萬有引力的發(fā)現(xiàn)過程?
小時(shí)后，老師告訴我們，牛頓是因?yàn)橛幸惶熳谔O果樹下打瞌睡，被樹上成熟的蘋果掉下來打到，就讓他發(fā)現(xiàn)了萬有引力的存在。當(dāng)然，這只是兒童版的「童話故事」。如果牛頓真那麼天才，他能夠「看的到」萬有引力的存在，而我就只會(huì)把蘋果撿起來吃，我想今天我是不會(huì)來教各位物理的，我也會(huì)沒那個(gè)勇氣來當(dāng)個(gè)科學(xué)家了。因?yàn)樘觳派磉吙偸菚?huì)有奇跡發(fā)生。或許蘋果落地事件是一個(gè)重要的刺激，可是只憑一個(gè)單一的刺激是不可能有這麼一個(gè)大的發(fā)現(xiàn)。?
好了，我們該回來到成人版的故事了，到底牛頓是怎麼發(fā)現(xiàn)萬有引力的存在呢?在談?wù)撊f有引力發(fā)現(xiàn)的事件時(shí)，對於當(dāng)時(shí)天文學(xué)及力學(xué)的發(fā)展情形也得有一些說明，才能了解當(dāng)時(shí)代科學(xué)的背景，以及它是如何影響刺激牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力。?
有關(guān)力學(xué):?
牛頓了解伽利略早先所發(fā)展出來的慣性觀念，他知道在不受外力作用的情形下，動(dòng)者恒做等速度直線運(yùn)動(dòng)。他也知道若一個(gè)運(yùn)動(dòng)中物體的速率或運(yùn)動(dòng)方向有了變化，其中必定有力的作用。當(dāng)時(shí)的牛頓，受到天文學(xué)家哥白尼提出的「地球繞日的圓形軌道」的影響可能正對月亮的運(yùn)行軌跡不是直線、是繞著地球的圓形軌道而深感困惑。但是他已知道，由海更士提出「一物體要作圓周運(yùn)動(dòng)需要施一個(gè)向中心的力量」的理論。由天文看，行星繞太陽運(yùn)動(dòng)也應(yīng)需要一向心的吸引力量，可是，這個(gè)力到底是什麼??
有關(guān)天文學(xué):?
西元1543年哥白尼提出天體運(yùn)行論，以太陽為諸行星的運(yùn)轉(zhuǎn)中心和地球自轉(zhuǎn)來解釋星象，對人類以自我為中心的宇宙觀作了一個(gè)革命性的改變。其后克卜勒分別在西元1609年提出行星運(yùn)行第一定律「運(yùn)行的軌道為橢圓，太陽位在橢圓的一焦點(diǎn)上」及第二定律「等面積定律；行星與太陽連線在相同的時(shí)間內(nèi)，掃過的面積相同」及西元1619年提出的第三定律「周期定律；行星周期T的平方正比於軌道平均距離的立方」這三個(gè)定律揭示出幾個(gè)問題:?
1.?軌道可以是圓的，也可以是橢圓的，什麼樣的作用方式，可以形成這樣的軌道運(yùn)行呢??
2.?太陽處於橢圓一焦點(diǎn)上，顯示行星是繞著太陽的，是什麼力量使它們繞著太陽轉(zhuǎn)呢??
3.?由周期與軌道半徑的關(guān)系(周期平方正比於軌道半徑三次方)，這又意味著是什麼作用的方式所形的呢??
牛頓的偉大，就是看出了月亮是一直朝著地球「掉落」的，道理就和蘋果的掉落相同。他推論月亮與蘋果掉落的原因，都是由於地球重力在拉的結(jié)果。?
掉落中的月球?
牛頓又進(jìn)一步發(fā)展他的想法。他比較了掉落中的蘋果與掉落中的月亮，后來牛頓了解到，如果月亮沒有朝著地球掉落的話，它將會(huì)做直線運(yùn)動(dòng)，最后則會(huì)脫離繞地軌道，所以他認(rèn)為月亮正繞著地球而掉落(月球可是很認(rèn)真的掉唷)。因此，月亮必定掉落在那條沒受到外力時(shí)應(yīng)該會(huì)走的下方。牛頓大膽地假設(shè)，月球在重力的吸引下，只是一個(gè)繞著地球轉(zhuǎn)的拋體而已。至於月球的切線速度是怎麼來的，可能就是在宇宙大霹靂、創(chuàng)世之時(shí)就決定了，而月球的切線速度大小將會(huì)決定它繞地球的軌道是圓形、橢圓形、拋物線、雙曲線或是撞上地球。?
牛頓的萬有引力之簡單涵義?
牛頓并不是發(fā)現(xiàn)了重力，他是發(fā)現(xiàn)重力是「萬有」的。每個(gè)物體都會(huì)吸引其他物體，而這股引力的大小只跟物體的質(zhì)量與物體間的距離有關(guān)。牛頓的萬有引力定律說明，每一個(gè)物體都吸引著其他每一個(gè)物體，而兩個(gè)物體間的引力大小，正比於這它們的質(zhì)量，會(huì)隨著兩物體中心連線距離的平方而遞減。牛頓為了證明只有球形體可把「球的總質(zhì)量集中到球的質(zhì)心點(diǎn)」來代表整個(gè)球的萬有引力作用的總效果而發(fā)展了微積分。然而不管距離地球多遠(yuǎn)，地球的重力永遠(yuǎn)不會(huì)變成零，即使你被帶到宇宙的邊緣，地球的重力還是會(huì)作用到你身上，雖然地球重力的作用可能會(huì)被你附近質(zhì)量巨大的物體所掩蓋，但它還是存在。不管是多小還是多遠(yuǎn)，每一個(gè)物體都會(huì)受到重力作用，而且遍布整個(gè)太空，正如我們所說的「萬有」。
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