القصة

نيوتن وجاليليو والجاذبية

نيوتن وجاليليو والجاذبية



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أحد الأشياء القليلة التي أتذكرها من فصل الفيزياء بالمدرسة الثانوية هو أن أستاذي أخبرني أن نيوتن اكتشف أشياء مثل القانون العالمي للجاذبية لمجرد أن فرضيته الأولية كانت صحيحة. افترض نيوتن أن "الأشياء التي تتحرك في خط مستقيم تميل إلى الاستمرار في التحرك ما لم تضطر إلى التوقف". فشل الجميع قبل نيوتن أساسًا لأن فرضيتهم الأولية "الأشياء تتحرك في خط مستقيم تميل إلى التباطؤ والتوقف وما لم تضطر إلى الاستمرار في التحرك" كانت خاطئة وهذه القائمة من الإخفاقات تشمل جاليليو. ارتكب جيليليو هذا الخطأ ، وبالتالي توج التاريخ نيوتن بهذا الإنجاز بدلاً من جاليليو على الرغم من أن جاليليو كان قريبًا جدًا.

لكن إجابة توماس بورنين هنا تقول أن جاليليو قد اتخذ الافتراض الصحيح. لذا فإن أسئلتي هي ، هل قدم جاليليو الافتراض الصحيح أم الافتراض الخاطئ؟ إذا قدم الافتراض الصحيح ، فما الذي منعه من معرفة قانون الجاذبية العامة؟ لماذا منعه من التتويج أمام نيوتن؟ سيكون من الرائع أن تكون الإجابة مدعومة بنوع من الأدلة / المراجع التاريخية.


مبدأ القصور الذاتي

كان جاليليو من أوائل المدافعين البارزين عن مبدأ القصور الذاتي - وقد صرح تقريبًا أن الأشياء تستمر في التحرك بشكل طبيعي بدلاً من التباطؤ بشكل طبيعي. في رده على Ingoli عام 1624 ، وصف تجربة محددة ، ادعى أنه نفذها ، حيث تم إسقاط صخرة من سارية سفينة متحركة ، وضرب قاعدة الصاري بدلاً من خلفها. (في كتابات من هذا العصر ، من الصعب أحيانًا معرفة ما هي التجربة الفكرية وما هي التجربة الحقيقية.) ارتبطت آرائه حول القصور الذاتي بدفاعه عن الكوبرنيكية ، والذي كان بدوره عاملًا رئيسيًا واحدًا على الأقل أوقعه في المشاكل. مع الكنيسة. لم يفهم جاليليو القصور الذاتي في التفاصيل الرياضية ، ولم يفهم بوضوح في الجسيمات أنه ينطبق فقط على الحركة الخطية ، وليس الحركة الدائرية.

الجاذبية

إذا قدم الافتراض الصحيح ، فما الذي منعه من معرفة قانون الجاذبية العامة؟

عاش جاليليو بعد براهي وكان معاصرًا لكبلر. لذا كان لدى جاليليو البيانات المتعلقة بحركة الكواكب ، لكن ما كان يفتقر إليه هو الرياضيات (حساب التفاضل والتكامل) والفيزياء (قانون نيوتن الأول والثاني). بدون هذه المكونات ، لم يكن من الممكن له أن يكتشف ، كما فعل نيوتن ، أن قانون قوة التربيع العكسية من شأنه أن يفسر الحركة المرصودة للكواكب. حتى بعد ذلك بوقت طويل ، خلال حياة نيوتن ، كانت فكرة قانون التربيع العكسي في الهواء وشكوك على نطاق واسع ، لكن نيوتن فقط كان لديه الأدوات لربط كل شيء معًا.


افترض نيوتن أن "الأشياء التي تتحرك في خط مستقيم تميل إلى الاستمرار في التحرك ما لم تضطر إلى التوقف"

هذا هو قانونه الأول كما هو مذكور في نيوتن مبادئ في عام 1666 ؛ ولكن قبل 20 عامًا ، أثناء الحرب الأهلية الإنجليزية ، كتب هوبز في كتابه ليفياثان:

أنه عندما يظل الشيء ثابتًا ، ما لم يحركه شيء آخر ، فإنه سيظل ثابتًا إلى الأبد ، وهي حقيقة لا يشك فيها أحد.

كانت هذه في الواقع حقيقة أسسها أرسطو لأول مرة. ولكن فقط على الأرض. في السماء افترض أن الحركة الطبيعية ليست راحة بل حركة دائرية. ومع ذلك ، يذهب هوبز ليقول:

لكن [الافتراض] أنه عندما يكون الشيء في حالة حركة ، فإنه سيكون في حالة حركة إلى الأبد ما لم يبقه شيء آخر ، على الرغم من أن السبب هو نفسه (أي أن لا شيء يمكن أن يغير نفسه) ، ليس من السهل الموافقة عليه.

ومن المعروف أيضًا أن نيوتن قرأ قصيدة لوكريتيوس الكونية الملحمية دي ريرم ناتورا حول النظرية الذرية الأبيقورية للمادة:

ينزل العرض الافتتاحي للكتاب 2 في تفاصيل سلوك الذرات وصفاتها. إنها في حركة دائمة بسرعة هائلة ، لأنها في الفراغ لا تحصل على مقاومة من الوسط ، وعندما تصطدم لا يمكن إلا أن تنحرف ، لا تتوقف.

وهكذا فإن الاحتكاك (تصادم في كلماته) هو الذي يبطئ حركة الذرات ؛ من الجدير الإشارة إلى مدى قربه من نظرية 19C الذرية للمادة كما طورها Boyle & Dalton:

يمنحهم وزنهم ميلًا متأصلًا للتحرك لأسفل ، لكن الاصطدامات يمكن أن تحول تلك الحركات في اتجاهات أخرى. والنتيجة هي أنه عندما تكون الذرات في ترتيب كوني ، تبني أنماطًا معقدة ومستقرة نسبيًا للحركة ، والتي تظهر لنا على المستوى المجهري كحالات راحة أو حركة لطيفة نسبيًا.

كان جاسندي في نفس الوقت الذي كان يكتب فيه هوبز هو الذي جعل الذرية محترمة مرة أخرى في أوائل أوروبا الحديثة:

السمة الأساسية للذرات التي تقوم بأكبر قدر من العمل في فيزياء غاسندي ... هي وزنها المتأصل ، الذي يمنحها ميلًا طبيعيًا جوهريًا للحركة.

وطور فكرة ثابت حركة:

بالنظر إلى هذا الاتجاه ، فإن السكون الذري إما مؤقت أو مجرد وهم. الوزن الذري لا يؤدي فقط إلى قدرة بسيطة لـ ثابت الحركة ، ولكن أيضًا لمجموعة من السلوكيات الأكثر تعقيدًا:

من الجدير بالذكر أيضًا أن أرسطو كان لديه نظرية في الجاذبية - الحركة الطبيعية للأجسام ؛ رغم أنه بالطبع لم يسميها بهذا الاسم. إنجاز نيوتن ل التعميم تلك الظواهر لقد اخترق الانقسام بين الكرة السماوية والأرضية - وبالتالي "الجاذبية الشاملة".


الجاذبية والجاذبية

الفيلسوف اليوناني أرسطو (384 & ndash322 قبل الميلاد.) ، باتباع التقاليد السابقة ، أن العالم المادي يتكون من أربعة عناصر: الارض, ماءوالهواء والنار. على سبيل المثال ، كانت الصخرة في الغالب ترابًا مع القليل من الماء والهواء والنار ، وكانت السحابة في الغالب عبارة عن هواء وماء مع القليل من الأرض والنار. كان لكل عنصر مكان طبيعي أو مناسب في الكون تنتمي إليه الأرض المائلة تلقائيًا في المركز ذاته ، والمياه في طبقة تغطي الأرض ، والهواء فوق الماء ، والنار فوق الهواء. كان لكل عنصر ميل طبيعي للعودة إلى مكانه الصحيح ، بحيث ، على سبيل المثال ، الصخور سقطت نحو المركز واشتعلت النار فوق الهواء. كان هذا أحد أقدم التفسيرات للجاذبية: كان الميل الطبيعي للعناصر الأثقل ، الأرض والماء ، للعودة إلى مواقعها الصحيحة بالقرب من مركز الكون. كانت نظرية أرسطو لقرون تؤخذ على أنها تعني أن الأجسام ذات الأوزان المختلفة يجب أن تسقط بسرعات مختلفة ، أي أن الجسم الأثقل يجب أن يسقط بشكل أسرع لأنه يحتوي على المزيد من العناصر المركزية ، الأرض والماء. ومع ذلك، هذا ليس صحيحا. الأشياء ذات الأوزان المختلفة تقع ، في الواقع ، في نفس الوقت معدل. (هذا البيان لا يزال فقط تقريب، مع ذلك ، لأنه يفترض أن الأرض ثابتة تمامًا ، وهي ليست كذلك. عندما يتم إسقاط جسم ما ، تتسارع الأرض "لأعلى" تحت تأثير جاذبيتها المتبادلة ، تمامًا كما "يسقط" الجسم ، ويلتقيان في مكان ما في المنتصف. لجسم أثقل ، هذا الاجتماع هل تحدث بشكل أسرع قليلاً من الأجسام الخفيفة ، وبالتالي ، فإن الأجسام الثقيلة تسقط في الواقع أسرع قليلاً من الأجسام الخفيفة. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، لا يمكن قياس حركة الأرض للأجسام "المسقطة" التي يقل حجمها عن حجم الكوكب ، ولذا فمن الدقة القول بأن جميع صغير تسقط الأشياء بنفس المعدل ، بغض النظر عن كتلتها.)

شمل نموذج أرسطو للكون أيضًا قمر, الشمسوالكواكب المرئية والنجوم الثابتة. افترض أرسطو أن هذه كانت خارج طبقة النار وأنها مصنوعة من عنصر خامس ، و الأثير أو quintessence (المصطلح مشتق من التعبير اللاتيني كينتا اسينتيا، أو الجوهر الخامس، التي استخدمها مترجمي أرسطو في العصور الوسطى). كانت الأجرام السماوية تدور حول الأرض مرتبطة بكرات أثيرية متداخلة متمركزة على الأرض. لم تكن هناك حاجة لقوى للحفاظ على هذه الحركات ، حيث تم اعتبار كل شيء مثاليًا وغير متغير ، بعد أن تم ضبطه حركة بواسطة رئيس المحرك و [مدش] الله.

تم قبول أفكار أرسطو في أوروبا والشرق الأدنى لعدة قرون ، حتى طور عالم الفلك البولندي نيكولاس كوبرنيكوس (1473 و ndash1543) نموذجًا مركزيًا للشمس (محوره الشمس) ليحل محل مركز الأرض (المتمركز حول الأرض) الذي كان المفهوم الكوني السائد منذ زمن أرسطو. (علماء الفلك غير الأوروبيين الذين ليسوا على دراية بأرسطو ، مثل الصينيين والأزتيك ، طوروا نماذج مركزية الأرض لنموذجهم الذي لم يكن موجودًا قبل كوبرنيكوس.) وضع نموذج كوبرنيكوس الشمس في مركز الكون ، مع كل الكواكب التي تدور حولها الشمس في دوائر كاملة. كان هذا التطور بمثابة تغيير جذري عن النموذج السابق الذي يطلق عليه الآن الثورة الكوبرنيكية. لقد كان بناءًا فكريًا بارعًا ، لكنه لم يفسر بعد سبب دوران الكواكب حول الشمس ، بمعنى سبب قيامهم بذلك.

بينما كان العديد من العلماء يحاولون تفسير هذه الحركات السماوية ، كان آخرون يحاولون فهم ميكانيكا الأرض. يبدو أن الحقيقة المنطقية هي أن الأجسام الثقيلة تسقط أسرع من الأجسام الخفيفة من نفس الكتلة: أسقط ريشة وحصاة متساوية الكتلة ولاحظ أيهما يضرب الأرض أولاً. الخطأ في هذه التجربة هو أن مقاومة الهواء تؤثر على معدل سقوط الأجسام. ماذا عن تجربة أخرى ، واحدة تلعب فيها مقاومة الهواء دورًا أصغر: ملاحظة الفرق بين إسقاط صخرة كبيرة وصخرة متوسطة؟ هذه تجربة سهلة التنفيذ ، والنتائج لها آثار عميقة. في وقت مبكر من القرن السادس ميلادي. ادعى يوهانس فيليبونوس (490 & ndash566) أن الاختلاف في أوقات الهبوط كان صغيرًا بالنسبة للأجسام ذات الوزن المختلف ولكن ذات الشكل المتشابه. صديق جاليليو ، الفيزيائي الإيطالي جيامباتيستا بينيديتي (1530 & ndash1590) ، عام 1553 ، والفيزيائي الهولندي سيمون ستيفين (1548 & ndash1620) ، في عام 1586 ، نظر أيضًا في مشكلة سقوط الصخور وخلص إلى أن معدل السقوط مستقل عن الوزن. ومع ذلك ، فإن الشخص الأكثر ارتباطًا بمشكلة سقوط الجسم هو الفيزيائي الإيطالي جاليليو جاليلي (1564 & ndash1642) ، الذي راقب بشكل منهجي حركة الأجسام الساقطة. (من غير المحتمل أن يكون قد أسقط بالفعل أوزانًا من برج بيزا المائل ، لكنه كتب بالفعل أنه يمكن إجراء مثل هذه التجربة).

نظرًا لأن الأجسام تتسارع (تتسارع) بسرعة أثناء السقوط ، وكان غاليليو مقصورًا على الملاحظة بالعين المجردة بواسطة تقنية عصره ، فقد درس الحركات الأبطأ للبندولات والأجسام التي تتدحرج وتنزلق إلى أسفل. من نتائجه ، صاغ جاليليو قانونه الخاص بالأجساد المتساقطة. ينص هذا على أنه بغض النظر عن مقاومة الهواء ، فإن الأجسام في حالة السقوط الحر تتسارع بشكل ثابت التسريع (معدل التغيير ● السرعة) مستقلة عن وزنها أو تكوينها. يتم إعطاء الرمز التسارع الناتج عن الجاذبية بالقرب من سطح الأرض ز وتبلغ قيمته حوالي 32 قدمًا في الثانية في الثانية (9.8 م / ث 2 ) هذا يعني أنه بعد ثانية واحدة من الإطلاق يتحرك الجسم الساقط بسرعة 10 م / ث بعد ثانيتين ، 20 م / ث بعد 10 ثوان ، 100 م / ث. أي ، بعد السقوط لمدة 10 ثوانٍ ، ينخفض ​​بسرعة كافية لعبور طول ملعب كرة قدم في أقل من ثانية واحدة. كتابة الخامس لسرعة سقوط الجسم و ر منذ بداية السقوط الحر ، لدينا الخامس = جي تي.

حدد جاليليو أيضًا معادلة لوصف المسافة د أن جسدًا يقع في وقت معين:

أي ، إذا أسقط أحد شيئًا ، فإنه بعد ثانية واحدة يسقط حوالي 5 أمتار بعد ثانيتين ، 20 مترًا وبعد 10 ثوانٍ ، 500 متر.

قام جاليليو بعمل ممتاز في وصف تأثير الجاذبية على الأجسام الموجودة على الأرض ، ولكن لم يكن الأمر كذلك حتى قام الفيزيائي الإنجليزي إسحاق نيوتن (1642 & ndash1727) بدراسة المشكلة التي تم فهمها فقط إلى أي مدى تكون الجاذبية العالمية. تقول قصة قديمة أن نيوتن فهم فجأة الجاذبية عندما سقطت تفاحة من أ شجرة وضربته على رأسه قد لا تكون هذه القصة صحيحة تمامًا ، لكن نيوتن قال إن تفاحة ساقطة ساعدته على تطوير نظريته في الجاذبية.


الوزن والكتلة

الوزن دبليو من الجسم يمكن قياسه بالقوة المتساوية والعكسية اللازمة لمنع التسارع الهابط مز. نفس الجسم الموضوع على سطح القمر له نفس الكتلة ، ولكن بما أن القمر تبلغ كتلته حوالي 1 /81 ضعف قطر الأرض ونصف قطرها 0.27 فقط ، ويبلغ وزن الجسم على سطح القمر 1 /6 وزنه الأرضي ، كما أوضح رواد فضاء برنامج أبولو. الركاب والأدوات الموجودة في الأقمار الصناعية التي تدور في مدار في حالة سقوط حر. إنهم يعانون من ظروف انعدام الوزن على الرغم من أن كتلهم تظل كما هي على الأرض.

يمكن استخدام المعادلتين (1) و (2) لاشتقاق قانون كبلر الثالث في حالة المدارات الكوكبية الدائرية. باستخدام التعبير عن العجلة أ في المعادلة (1) لقوة الجاذبية للكوكب جيمصمس/ص 2 مقسومة على كتلة الكوكب مص، المعادلة التالية ، والتي فيها مس هي كتلة الشمس ، يتم الحصول عليها:

يعتمد قانون كبلر الثاني المهم جدًا فقط على حقيقة أن القوة بين جسدين على طول الخط الذي يربط بينهما.

وهكذا كان نيوتن قادرًا على إظهار أن جميع قوانين كبلر الثلاثة المشتقة بالملاحظة تتبع رياضيًا من افتراض قوانينه الخاصة للحركة والجاذبية. في جميع ملاحظات حركة جرم سماوي ، فقط نتاج جي ويمكن العثور على الكتلة. قدر نيوتن أولاً حجم جي بافتراض أن متوسط ​​كثافة كتلة الأرض يبلغ حوالي 5.5 أضعاف كثافة الماء (أكبر إلى حد ما من كثافة الصخور السطحية للأرض) وبحساب كتلة الأرض من هذا. ثم أخذ مه و صه ككتلة الأرض ونصف قطرها ، على التوالي ، قيمة جي كنت التي تقترب عدديًا من القيمة المقبولة البالغة 6.6743 × 10 −11 م 3 ث −2 كجم -1 ، تم قياسها أولاً مباشرة بواسطة هنري كافنديش.

مقارنة المعادلة (5) لتسريع سطح الأرض ز مع ال ص 3 /تي نسبة 2 للكواكب ، صيغة نسبة كتلة الشمس مس لكتلة الأرض مه تم الحصول عليها من حيث الكميات المعروفة ، صه كونه نصف قطر مدار الأرض:

تخضع حركات أقمار المشتري (التي اكتشفها جاليليو) حول المشتري لقوانين كبلر تمامًا كما تفعل الكواكب حول الشمس. وهكذا ، حسب نيوتن أن كوكب المشتري ، الذي يبلغ نصف قطره 11 مرة أكبر من الأرض ، كان أكبر 318 مرة من الأرض ولكن فقط 1 /4 كثيفة.


تلسكوب إسحاق نيوتن & # x2019s ودراسات على الضوء

عاد نيوتن إلى كامبريدج عام 1667 وانتخب زميلًا ثانويًا. قام ببناء أول تلسكوب عاكس في عام 1668 ، وفي العام التالي حصل على درجة الماجستير في الآداب وتولى منصب أستاذ كامبريدج والرياضيات في جامعة كامبريدج. عندما طُلب منه تقديم عرض تلسكوبه إلى الجمعية الملكية في لندن عام 1671 ، تم انتخابه في الجمعية الملكية في العام التالي ونشر ملاحظاته حول البصريات لأقرانه.

من خلال تجاربه مع الانكسار ، حدد نيوتن أن الضوء الأبيض مركب من جميع ألوان الطيف ، وأكد أن الضوء يتكون من جسيمات بدلاً من موجات. أثارت أساليبه توبيخًا حادًا من عضو المجتمع المؤسس روبرت هوك ، الذي كان قاسياً مرة أخرى مع ورقة متابعة نيوتن في عام 1675. اشتهر نيوتن بدفاعه المزاجي عن عمله ، انخرط في مراسلات ساخنة مع هوك قبل أن يعاني من انهيار عصبي وانسحاب من نظر الجمهور عام 1678. في السنوات التالية ، عاد إلى دراساته السابقة حول القوى التي تحكم الجاذبية وانخرط في الكيمياء.


العلم: ميكانيكا المدارات

قوانين كبلر ورسكووس لحركة الكواكب

بينما لاحظ كوبرنيكوس بحق أن الكواكب تدور حول الشمس ، كان كبلر هو من حدد مداراتها بشكل صحيح. في سن السابعة والعشرين ، أصبح كبلر مساعدًا لعالم فلك ثري ، تايكو براهي ، الذي طلب منه تحديد مدار المريخ. لقد جمع براهي ملاحظات فلكية مدى الحياة ، والتي ، عند وفاته ، انتقلت إلى أيدي كبلر ورسكووس. (لقد حجب براهي ، الذي كان لديه نموذجه الخاص بالكون المتمركز حول الأرض ، الجزء الأكبر من ملاحظاته عن كيبلر جزئيًا على الأقل لأنه لم يرغب في أن يستخدمها كبلر لإثبات صحة نظرية كوبرنيكوس.) وباستخدام هذه الملاحظات ، وجد كبلر أن تتبع مدارات الكواكب ثلاثة قوانين.

مثل العديد من الفلاسفة في عصره ، كان لدى كبلر اعتقاد صوفي بأن الدائرة هي شكل الكون و rsquos المثالي ، وأنه كتعبير عن النظام الإلهي ، يجب أن تكون الكواكب ومداراتها دائرية. لسنوات عديدة ، كافح من أجل جعل ملاحظات Brahe & rsquos لحركات المريخ تتطابق مع مدار دائري.

في النهاية ، لاحظ كبلر أن خطًا وهميًا مرسومًا من كوكب إلى الشمس اجتاحت مساحة متساوية من الفضاء في أوقات متساوية ، بغض النظر عن مكان الكوكب في مداره. إذا قمت برسم مثلث من الشمس إلى موقع كوكب و rsquos عند نقطة زمنية واحدة وموقعه في وقت محدد لاحقًا و mdashsay ، 5 ساعات ، أو يومين و mdashs ، فإن مساحة هذا المثلث هي نفسها دائمًا ، في أي مكان في المدار. لكي يكون لكل هذه المثلثات نفس المنطقة ، يجب أن يتحرك الكوكب بسرعة أكبر عندما يكون بالقرب من الشمس ، ولكن بشكل أبطأ عندما يكون بعيدًا عن الشمس.

أدى هذا الاكتشاف (الذي أصبح قانون Kepler & rsquos الثاني للحركة المدارية) إلى إدراك ما أصبح قانون Kepler & rsquos الأول: أن الكواكب تتحرك في شكل بيضاوي (دائرة مضغوطة) مع الشمس في نقطة تركيز واحدة ، معادلة من المركز.

يوضح قانون Kepler & rsquos الثالث أن هناك علاقة رياضية دقيقة بين كوكب ومسافة rsquos من الشمس ومقدار الوقت المستغرق يدور حول الشمس. كان هذا القانون هو الذي ألهم نيوتن ، الذي وضع ثلاثة قوانين خاصة به لشرح سبب تحرك الكواكب كما تفعل.

قوانين نيوتن ورسكووس للحركة

إذا كانت قوانين Kepler & rsquos تحدد حركة الكواكب ، فإن قوانين Newton & rsquos تحدد الحركة. بالتفكير في قوانين Kepler & rsquos ، أدرك نيوتن أن كل حركة ، سواء كانت مدار القمر حول الأرض أو تفاحة تسقط من شجرة ، تتبع نفس المبادئ الأساسية. & ldquo إلى نفس التأثيرات الطبيعية ، & rdquo كتب ، يجب على ldquowe ، قدر الإمكان ، تحديد الأسباب نفسها. & rdquo قام الفيزيائي ستيفن هوكينج بكتابة أسباب مختلفة لأنواع مختلفة من الحركة. من خلال توحيد كل الحركات ، حوّل نيوتن المنظور العلمي إلى البحث عن أنماط كبيرة وموحدة في الطبيعة. أوجز نيوتن قوانينه في كتاب Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (& ldquoMathematical Principles of Natural Philosophy & rdquo) الذي نُشر عام 1687.

القانون الأول: يثابر كل جسم في حالة الراحة أو الحركة المنتظمة في خط صحيح ، ما لم يكن مجبرًا على تغيير تلك الحالة بفعل القوى المؤثرة عليه.

في جوهرها ، لن يغير الجسم المتحرك السرعة أو الاتجاه ، ولن يبدأ الجسم الثابت في الحركة ، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. يتلخص القانون بانتظام في كلمة واحدة: القصور الذاتي.

القانون الثاني. إن تغيير الحركة يتناسب دائمًا مع القوة المحركة المؤثرة ويتم إجراؤه في اتجاه الخط الأيمن الذي تتأثر فيه تلك القوة.

قانون نيوتن ورسكووس الثاني هو الأكثر تمييزًا في شكله الرياضي ، المعادلة الأيقونية: F = ma. يتم تحديد قوة القوة (F) من خلال مقدار تغييرها للحركة (التسارع ، أ) لجسم مع بعض الكتلة (م).

القانون الثالث. لكل فعل دائمًا رد فعل متساوٍ: أو أن الأفعال المتبادلة لجسدين على بعضهما البعض دائمًا متساوية وموجهة إلى أجزاء متناقضة.

كما وصف نيوتن نفسه: & ldquo إذا ضغطت على حجر بإصبعك ، فإن الإصبع يضغط أيضًا بالحجر. & rdquo

جاذبية

ضمن صفحات Principia ، قدم نيوتن أيضًا قانونه للجاذبية العامة كدراسة حالة لقوانين الحركة الخاصة به. تمارس كل المادة قوة ، أطلق عليها اسم الجاذبية ، تسحب كل المواد الأخرى باتجاه مركزها. تعتمد قوة القوة على كتلة الجسم: للشمس جاذبية أكبر من الأرض ، والتي بدورها تمتلك جاذبية أكبر من التفاحة. أيضا ، القوة تضعف مع المسافة. تتأثر الأجسام البعيدة عن الشمس بجاذبيتها.

أوضح قوانين نيوتن ورسكووس للحركة والجاذبية رحلة الأرض ورسكووس السنوية حول الشمس. ستتحرك الأرض بشكل مستقيم للأمام عبر الكون ، لكن الشمس تمارس سحبًا مستمرًا على كوكبنا. تعمل هذه القوة على انحناء مسار الأرض و rsquos نحو الشمس ، وتسحب الكوكب إلى مدار بيضاوي الشكل (دائري تقريبًا). جعلت نظرياته أيضًا من الممكن شرح المد والجزر والتنبؤ به. يتم إنشاء ارتفاع وانخفاض مستويات مياه المحيطات عن طريق سحب الجاذبية للقمر أثناء دورانه حول الأرض.

أينشتاين والنسبية

ظلت الأفكار الموضحة في قوانين نيوتن ورسكووس للحركة والجاذبية العالمية دون منازع لما يقرب من 220 عامًا حتى قدم ألبرت أينشتاين نظريته عن النسبية الخاصة في عام 1905. اعتمدت نظرية نيوتن ورسكووس على افتراض أن الكتلة والوقت والمسافة ثابتة بغض النظر عن مكان قياسها. .

تتعامل نظرية النسبية مع الزمان والمكان والكتلة على أنها أشياء مائعة يحددها إطار مرجعي للمراقب و rsquos. كل منا يتحرك عبر الكون على الأرض في إطار مرجعي واحد ، لكن رائد الفضاء في مركبة فضائية سريعة الحركة سيكون في إطار مرجعي مختلف.

ضمن إطار مرجعي واحد ، فإن قوانين الفيزياء الكلاسيكية ، بما في ذلك قوانين نيوتن و rsquos ، صحيحة. لكن قوانين Newton & rsquos يمكن أن تشرح الاختلافات في الحركة والكتلة والمسافة والوقت التي تنتج عندما يتم ملاحظة الأشياء من إطارين مرجعيين مختلفين تمامًا. لوصف الحركة في هذه المواقف ، يجب على العلماء الاعتماد على نظرية أينشتاين ورسكووس للنسبية.

في السرعات البطيئة وعلى المقاييس الكبيرة ، ومع ذلك ، فإن الاختلافات في الوقت والطول والكتلة التي تنبأت بها النسبية صغيرة بما يكفي بحيث تبدو ثابتة ، ولا تزال قوانين Newton & rsquos سارية. بشكل عام ، القليل من الأشياء تتحرك بسرعة كافية لنلاحظ النسبية. بالنسبة للأقمار الصناعية الكبيرة بطيئة الحركة ، لا تزال قوانين نيوتن ورسكووس تحدد المدارات. لا يزال بإمكاننا استخدامها لإطلاق أقمار صناعية لرصد الأرض والتنبؤ بحركتها. يمكننا استخدامها للوصول إلى القمر والمريخ وأماكن أخرى خارج الأرض. لهذا السبب ، يرى العديد من العلماء أن قوانين أينشتاين ورسكوس للنسبية العامة والخاصة ليست كبديل لقوانين نيوتن و rsquos للحركة والجاذبية العامة ، ولكن باعتبارها تتويجًا كاملًا لفكرته.


جاليليو ضد نيوتن

تُعرف أسماء جاليلي ونيوتن في جميع أنحاء العالم بسبب الإسهامات العظيمة التي قدموها في تطوير الرياضيات والفيزياء وعلم الفلك. لعب جاليليو جاليلي ، عالم الرياضيات والفلك والفيلسوف والفيزيائي ، دورًا حيويًا في الثورة العلمية. كان من أوائل العلماء الذين ذكروا أن القوانين الطبيعية هي قوانين رياضية. عند الحديث عن المساهمات التي قدمها في تطوير علم الفلك ، من الضروري ذكر ملاحظاته عن أقمار المشتري ، والتي دحضت تمامًا الافتراض القائل بأن جميع الأجرام السماوية تدور حول الأرض (دريك ، 1998 ، 17). كان جاليليو أول من أبلغ عن الجبال والحفر على القمر ، والتي تتبعها من خلال الظلال والبقع الضوئية على سطح القمر. وهكذا توصل إلى استنتاج مفاده أن القمر كان "عارًا وغير مستوٍ ، تمامًا مثل سطح الأرض نفسها" (Clavelin، 1974، 85). من أجل ملاحظاته ، بدأ جاليليو في استخدام تلسكوب انكسار.

أجرى جاليليو الكثير من التجارب المتعلقة بعمل الأجسام وأعد أساسًا مثاليًا لمواصلة تطوير الميكانيكا بواسطة إسحاق نيوتن. اقترح جاليليو أن الجسم الساقط بحرية سوف يسقط مع تسارع منتظم ، طالما أن مقاومة الوسط الذي يسقط من خلاله ظلت ضئيلة ، أو في الحالة المحدودة لسقوطه من خلال الفراغ. (دريك ، 1998 ، 32 ). في عام 1638 أنهى جاليليو طريقة قياس سرعة الضوء.

بدا نهج Galileo & # 8217s للرياضيات أكثر تقليدية في تلك اللحظة ، من أفكاره المبتكرة المتعلقة بالفيزياء التجريبية. استخدم في أبحاثه على نطاق واسع نظرية النسبة Eudoxian.

أخيرًا ، لم يضع جاليليو & # 8217t نموذجه الخاص للكون ، لكن مساهماته النظرية والتجريبية كانت بمثابة أساس جيد لتطوير الديناميكيات بواسطة نيوتن. توفي جاليليو في نفس العام ، عندما ولد نيوتن عام 1642. كان إسحاق نيوتن عالم رياضيات وفلك وفيلسوفًا وعالمًا في الكيمياء واللاهوت. تتكون مساهمته العلمية من وصف الجاذبية العامة ، وقوانين الحركة الثلاثة ، وعرض الأساس للميكانيكا الكلاسيكية ، التي خدمت أساس الهندسة الحديثة (كريستيانسون ، 1994 ، 87). واصل أفكار جاليليو المتعلقة بالأجرام السماوية ، مضيفًا العلاقة بين القوانين الطبيعية التي تحكم تحركاتها إلى نظرية الجاذبية. أعلن نيوتن للميكانيكا مبادئ الحفاظ على الزخم والزخم الزاوي. عند العمل في مجال البصريات ، وضع نيوتن نظرية اللون ، قانونًا تجريبيًا للتبريد ودرس سرعة الصوت (كريستيانسون ، 1994 ، 92). في الرياضيات ، طور نيوتن نظرية ذات الحدين المعممة ، والتي ترتبط بأصفار دالة. وبخلاف جاليليو كان نيوتن شديد التدين ، يُقال إنه ينتج المزيد من الأعمال حول التأويل الكتابي أكثر من العلوم الطبيعية بينما واجه جاليليو أخيرًا مشاكل مع الكنيسة لأن آرائه حول مركزية الشمس أدت إلى حظر الكنيسة الكاثوليكية للدفاع عنها كحقيقة مثبتة تجريبياً بل إنهم أصدروا الأمر باعتقال جاليليو.

بشكل عام ، قد نستنتج ، أن كلا العلماء دون أي شك قد اكتسب مكانة الشخصيات التقدمية للثورة العلمية ، فقد استخدم كلاهما أفكار وإنجازات المفكرين الأوائل مثل كوبرنيكوس وكبلر ومور جاليليو ونيوتن بشكل أساسي ... وضامنو تطبيقاتهم للمفهوم الفريد للطبيعة والقانون الطبيعي في كل مجال مادي واجتماعي في اليوم (بيل ، 1977 ، 111). بالتأكيد بسبب حقيقة أن نيوتن عاش وعمل بعد غاليليو ، فقد كان قادرًا على استخدام مزايا دراسات جاليليو بالفعل ، على الرغم من أن نيوتن بشكل عام كان مهتمًا بالقضايا الدينية أكثر من جاليليو.


1917: نظريات أينشتاين تحفز الانبعاث

في عام 1917 ، نشر أينشتاين ورقة بحثية عن نظرية الكم للإشعاع تشير إلى أن الانبعاث المحفّز كان ممكنًا.

اقترح أينشتاين أن الذرة المثارة يمكن أن تعود إلى حالة طاقة أقل من خلال إطلاق طاقة على شكل فوتونات في عملية تسمى الانبعاث التلقائي.

في الانبعاث المستحث ، يتفاعل الفوتون الوارد مع الذرة المثارة ، مما يتسبب في انتقالها إلى حالة طاقة أقل ، وإطلاق فوتونات في الطور ولها نفس التردد واتجاه السفر مثل الفوتون الوارد. سمحت هذه العملية بتطوير الليزر (تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع).


سيرة السير إسحاق نيوتن & # 8217s منشئ نظرية الجاذبية

أن كل شيء لا يتحرك أو صامت يصبح متحركًا أو أن كل كائن يتحرك صمت ، حدث الأمر لأن شخصًا ما تحرك أو أوقف الهدف. نحن نعرفه على أنه & # 8220style. & # 8221

لماذا تسقط الثمار أو تتحرك نحو سطح الأرض بعد خروجها من الساق؟ ادعى محامو نيوتن أنه إذا تحركت الثمرة ، إذن ، بالطبع ، هناك قوة تؤثر على الفاكهة. تسمى القوة التي ينتج عنها سقوط أي فاكهة أو جسم باتجاه سطح الأرض بقوة الجاذبية. بالحديث عن هذا ، بالطبع ، سنعرف بين مؤسسي نظرية الجاذبية ، أي إسحاق نيوتن.

ظهر السير إسحاق نيوتن في 25 ديسمبر 1642 في وولثورب ، لينكولنشاير. هو عالم رياضيات وفيزياء وفيلسوف طبيعي وخبير في علم الفلك من إنجلترا. توفي والده قبل ثلاثة أشهر من ولادة نيوتن.

كان والده اسمه إسحاق نيوتن ، وأمه كان اسمها هانا أيسكو. عندما كان نيوتن يبلغ من العمر 3 سنوات ، تزوجت والدته وعهدت لنيوتن أن يعتني بجدته التي كانت تحمل اسم Margery Ayscough. لم يحب نيوتن زوج والدته وأبقى على كراهيته لوالدته لزواجها من الرجل.

بدأ نيوتن تعليمه عندما كان يبلغ من العمر 12 عامًا ، التحق بمدرسة King & # 8217s ، جرانثام ، لينكولنشاير ، حيث كان من بين أفضل الطلاب في المدرسة. تم طرده من المدرسة لأن والدته طلبت من نيوتن العودة إلى المنزل للعمل كمزارع.

بمثل هذه البراعة ، منحته المدرسة فرصة الانتقال إلى نيوتن لإكمال دراسته عن طريق إقناع والدته وعائلته. أخيرًا ، أرسلته والدته إلى المنزل من المدرسة لدرجة أنه يمكنه إنهاء تعليمه. في سن 18 ، تخرج بنجاح بدرجات مرضية.

في يونيو 1661 ، تم قبول نيوتن في كلية ترينيتي بكامبريدج. أتقن نيوتن ممارسة الرياضيات والعلوم والفيزياء. في عام 1665 ، تابع نظرية ذات الحدين العامة وبدأ في تطوير نظرية الرياضيات التي طورت في نهايتها ما تعرفه الآن ، وهو حساب التفاضل والتكامل. إنه يحب الاستماع إلى أفكار الفلاسفة المتمرسين مثل ديكارت وعلماء الفلك مثل كوبرنيكوس وجاليليو وكبلر.

غالبًا ما عمل نيوتن على دراسات في منزله لمدة عامين تقريبًا مما شجعه على تطوير نظريات حساب التفاضل والتكامل والبصريات وقانون الجاذبية. تخرج في 1665 و 1667 ، وعاد إلى كامبريدج كمدرس في الثالوث.

في عام 1666. أثناء النهار ، كان نيوتن يستمع إلى نظريات كوبرنيكوس وجاليليو وكبلر حول مدار الأرض تحت شجرة تفاح. سقطت تفاحة عليه. في ذلك الوقت بدأ أيضًا العمل على البحث. سبع سنوات فقط تابع الإجابة ثم سحب الخيط الأحمر بأن القمر له سحر أيضًا لأن القمر لا يسقط على الأرض تمامًا مثل التفاح الخاضع للجاذبية.

أساس منطق غاليليو & # 8217 ، القائم على نيوتن ، والهندسة التحليلية من قانون ديكارت وكبلر & # 8217 لحركة الكواكب. ساعده الأشخاص الثلاثة التالية في الدراسة. لقد صاغ ثلاث قواعد تحكم جميع الحركات في الكون من المجرات في الكون إلى الدوران الإلكتروني حول النواة.

بالإضافة إلى معرفة الكون ، بحث نيوتن أيضًا عن الضوء. في عام 1672 تم قبول نيوتن كعضو في الجمعية الملكية ، وهي مجموعة من العلماء المكرسة للطرق التجريبية (المتعلقة بالمسائل الأولية). تبرع بين تلسكوباته بأبحاثه حول الضوء. طور نيوتن تلسكوبًا من إنتاج جاليليو يسمى تلسكوبًا عاكسًا.

في عام 1696 ، تمت ترقية نيوتن إلى لقب حامي العملة من قبل الحكومة. كانت وظيفته مراقبة استبدال العملة البريطانية القديمة والمتداعية بأموال جديدة أكثر ديمومة ، وليس ذلك فحسب ، بل كان مسؤولاً عن إصلاح شبكة المزورين.

جمعت الجمعية الملكية مجموعة صغيرة ، بقيادة روبرت هوك لتقييم النتائج الجديدة ، كان أحدها تحليل نتائج نيوتن. قدم هوك اقتراحه للضوء لأنه لم يرغب في قبول اكتشافات نيوتن. بسبب العمل ، جادل كلاهما.

في عام 1703 ، حصل نيوتن على لقب السير ، وانتخب رئيسًا للجمعية الملكية. لقد أخرج عمله اللامع عن الضوء. تشمل الكتب البصرية الألوان الفاتحة والانعكاسات وأطياف الضوء. تم ذكر النتائج التي توصل إليها في مجال البصريات بشكل شرعي في عام 1705 عندما أصبح أول شخص يحصل على رتبة الند بسبب إنجازاته في مجال العلوم.

نيوتن & # 8217S الإنجازات العلمية

1) البصريات
صنع نيوتن حضارة عظيمة في دراسة البصريات. لقد طور الطيف بشكل حصري عن طريق عزل الضوء الأبيض من خلال المنشور.
2) تلسكوب
تم إجراء تحسينات كبيرة على تطوير التلسكوب. However, when Hooke criticized his ideas, Newton withdrew from the public debate. He developed an antagonistic attitude and was hostile to Hooke, all his life.
3) Mechanical and Gravity
In his simple book Principia Mathematica. Newton stated three laws of motion that place a framework for modern physics. This involves declaring planetary movements.

In 1727, Newton died at the age of 84 years. He got the greatness of being buried in Westminster Abbey a tomb for the royal family, famous people, heroes, and scientists. To commemorate his dedication in science, he made an eye on Newton’s picture.


Newton's greatest rivalry begins

When German philosopher Gottfried Leibniz published an important mathematical paper, it was the beginning of a lifelong feud between the two men.

Leibniz, one of Europe’s most prominent philosophers, had set his mind to one of the trickiest problems in mathematics – the way equations could describe the physical world. Like Newton, he created a new theory of calculus. However, Newton claimed heɽ done the same work 20 years before and that Leibniz had stolen his ideas. But the secretive Newton hadn't published his work and had to hastily return to his old notes so the world could see his workings .


Galileo Versus Newton

In researching the works of Galileo, it was discovered that Galileo ف had precluded the establishment of the theory of universal gravitation and that his work went unheeded. He did so with a mathematical analysis and an experimental demonstration that clearly reaffirmed the irreducible qualitative difference between curvilinear and linear motion, thereby precluding the validity of considering linearity as being the fundamental building block of curvilinearity – a necessary premise of the theory of universal gravitation. We had previously discovered that universal gravitation was a theory that never became a fact under the tutelage of Rudolf Steiner ق,ك,ل , etc. and were thereby read) to detect what others had missed. A minimum case is presented an elaboration will follow.

In order to demonstrate that solar system dynamics are machine dynamics, Newton م and Borelli ن theorized that the curvilinear (conic section) motions of the solar system were reducible to centric linear motions. This was supposedly justified by their assumption that when a curve becomes infinitely small it becomes a line. This idea was readily acceptable because theoretical scientists of their times had begun to believe that natural motion was straight line motion in contradiction to the ideas held by King Solomon and all great thinkers up to and including Galileo who considered that natural, creative motion is curvilinear. Newton went so far as to define the circle as being a polygon with an infinite number of infinitely small sides.

Having theorized geometry and kinematics so that an arc equals a line Newton extended his theorizing into the realm of dynamics and deduced that since an orbiting object is at all times moving in a straight line, linear inertia is operative in curvilinear motion. As a consequence, the orbiting object is tending to fly off on a tangent to the orbit, thus Newton attributed centrifugal motion to the tendency of orbiting objects to fly off on a tangent. He attributed it to a cause that was within the orbiting system. He went on theorizing and deduced that since the moon, for example, does not depart from its orbit, despite its tendency to do so, it must be restrained from doing so by a centripetal opposing balancing force that results in the moon's orbit. This is the force he called universal gravitation. He theorized further that the moon held in its orbit continues to tend to move out on its tangents and thereby provides the momentum to propel itself along in its orbit. Thus, Newton theorized the perpetually propelled solar system dynamics as being machine dynamics. Newton confirmed his theories by observing that the stone in a whirling sling, when released to flight, moves out of its orbit on a tangent to the orbit. Thus, the theory has stood for 300 years.

However, we have determined through various experiments both machine and manually operated that an orbiting object does not “fly off on a tangent” it is pulled out radially. The most convenient observation of the phenomenon is the pitched baseball. The pitcher's arm and the orbiting ball in his hand constitutes the dynamic equivalent of the stone and sling. The pitcher executes a semi-circular orbit with outstretched arm and hand and releases the ball when it intercepts his line of sight to the target. The ball is seen to be pulled out radially to its target. If the ball were acted upon by linear inertia it would move away from its orbit on a tangent at right angles to the line of sight from pitcher to batter and baseball would have been impossible.

A mechanically driven system used to demonstrate that orbiting objects move out radially was a modified record turn table that was provided with a continuously variable speed ac-dc motor from a sewing machine. A ⅛ inch hole to serve as an indent to hold a ⅝ inch glass marble at a radius of rotation of 4 inches was drilled in the table and a pouch was fashioned to catch the marble as it moves radially outward. The turn table speed is gradually increased and stabilized at the increasing speeds until the critical speed is reached and the marble is pulled out radially. An improvised, but quite adequate experiment can be conducted by placing a 25-cent coin in the middle of the heel of the dominant hand, fully extend the arm and rotate it palm upward in the horizontal plane at constant speed. It will be very obvious that the coin is pulled out radially. Many variations of these experiments are possible and were performed.

It is our experience that one who is enslaved to the concept that orbiting objects fly out tangentially will not be able to extricate himself without conducting at least one of the above or equivalent experiments. We have confirmed the experiment used in college courses in which an orbiting object is released to flight via an electromagnetic coupling and is seen to fly off on a tangent or near tangent. The reason that this is so is that the orbit is deformed into linearity by the lengthening of the radius as the tether momentarily elongates during the disengagement process allowing linear inertia to be expressed.

It is obvious that Galileo was very impatient with the concept of universal gravitation. His response to it was totally at odds with the entire community of theoretical scientists. He said that those who would make the arc into a line, especially mathematicians do not err, they lie because they know the truth that the arc is a line when the radius is of infinite length. 1 Thus Galileo, the father of modern science and a professor of mathematics was ignored by the scientific community when he reminded them of the simple fact that curvature of an arc is proportional to the radius and not to the length of the arc. That he did so to no avail, indicates that in accepting theories, we must not abandon reason.

In addition to his demolition of the concept of – the arc is a line – by mathematical analysis, Galileo conducted an experiment that demonstrated that curvilinear dynamics were not translatable to linear dynamics. He allowed two bodies to fall (roll) through the same distance simultaneously one through an arc of a circle and the other through the much shorter chord of the arc. He found that the object that traveled the arc was the first to reach the common terminal of arc and chord. Thus, an object falling in an arc is pulled down with a greater force than one falling in a line. This force which Galileo detected but did not identify is the force of levity. We repeated Galileo's experiment and reproduced his result.

Let us explain Galileo's experiment in which curvilinear and linear dynamics were compared. Levity is a force with a source outside the earth. Since it approaches the earth from every direction, it must have a source in the cosmic, spherical periphery at least as far as the sphere outlined by the orbit of the moon. Like gravity it permeates all matter. It pulls radially outward on every rotating object from the earth as planet to the molecules and submolecular particles in living cells and inanimate matter. It is passive to linearly moving objects. Thus, in Galileo's experiment it is passive to the object falling in the chord but pulls radially outward on the object traveling in the arc. Thus, the object moving in the arc is being pulled vertically downward by the vertical component of the radially directed force of levity. This force adds to the force of gravity and accounts for the increased acceleration of the object traveling in the curvilinear path.

When it was found that linear inertia is inoperative in curvilinear motion and that centrifugal motion was radially directed, it was obvious that we had discovered a new force – a centrifugal force acting from outside the orbiting system. This force was described by Rudolf Steiner but as is his style of teaching, he left its actual discovery to others. He stated that humankind is obliged to live amidst error and lies and truth and that we gain our individual freedom by working to understand and extricate the truth from the errors and lies. This he called the special moral battle of the 20th century and beyond. “Ye shall know the Truth and the Truth shall set Ye Free.” Of course, such a battle must be fought with the battle cry of “Love Your Enemies.” We close with an aphorism from Rudolf Steiner to whom this work is dedicated: “One must be able to confront the idea in living experience or else fall into bondage to it.”

Rudolf Steiner Research Center
2825 Vinsetta
Royal Oak, MI 48071

    Galileo, 1637, Two New Sciences, pages 95,251-252 translated from Italian to English by Henry Crew and Alfonso De Salvio, 1914, Dover Publications, NY Rudolf Steiner, 1919, First Scientific Lecture Course: Light Course, Anthroposophic Press Hudson, NY Rudolf Steiner, 1920, Second Scientific Lecture Course: Warmth Course, Anthroposophic Press, Hudson, NY Rudolf Steiner, 1921, Third Scientific Lecture Course: Astronomy, Anthroposophic Press, Hudson, NY Isaac Newton, 1687, مبادئ, revised by author 1713 and 1726. Translated from Latin to English by Andrew Motte, 1848, Prometheus Books, Amherst, NY, 1995 S. Mason, 1979, A History of the Sciences, Collier Books, New York, NY.

Revised and reprinted, with permission from the author, from Frontier Perspectives, Volume 7, Number 1, Fall/Winter, 1998
(The Center for Frontier Sciences at Temple University)


شاهد الفيديو: Top 5 Space Experiments (أغسطس 2022).