《物理欣赏》之“苹果落地与万有引力定律”.doc

考试序列号154 通识教育课程论文 论文题目：苹果落地与万有引力定律课程名称：物 理 欣 赏学 院：管 理 学 院专业班级： 信息管理与信息系统6班 学 号：3108006406 姓 名 张 钟 权联系方式E - mail：85 2 90 8 03 4 任课教师：庞 玮 2010年4月18日苹果落地与万有引力定律 在牛顿发现万有引力之前，有很多天文学家对宇宙中的星星进行了观察。经过几位天文学家的观察记录，到开普勒时，他对这些观测结果进行了分析总结，得到了开普勒三大定律，定律指出，所有行星都绕太阳做椭圆运行，究竟是什么让它们做加速度不为零的运动呢？牛顿经过仔细的研究思考解决了这个问题：物体之间存在万有引力。当然，他发现万有引力是有一个过程的。1666年，23岁的牛顿还是剑桥大学圣三一学院一个三年级的学生。当时，“黑死病”席卷了伦敦，夺走了很多人的生命，那确实是段可怕的日子。大学被迫关闭，像牛顿这样热衷于学术研究的人只好返回安全的乡村，期待着席卷城市的病魔早日离去。在乡村的这段日子里，牛顿一直被这样的问题困扰：是什么力量驱使月球围绕地球转，地球围绕太阳转？为什么月球不会掉落到地球上？为什么地球不会掉落到太阳上？一天，牛顿坐在果园里，“咚”的一声，一只苹果落到草地上。他急忙转头观察第二只苹果落地。第二只苹果从外伸的树枝上落下，在地上反弹了一下，静静地躺在草地上。这只苹果肯定不是牛顿见到的第一只落地的苹果，当然第二只和第一只没有什么差别。苹果落地虽没有给牛顿提供答案，但却激发这位年轻的科学家思考一个新问题：苹果会落地，而月球却不会掉落到地球上，苹果和月亮之间存在什么不同呢？牛顿首次认为，重力不仅仅是行星和恒星之间的作用力，有可能是普遍存在的吸引力。他认为物质之间是相互吸引的，这使他断言，相互吸引力不但适用于硕大的天体之间，而且适用于各种体积的物体之间。苹果落地、雨滴降落和行星沿着轨道围绕太阳运行都是重力作用的结果。经过一番分析研究，终于，牛顿提出了伟大的“万有引力定律”。牛顿的万有引力定律表明，任何物体之间都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律，而且还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。他认为月球除了受到地球的引力外，还受到太阳的引力，从而解释了月球运动中早已发现的二均差、出差等。另外，他还解释了彗星的运动轨道和地球上的潮汐现象。根据万有引力定律成功地预言并发现了海王星。万有引力定律出现后，才正式把研究天体的运动建立在力学理论的基础上，从而创立了天体力学。 当然，当时牛顿提出了万有引力理论，却未能得出万有引力的公式，因为公式中的“G”实在太小了，因此他提出：FmM/r2。直到1798年英国物理学家卡文迪许利用著名的“卡文迪许扭秤”较精确地测出了引力恒量的数值。 事实上，牛顿并不是发现了重力，他是发现重力是“万有”的。每个物体都会吸引其他物体，而这股引力的大小只跟物体的质量与物体间的距离有关。牛顿的万有引力定律说明，每一个物体都吸引着其他每一个物体，而两个物体间的引力大小，正比于这它们的质量，会随著两物体中心连线距离的平方而递减。牛顿为了证明只有球形体可把球的总质量集中到球的质心点来代表整个球的万有引力作用的总效果而发展了微积分。然而不管距离地球多远，地球的重力永远不会变成零，即使你被带到宇宙的边缘，地球的重力还是会作用到你身上，虽然地球重力的作用可能会被你附近质量巨大的物体所掩盖，但它还是存在。不管是多小还是多远，每一个物体都会受到引力作用，而且遍布整个太空，正如我们所说的“万有”。牛顿首次将看似不同的力准确地归结到万有引力概念里：苹果落地，人有体重，月亮围绕地球转，所有这些现象都是由相同原因引起的。牛顿的万有引力定律简单易懂，涵盖面广。牛顿的万有引力概念是所有科学中最实用的概念之一。牛顿认为万有引力是所有物质的基本特征，这成为大部分物理科学的理论基石。人们普遍认为，适用于地球的自然定律与太空中的定律大相径庭。牛顿的万有引力定律沉重打击了这一观点，它告诉人们，支配自