Izaak Newton - życie i działalność

Izaak NewtonSir Isaac [Izaak] Newton urodził się w 1643, zmarł w 1727. Był angielskim fizykiem, filozofem, astronomem i matematykiem. W latach 1669-1701 był profesorem Uniwersytetu w Cambridge, od 1699 r. był dyrektorem Mennicy Królewskiej. Był członkiem i prezesem Royal Society, członkiem Akademii Nauk w Paryżu.

Newton wprowadził rachunek całkowy i różniczkowy, sformułował trzy podstawowe zasady dynamiki i prawo powszechnego ciążenia. Zajmował się też ruchami planet i mechaniką nieba. Newton obliczył masę Księżyca i planet, wyjaśnił precesję osi Ziemi i uzasadnił prawa Keplera. Był twórcą korpuskularnej teorii światła. Stworzył teorię powstawania tęczy, badał zjawiska interferencyjne w cienkich płytkach (tzw. pierścienie Newtona), wynalazł teleskop zwierciadlany, wyjaśnił przyczynę przypływów i odpływów morza, dał podstawy nauki o dźwięku, sformułował prawo ostygania ciał. Newton zajmował się również podstawami nauk przyrodniczych. W swoim dziele Philosophiae Naturalis Principia Mathematica sformułował zasady dynamiki i dał podstawy klasycznej mechaniki teoretycznej.

Izaac Newton urodził się na niewielkiej farmie w Woolsthorpe w środkowo-wschodniej Anglii, w hrabstwie Lincoln. Ojciec Newtona był biednym niepiśmiennym rolnikiem. Zmarł trzy miesiące przed narodzeniem syna. Kiedy Izaac miał trzy lata jego matka Hannah wyszła powtórnie za mąż za pastora Barnabę Smitha i zamieszkała z mężem w pobliskiej wiosce, opuszczając jedynego syna. Wychowaniem Izaaca zajęła się babka. Newton uczył się najpierw w szkółce wiejskiej, potem w szkole w Grantham. Zainteresowania Izaaca wychodziły daleko poza wymagania szkoły. Interesowały go zwłaszcza zagadnienia przyrodnicze i chemiczne. Największe osiągnięcia w fizyce i matematyce przypadły na okres, kiedy Newton był studentem a potem profesorem w Trinity College w Cambridge. Przez pierwsze dwa lata studiował geometrię, trygonometrię, arytmetykę, teologię, łacinę i języki starożytne oraz grekę i hebrajski. Kiedy jego zdolności zostały zauważone nadano studiom Newtona określony kierunek.

W 1663 r. w Trinity College powstała katedra matematyki, którą objął Izaak Barrow  matematyk i teolog, późniejszy zwolennik i opiekun młodego Izaaca. W wieku dwudziestu trzech lat Newton wykonał już większość swoich doświadczeń. W przeciągu jednego roku odkrył twierdzenie o dwumianie, rachunek różniczkowy i całkowy, teorię ciążenia powszechnego oraz teorię barw, choć ostateczne ich sformułowanie wymagało jeszcze wielu lat pracy. Barwami tęczy Newton zaczął się interesować na skutek trudności, jakie napotkał w trakcie obserwacji astronomicznych. Badając zagadnienie, oddzielał światło poszczególnych barw przez zasłonięcie barw pozostałych i zauważył, że światło to w pryzmacie już się nie rozszczepia. Wniosek był oczywisty - w przeciwieństwie do światła białego, światło kolorowe jest jednorodne. Newton doszedł ostatecznie do twierdzenia, że białe światło słoneczne składa się ze wszystkich barw i przy przejściu przez pryzmat promienie różnych barw ulegając różnym załamaniom, padają na ścianę w różnych miejscach.

Prace Newtona nad zjawiskiem rozszczepienia światła miały duże znaczenie praktyczne. Wychodząc z założenia, że światło białe składa się ze świateł różnych barw i o różnych kątach załamania doszedł do wniosku, że soczewki, w których z natury rzeczy następuje załamanie się promieni świetlnych muszą dawać obraz niewyraźny i zniekształcony barwną obwódką. Aby otrzymać obraz czysty, próbował on soczewkę zastąpić wklęsłym zwierciadłem, które pod tym samym kątem odbija promienie wszelkich barw. W ten sposób wynalazł teleskop zwierciadłowy, który w następnym stuleciu został poważnie ulepszony i znalazł się w powszechnym użyciu.

W roku 1665 Newton uzyskał stopień bakałarza. Z tego właśnie czasu pochodzi jego teoria fluksji i zamysł mechaniki. W 1668 r. Newton został magistrem, a w rok później Barrow otrzymał propozycję objęcia stanowiska kapelana królewskiego i polecił Newtona jako swego zastępcę na katedrze matematyki. Były to lata dla Newtona bardzo trudne. Choć nastał okres nowych odkryć, z ogłoszeniem ich wyników uczony bardzo zwlekał, poprzestając przeważnie na przedkładaniu Towarzystwu Królewskiemu rękopisów dokumentujących prace - spowoduje to później liczne spory o priorytet. Dopiero w roku 1686 Newton zdecydował się na wydanie całości swojej mechaniki pt. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, które ukazały się drukiem w roku następnym. Wielkie zaszczyty spotkały go natomiast, gdy przeniósł się do Londynu w 1696 r., by kierować mennicą królewską.

Newton był pierwszym człowiekiem, który wprowadził do nauki pojęcia masy, pędu, siły, bezwładności itp., stwarzając w ten sposób podstawy dynamiki. Jego prace teoretyczne wykazały, że wszystkie ciała, zarówno na Ziemi jak i na niebie, podlegają tym samym prawom mechaniki i przyciągają się wzajemnie z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu ich masy, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości. Nie potrafił on udowodnić w sposób doświadczalny przyciągania się ciał na Ziemi, wykazał natomiast, że obserwowane przez nas ruchy Księżyca wytłumaczyć można jedynie przy założeniu, że przyciąganie takie istnieje. Odkrycia i poglądy Newtona stały się powszechnie znane około roku 1730 - wówczas to stworzony przez niego obraz Wszechświata przyjęty został z wielkim entuzjazmem.

Arystoteles mniemał, a za nim nauka aż do XVII stulecia, że siła jest konieczna, aby utrzymać ciało w ruchu jednostajnym i prostoliniowym. Nie dostrzegał on przeszkód, jakie przyroda stawia wszelkiemu ruchowi. Przeszkody te to tarcie oraz opór w powietrzu, w wodzie lub w innym ośrodku. Galileusz pierwszy zrozumiał, że jeśli przeszkody, o ile to możliwe usunąć, wówczas odpadnie potrzeba podtrzymywania ruchu za pomocą siły. Ruch prostoliniowy i jednostajny odbywać się będzie sam przez się, bez żadnej pomocy z zewnątrz. Myśl te sprecyzował i ujął w ścisłe prawo fizyki Newton. W rozumieniu przyczyny ruchu ciał doszedł do wniosku, że siła nie jest potrzebna do utrzymywania ciał w ruchu jednostajnym i prostoliniowym, lecz jest konieczna do powiększenia lub do zmniejszenia prędkości ciała oraz do zmiany kierunku. Bez działania siły w ciągu pewnego czasu żadna z tych zmian prędkości (zmian rozumianych wektorowo) nie zajdzie. Innymi słowy siła działająca na ciało wywołuje zmianę jej prędkości, czyli nadaje ciału przyspieszenie (w sensie wektorowym). Ta myśl Newtona pchnęła naukę na zupełnie inne tory.

Ruch każdego ciała można opisać w dowolnym układzie odniesienia. Układy odniesienia, w których ciało zachowuje się zgodnie z zasadami dynamiki nazywamy inercjalnymi (od łac. terminu inercja - bezwładność), pozostałe układy odniesienia - nieinercjalnymi. Wszystkie układy odniesienia pozostające w spoczynku lub poruszające się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem dowolnego układu inercjalnego są również układami inercjalnymi. Układy odniesienia, będące w spoczynku lub poruszające się względem powierzchni Ziemi ruchem jednostajnym prostoliniowym, są także inercjalnymi układami odniesienia. Układy odniesienia niespełniające tego warunku (układy poruszające się względem powierzchni Ziemi ruchem krzywoliniowym lub prostoliniowym, ale ze zmieniająca się w czasie ruchu prędkością) są więc nieinercjalnymi układami odniesienia (np. układy związane z hamującym pojazdem, z pojazdem na zakręcie, z krzesłem karuzeli, z ruszającą się lub hamującą windą itp.). Istnienie układów inercjalnych stwierdzone zostało doświadczalnie. Najprostsze doświadczenie Galileusza polegało na obserwacji gładkiej metalowej kulki staczającej się po pochylonej desce. Pojęcie układu inercjalnego związane jest z pojęciem odosobnionego punktu materialnego, tj. z takim punktem materialnym, który znajduje się w dużej odległości od innych punktów (ciał). Przyspieszenia odosobnionego punktu materialnego wywołane przez te ciała można uznać za znikomo małe. Równocześnie badania doświadczalne wykazują, że przyspieszenia takiego punktu względem jednych układów odniesienia są równe zeru, a względem innych układów odniesienia punkt taki porusza się z przyspieszeniem różnym od zera.



Zobacz podobne:
Zasady dynamiki Newtona

Zasady dynamiki Newtona3 zasady dynamiki Izaaka (Isaaca) Newtona Podstawowym

Czarna dziura i horyzont zdarzeń - czym są?

Czarna dziuraCzym jest czarna dziura? Czym jest horyzont zdarzeń? Żeby zrozumieć, czym jest i jak dzia

Zjawiska atmosferyczne okiem fizyka

To, że pada deszcz czy po niebie przesuwają się chmury, jest dla nas naturalne. A jak wytłumaczyć do z punktu widzenia fizyki? Zacznijmy od chmur. Składają się one z wody