!)。那些与牛顿同时代的科学家在游戏里也有出现,而且大部分可以被攻略←_←...。
如果你想更多的了解17世纪剑桥大学里发生的故事,这个galgame是给不错的选择(在满足生理需求时又学习了知识...)。该款游戏会在6月22日在steam上发售,英文名为newton and the apple tree。
哈哈,你以为这就完了,让我放点牛顿的证明过程出来:
这是剑桥大学图示馆里关于《自然哲学的数学原理》一书的链接:
https://ebooks.adelaide.edu.au/n/newton/isaac/mathematical-principles-of-natural-philosophy/complete.html