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牛頓發現了萬有引力用英語怎麼說(牛頓發現了萬有引力)

2023-07-24 15:32:18


牛頓在1687年出版了一本書,叫《自然哲學的數學原理》。這本書裡面提出了一個石破天驚的理論,叫萬有引力定律。

說這個理論是石破天驚一點也沒有誇大其詞,因為萬有引力的發現,是17世界自然科學最偉大的成果之一,這個理論第一次把地面上的物體運動和天體運動規律統一起來考慮,揭示了自然界中第一種相互作用力的規律,是人類認識自然的一座裡程碑。

在以後的300多年時間裡,萬有引力定律成為所有科學最實用的一個理論,是大部分物理學最重要的基石。

這個理論說起來很簡單,概括起來就是一句話:萬有引力與兩個相互作用物體的質量乘積成正比,與它們的距離平方成反比。

計算公式為F=GMm/R^2

式中,F是萬有引力的大小;G為引力常量,即G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2;M和m為兩個相互作用的物體質量,R為相互作用兩個物體之間的距離。

但在當時,上述萬有引力精準的公式並沒有得到,牛頓的萬有引力計算公式只是:F∝mM/r^2

也就是說引力是正比於相互作用物體質量,反比於物體之間的距離平方。

道理是對的,但無法精準的計量。

這其中就是因為缺少了一個引力常量「G"。

這個G本來很好得出,只要測出兩個物體的質量和它們之間的距離,再測出它們之間的引力,代入萬有引力定律,這個G就出來了。但由於地球上一般的物體質量太小,它們之間的引力也微乎其微,實在沒有找到方法能夠測量出來;而天體質量又太大了,那時有沒有辦法測出其質量,所以這個公式就無法完善。

科學家們為此苦惱了一個世紀。一直到1798年,在牛頓逝世70年後,英國人卡文迪許才用他的扭秤實驗,結束了這種狀態。

卡文迪許用扭秤實驗,精準的得出了引力常量「G」的數值為6.754×10^-11N·m^2/kg^2,現代經過精準的調校,最新推薦標準為G=6.67259×10^-11N·m^2/kg^2,通常取值為6.67×10^-11N·m^2/kg^2。

如果用釐米克秒制表述則為G=6.67×10^-8 dyn·cm^2/g^2。

牛頓發現了萬有引力定律後,一直難以精確量化引力的大小,為此科學家們苦惱了100年,都沒有找到一個好方法來驗證這個在地球上微乎其微的引力。

卡文迪許是個科學怪傑,他決定來解決這個問題,鼓搗了若干年,他弄出了一個扭秤,採用引力扭動金屬線的方法,並且用光學方法放大了這種細微的扭動,驗證了牛頓萬有引力定律的正確性,並且測出了萬有引力常量,取得的數值與現代精準數值非常接近。

著名的卡文迪許扭秤實驗做法如下:

將兩個小金屬球固定在一根長6英尺木棒的兩端,像個啞鈴形狀,並在木棒的中間用金屬線吊起來;再將兩個重350磅的銅球放在相當近的地方,這兩個大球將產生引力讓綁著小球木棒轉動,這樣就扭動了金屬線。

這個裝置最關鍵的部分是在扭動的金屬線裝置的T型架上,有一面鏡子,會隨著金屬線的扭動而轉動。然後讓一束光射到鏡子上,鏡子則把這束光反射到較遠的刻度上,這樣放大了扭動的效果,從而能夠準確的測量出扭動角度的數值。

然後根據牛頓外有引力定律,就能夠算出它們之間的引力常量。

一個偉大的結果就這樣誕生了,有了這個精確地常量,萬有引力理論如虎添翼,指導著人類文明的進程,一直到今天。

從此,人們根據物體的質量和它們之間的距離,就能夠準確的計算出它們之間的萬有引力;反之,也能夠從萬有引力的大小,得出萬有引力與質量和距離的相關性結果。

其實牛頓的萬有引力定律也是繼承了胡克、哈雷等一些科學家的研究成果,但牛頓完美的詮釋了這個定律。

牛頓的萬有引力定律問世後,哈雷用這個定律測算出了哈雷彗星的軌道周期約為76年,並在哈雷逝世後,這顆彗星如期而至,引起整個歐洲轟動,為此人們把這顆彗星命名為「哈雷」。這個結果驗證了萬有引力的正確性。

天王星是比海王星更早發現的,天文學家們發現根據萬有引力定律,天王星的軌道不正確,難道是萬有引力有問題?

後來英國劍橋大學生亞當斯通過計算和研究,得出天王星附近還有一顆行星,是這顆行星影響了天王星的軌道。根據亞當斯的測算數據,天文臺的研究人員用望遠鏡找到了海王星。

當時轟動了世界,這個發現成為萬有引力定律最輝煌的一次勝利。

即便到了今天,在天文發現和觀測方面,萬有影定律依然有著無法替代的作用。愛因斯坦發現了萬有引力的本質是質量對時空造成的擾動,並且修正了經典力學在高速狀態的一些誤差,這並沒有否定萬有引力的偉大意義。

就是這樣,歡迎討論。

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