Isaac Newton — inglise füüsik ja matemaatik, gravitatsiooniteooria looja
Sir Isaac Newton — inglise füüsik ja matemaatik, gravitatsiooniteooria looja; avastused liikumisseadustes, optikas ja matemaatikas kujundasid moodsa teaduse alused.
Sir Isaac Newton FRS PRS (25. detsember 1642 - 20. märts 1726/27) oli inglise füüsik, matemaatik ja astronoom. Ta on tuntud oma tööde poolest liikumisseaduste, optika, gravitatsiooni ja arvutusarvutuse alal. Newton avaldas 1687. aastal raamatu "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", milles ta esitab oma universaalse gravitatsiooni teooria ja kolm liikumisseadust.
Newton ehitas 1668. aastal esimese praktilise peegeldava teleskoobi. Ta töötas välja ka valguse teooria, mis põhineb tähelepanekul, et prisma lagundab valge valguse vikerkaarevärvideks. Newton jagab koos Gottfried Leibniz'iga ka tunnustust arvutusarvutuse väljatöötamise eest.
Newtoni ideed valguse, liikumise ja gravitatsiooni kohta domineerisid füüsikas järgmised kolm sajandit, kuni Albert Einsteini relatiivsusteooria muutis neid.
Varajane elu ja haridus
Isaac Newton sündis Woolsthorpe'is, Lincolnshire'is. Tema lapsepõlvest: ema oli naasnud uuesti abiellu jätkates, mistõttu Newtoni üleskasvamist mõjutasid perekondlikud olud — suurema osa varasemast elust kasvas ta tädi ja vanaema juures. Ta õppis King's School'is Granthamis ja astus 1661. aastal Cambridge'i Trinity kolledžisse. Üliõpilasena ja eriti 1665–1666. aasta nooduses (paleemiate tõttu) kodus viibides töötas ta mitmete oluliste ideede kallal, mida hiljem arendas edasi Cambridge'is.
Peamised teadustööd ja panused
Liikumisseadused ja gravitatsioon: Newton formuleeris kolm liikumisseadust, mis moodustavad klassikalise mehaanika aluse:
- 1. seadus (inertsiseadus): keha püsib rahus või liigub ühtlase sirgjoonelise liikumisega, kuni mingisugune välisjõud seda ei muuda.
- 2. seadus: jõud on massi ja kiirenduse korrutis (F = m·a) — see seob objekti dünaamika tema tekitatud kiirendusega.
- 3. seadus: igale tegevusele vastab vastassuunaline ja võrdse suurusega vastutegevus.
Newtoni universaalse gravitatsiooni seadus ütleb lühidalt, et iga kaks massi tõmbuvad teineteise poole jõuga, mis on võrdeline nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline kauguse ruuduga. Selle abil selgitati planeetide liikumist ja tuletati Kepleri seadused.
Arvutusarvutus (kalkulus): Newton arendas süstemaatiliselt meetodeid muutuste ja pöördvõrdeliste seoste arvutamiseks — mida tänapäeval nimetatakse kalkuluseks. Samal ajal töötas välja samalaadsed meetodid ka Gottfried Wilhelm Leibniz; kahe meeste vahel tekkinud vaidlus prioriteedi üle oli 18. sajandil tuntud kui kalkuli vaidlus. Leibnizi notaatsioon (d/dx jne.) sai laiemalt kasutusse, kuid Newtoni ideed olid samaaegselt otsustavad matemaatika arengus.
Optika: Newtoni prismakatseted näitasid, et valge valgus koosneb eri värvidest, mida prisma eraldab spektriks. Ta arendas välja korpuskulaarse valgusteooria (valgusosakeste mudeli) ja lõi peegeldusteleskoobi (nn Newtoni teleskoop), mis välistas kromaatilise aberratsiooni, mis oli probleem läätsedest tehtud teleskoopidel.
Matemaatika ja teised uurimised: Newton töötas ka tõevõrduste, binomiaalse tõlgenduse (laiendatud binominaal) ja reaalarvude arenduste kallal, viis läbi täpseid astrofüüsikalisi arvutusi ja arendas meetodeid orbitalise mehaanika jaoks.
Ametid, isiklik elu ja hilisem tegevus
Lisaks teadustööle töötas Newton valitsustöödes: ta oli 1696. aastast Royal Mint'i (Kuninga Münt) Warden ning hiljem Master, kus ta juhtis mündireformi ja võitles võltsimise vastu. 1703. aastal valiti ta Royal Society presidendiks ning ta oli selle asutusena aktiivne kuni eluea lõpuni. 1705. aastal sai temast rüütel (sir Isaac Newton).
Newton tegeles ka alkeemia ja teoloogiliste uurimustega — need pooled tema töödest jäid tema eluajal vähem avalikuks ja mõned olid hiljem vaidlustatud, kuid näitavad tema laia huvide ringi. Ta elas suure osa oma hilisematest aastatest Londonis ja suri 20. märtsil 1726/27; tema matmispaik on Westminsteri kloostris (Westminster Abbey).
Mõju ja pärand
Newtoni töö mõjutas teadust sügavalt: tema seadused ja meetodid olid füüsika, inseneriteaduse ja matemaatika aluseks järgmise kolme sajandi jooksul. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica on sageli nimetatud üheks tähtsaimaks teadusteoseks kõigi aegade jooksul. Kuigi 19. ja 20. sajandil täienes ja mõnes valdkonnas asendus Newtoni raamistik (näiteks elektromagnetism ja Einsteini relatiivsusteooria), jääb tema panus fundamentaalseks ja õpetavaks ning paljud igapäevaelus kasutatavad tehnoloogiad tuginevad Newtoni põhimõtetele.
Lühike kokkuvõte
- Isaac Newton oli inglise teadlane, kes elas 17.–18. sajandil ja kelle tööd tekitasid pöördepunkti loodusteadustes.
- Tuntumad saavutused: kolm liikumisseadust, universaalse gravitatsiooni seadus, Newtoni teleskoop, valguse spektri avastamine ja kalkuluse algtöö.
- Ta oli ka avalikus teenistuses (Royal Mint) ning pälvis tunnustuse ja auastmeid, sh rüütlitiitli ja presidendi koha Royal Society's.
Life
Varajane elu
Isaac Newton sündis (tollal Inglismaal kasutusel olnud Juliuse kalendri järgi) jõulupühal, 25. detsembril 1642 (N.S. 4. jaanuaril 1643) "tund või kaks pärast südaööd" Woolsthorpe'i mõisas Woolsthorpe-by-Colsterworthis, mis on Inglismaal Lincolnshire'i krahvkonnas asuv küla. Tema isa, kelle nimi oli samuti Isaac Newton, suri kolm kuud enne tema sündi. Kui Newton oli kolmeaastane, abiellus tema ema Hannah Ayscough uuesti pastor Barnabas Smithiga. Noor Newton jäi oma emapoolse vanaema Margery Ayscough' juurde.
Aastatel 1655-1659 sai Newton haridust The King's School'is, Granthamis. Kui ta oli seitsmeteistkümneaastane, kõrvaldati ta koolist. Tema ema püüdis temast teha talupidaja, kuid see ei meeldinud talle. Henry Stokes, The King's School'i direktor, palus emal saata ta tagasi kooli.
Juunis 1661 saadeti ta Cambridge'i ülikooli õppima. Mõnikord räägitakse, et Isaac Newton luges raamatut puu all, kui tema kõrvale kukkus puu õun. See viis tema gravitatsioonialaste arvutusteni.
Varajased avastused
Newton selgitas universumi toimimist matemaatika abil. Ta kirjeldas liikumise ja gravitatsiooni seadusi. Need seadused on matemaatilised valemid, mis selgitavad, kuidas objektid liiguvad, kui neile mõjub jõud. Isaac avaldas oma kuulsaima raamatu "Principia" 1687. aastal, kui ta oli Cambridge'iTrinitykolledži matemaatikaprofessor. Principia's selgitas Isaac kolme põhilist seadust, mis reguleerivad objektide liikumist. Seejärel kirjeldas ta oma ideed ehk teooriat gravitatsiooni kohta. Gravitatsioon on jõud, mis põhjustab esemete kukkumist. Kui pliiats kukub laualt maha, siis maandub see põrandale, mitte lakke. Oma raamatus kasutas Isaac oma seadusi ka selleks, et näidata, et planeedid tiirlevad ümber päikese ovaalsetel, mitte ümmargustel orbiitidel. Isaac avastas ka difraktsiooni. See viis teda füüsikasse, kus ta jõudsalt tegutses.
Newtoni kolm liikumisseadust
Järgnevalt on esitatud kolm liikumisseadust.
- Esimene seadus (inertsuse seadus)
Newtoni esimene liikumisseadus sätestab, et objekt, mida mingi jõud ei lükka ega tõmba, jääb paigale või liigub sirgjooneliselt ja ühtlase kiirusega. On lihtne mõista, et rakett ei liigu, kui seda ei lükka või tõmba miski. Keerulisem on mõista, et objekt jätkab liikumist ilma abita. Mõelge uuesti raketile. Kui keegi lendab raketiga ja hüppab maha enne, kui rakett peatub, mis juhtub? Rakett jätkab liikumist, kuni ta läheb kosmosesse. Objekti kalduvust jääda paigale või liikuda sirgjoonel püsiva kiirusega nimetatakse inertsuseks.
- Teine seadus (kiirenduse seadus)
Teine seadus selgitab, kuidas jõud mõjub objektile. Objekt kiireneb selles suunas, milles jõud teda liigutab. Kui keegi astub jalgratta selga ja lükkab pedaale ettepoole, hakkab jalgratas liikuma. Kui keegi annab jalgrattale tagantpoolt tõuke, kiireneb jalgratas. Kui rattur lükkab pedaale tagasi, aeglustub jalgratas. Kui rattur keerab juhtrauda, muudab jalgratas suunda. Seda seadust näitab valem F=m*a ehk objektile mõjuv jõud on võrdne massi ja kiirenduse korrutisega.
- Kolmas seadus (vastastikuste toimingute seadus)
Kolmas seadus ütleb, et kui objekti lükatakse või tõmmatakse, siis lükatakse või tõmmatakse seda objekti võrdselt vastupidises suunas. Kui keegi tõstab rasket kasti, kasutab ta selle ülespoole lükkamiseks jõudu. Karbi on raske, sest see tekitab tõstja kätele võrdse jõu allapoole. Raskus kandub tõstja jalgade kaudu põrandale. Põrand surub võrdse jõuga ülespoole. Kui põrand suruks tagasi väiksema jõuga, kukuks kasti tõstev inimene läbi põranda. Kui see suruks tagasi suurema jõuga, lendaks tõstja õhku.
Gravitatsiooniseaduse avastamine
Kui enamik inimesi mõtleb Isaac Newtonile, siis meenub neile, kuidas ta istub õunapuu all ja vaatab, kuidas õun kukub. Mõned inimesed usuvad isegi, et õun kukkus talle pähe. Newton mõistis, et see, mis paneb asju, näiteks õunu, maapinnale kukkuma, on teatud liiki jõud - jõud, mida me nimetame gravitatsiooniks. Newton arvas, et gravitatsioon on kahe objekti, näiteks õuna ja maa vaheline tõmbejõud. Ta arvas ka, et suurema ainega objekt avaldab väiksematele objektidele sama suurt jõudu, kui need talle avaldavad. See tähendas, et Maa suur mass tõmbas esemeid enda poole. Seetõttu kukkus õun alla, mitte üles, ja seetõttu ei hõlju inimesed õhus.
Isaac Newton mõtles edasi gravitatsiooni üle. Enne Newtoni arvasid inimesed, et ainult maa lähedal olevad objektid kukuvad alla. Kuid Newton arvas, et gravitatsioon ei tohiks piirduda ainult Maa ja sellel asuvate objektidega. Mis oleks, kui gravitatsioon ulatuks ka Kuule ja kaugemale?
Newton leiutas valemi kahe keha vahelise tõmbejõu arvutamiseks. Ta kasutas seda selleks, et arvutada jõud, mis on vajalik Kuu liikumiseks ümber Maa. Seejärel võrdles ta seda jõuga, mis pani õuna alla kukkuma. Pärast seda, kui ta arvestas, et Kuu on Maast palju kaugemal ja tema mass on palju suurem, avastas ta, et need jõud on samad. Kuu on Maa gravitatsiooni mõjul Maa ümber orbiidil.
Newtoni leiutatud valemit nimetatakse gravitatsiooniseaduseks.
Mõju
Isaac Newtoni arvutused muutsid inimeste arusaamist universumist. Keegi ei olnud suutnud seletada, miks planeedid püsivad oma orbiitidel. Mis hoidis neid paigal? Vähem kui 50 aastat enne Isaac Newtoni sündi arvati, et planeete hoiab paigal nähtamatu kilp. Isaac tõestas, et neid hoiab paigal päikese gravitatsioon. Ta näitas ka, et gravitatsioonijõud mõjutab kaugust ja massi. Ta ei olnud esimene, kes mõistis, et planeedi orbiit ei ole ringikujuline, vaid pigem piklik, nagu ovaalne. Tema ülesanne oli selgitada, kuidas see toimib.
Sir Isaac Newton avastas esimesena gravitatsiooni- ja liikumisseadused. Ta rajas ka uue matemaatika valdkonna, mida tuntakse kalkulatsiooni nime all, kuigi sakslane Gottfried Leibniz oli samal ajal arendanud selle ideid. Tema töö on andnud suure panuse teaduse ja matemaatika valdkondadesse, mis teeb temast ühe inimkonna ajaloo mõjukaima teadlase ja ühe kõigi aegade suurima matemaatiku.
Suur füüsik Albert Einstein arvas, et Newtoni idee gravitatsioonist ei olnud täiesti täpne. Ta parandas paljusid asju, mida Newton tegi.
Surm
Isaac Newton suri (1727-03-31)31. märtsil 1727 [O.S. 20. märts 1726] Londonis, Inglismaal.
Ta on maetud Westminsteri kloostrisse. Ta pani aluse paljudele tulevastele kuulsatele füüsikutele, nagu Albert Einstein, James Chadwick ja Stephen Hawking.
Küsimused ja vastused
K: Kes oli Sir Isaac Newton?
V: Sir Isaac Newton oli inglise füüsik, matemaatik ja astronoom.
K: Mille poolest on ta tuntud?
V: Ta on tuntud oma tööde poolest, mis käsitlevad liikumisseadusi, optikat, gravitatsiooni ja arvutust.
K: Millise raamatu avaldas ta 1687. aastal?
V: 1687. aastal avaldas Newton raamatu "Philosophiو Naturalis Principia Mathematica", milles ta esitab oma universaalse gravitatsiooniteooria ja kolm liikumisseadust.
K: Mida ta 1668. aastal leiutas?
V: 1668. aastal ehitas Newton esimese praktilise peegeldava teleskoobi.
K: Kuidas seletas Newton valgust?
V: Newton töötas välja valguse teooria, mis põhineb tähelepanekul, et prisma lagundab valge valguse vikerkaarevärvideks.
K: Kes veel jagab temaga koos kiitust arvutusarvutuse väljatöötamise eest?
V: Newton jagab arvutuskäigu väljatöötamise eest tunnustust Gottfried Leibniziga.
K: Kui kaua domineerisid tema ideed füüsikas, kuni neid muutis Albert Einsteini relatiivsusteooria?
V: Tema ideed valguse, liikumise ja gravitatsiooni kohta domineerisid füüsikas järgmised kolm sajandit, kuni Albert Einsteini relatiivsusteooria neid muutis.
Otsige