万有引力发现

1、一.万有引力发现的原因二.万有引力是怎样被发现的 三.万有引力定律 四.万有引力中其他不为人知的故事开普勒三定律1.所有行星都绕太阳做椭圆运行，太阳在所有所有行星都绕太阳做椭圆运行，太阳在所有椭圆的公共焦点上。椭圆的公共焦点上。2.行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。行星的向径在相等的时间内扫过相等的面积。3. 所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的所有行星轨道半长轴的三次方跟公转周期的二次方二次方的比值都相等的比值都相等。开普勒三定律是不容置疑的，但为什么会这样呢？开普勒三定律是不容置疑的，但为什么会这样呢？是什么让它们做加速度不为零的运动？是什么让它们做加速度不为零的运动？ 1666年

2、，23岁的牛顿还是剑桥大学圣三一学院三年级的学生。看到他白皙的皮肤和金色的长发，很多人以为他还是个孩子。他身体瘦小，沉默寡言，性格严肃，这是人们更加相信他还是个孩子。他那双锐利的眼睛和整天写满怒气的表情更是拒人于千里之外。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，像艾萨克牛顿这样热衷于学术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。 在乡村的日子里，牛顿一直被这样的问题困惑：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？在随后的几年里，牛顿声称这种事情已经发生过。坐在姐姐的果园里，牛顿听到熟悉的声

3、音，“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？ 第二天早晨，天气晴朗，牛顿看见小外甥正在玩小球。他手上拴着一条皮筋，皮筋的另一端系着小球。他先慢慢地摇摆小球，然后越来越快，最后小球就径直抛出。牛顿猛地意识到月球和小球的运动极为相像。两种力量作用于小球，这两种力量是向外的推动力和皮筋的拉力。同样，

4、也有两种力量作用于月球，即月球运行的推动力和重力的拉力。正是在重力作用下，苹果才会落地。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。他深信炼金术，认为物质之间相互吸引，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。 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，支配自然和宇宙的法则是很简单的。 牛顿推动了引力定律的发展，指出万有引力不仅仅是星体的特征，也是所有物体的特征。作为所有最重要的科学定律之一，万有引

5、力定律及其数学公式已成为整个物理 学的基石。 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（即卡文迪许实验）较精确地测出了引力恒量的数值。 自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。 主要内容概述万有引力定律（law of gravitation）物体间相互作用的一条定律，1687年为牛顿所发现。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。如果用m1、m2

6、表示两个物体的质量，r表示它们间的距离，则物体间相互吸引力为F=（Gm1m2）/r2，G称为万有引力常数。万有引力定律是牛顿在1687年出版的自然哲学的数学原理一书中首先提出的。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。 简单的说,质量越大的东西产生的引力越大,地球的质

7、量产生的引力足够把地球上的东西全部抓牢。（G=6.6710-11 Nm2/kg2） F: 两个物体之间的引力 G: 万有引力常量 M1: 物体1的质量 M2: 物体2的质量 R: 两个物体之间的距离 胡克在力学和行星运动方面花过许多心血，早在1661年，虽然没有和任何苹果有过亲密接触，胡克还是凭借在科学上敏锐的洞察力，觉察到引力和地球上物体的重力有着某种的本质联系。1662年和1666年，他曾分别在山顶上和矿井下用测定摆槌周期的方法做实验，试图找出物体的重量随离地心距离而变化的关系。1674年胡克根据修正的惯性原理，提出了行星运动的理论。在发表的试证地球的运动中，他详细阐述了研究行星运动理论的

8、成果：一切天体都具有倾向其中心的吸引力或重力；天体在未受其他使其倾斜的作用力前保持直线运动不变；离吸引中心越近，吸引力越大；行星的运动是惯性、外在引力和自身引力共同作用的结果。简而言之，胡克认为，地球和地球上的物体之间肯定有某种吸引力，如果没有这种引力的话，那么地球在自转的时候，这些物体就会像雨伞上的水珠一样，因旋转而向四周飞散。1679年，胡克找到了引力的平方反比定律。虽然以前他和牛顿在光的波粒问题上存在一些争论，但他还是写信给在力学方面有着不俗造诣的牛顿，提出了自己的研究设想，想交流切磋一下。在1680年1月6日寄给牛顿的信中，胡克讲到了引力大小与距离的平方成反比这个概念，但是当时他在信中

9、说得比较模糊，并未将这一理论加以量化。事实上，看到胡克这一信件的时候，牛顿在引力方面也有了很深入的研究，他只是没有发表自己的研究成果罢了虽然他当时把引力看做是不随距离而变化的常量，行星运动是在向心力和离心力这两个平衡力同时作用下进行的。胡克与牛顿的这次通信在科学史上是极为重要的一节。牛顿后来虽然从不肯承认从胡克那里得到了一些启发，但明察秋毫的科学史家则认为胡克的信件给了牛顿关键性的帮助。 但是，胡克直言不讳地纠正了牛顿的错误，自认为但是，胡克直言不讳地纠正了牛顿的错误，自认为胜出一筹的他在得意之下还把牛顿的错误在皇家学会大肆宣扬，而这有些过火的行为令牛顿十分恼怒，他认定胡克此举是存心炫耀，并有

10、意让他在大庭广众下出丑。1684年，胡克和牛顿之间的科学“战争”再次升级，他们分别试图证明平方反比的引力导致椭圆轨道(即ISL定律)。他们争相宣布了自己的胜利：胡克骄傲地宣称他证明了这一点，但未拿出结果，还说要等别人的努力都失败后才肯把自己的证明公布出来，人们习惯性地认为这可能是“大话王”的又一次表演。牛顿也说他早就证明过这个定律，虽然当下同样没拿出任何证据，可几个月后，牛顿发表了著名的论运动，这成为后来自然哲学的数学原理的前奏。 1686年，牛顿完成扛鼎之作自然哲学的数学原理，并于4月把原稿交给皇家学会。他在书中公布了万有引力定律，因此在和胡克的“口水战”中赢得了压倒性胜利。虽然由于经费问题

11、以及牛顿和胡克关于万有引力定律发明权的争执，皇家学会未能安排该书付印。但牛顿的朋友哈雷深知该书的价值，于是决定出钱替牛顿出版这一巨著。 自然哲学的数学原理发表后，直拗的胡克还是要求牛顿承认，是他优先发现平方反比定律的，起码要在书的前言里将他对牛顿启发的“功绩”提及一下。由于没有得到牛顿的有效回应，胡克在1693年的皇家学会会议上再次正式提出他发现万有引力的优先权。面对胡克如此接二连三“不识相”的行为，牛顿暴跳如雷，他一直认为万有引力完全是个人的发现，所以一气之下把自然哲学的数学原理里大部分涉及对胡克的引用都通通删掉，剩下少数实在无法避免的，用词也从“非常尊敬的胡克先生”变成不顾基本礼仪的“胡克

12、”两字。 得益于自然哲学的数学原理出版，在牛顿强大话语霸权的压力下，可怜的胡克至死也没有得到应有的承认，1703年3月3日，胡克在落寞中去世。在他死后不久，由于在科学上的成就卓著，声名显赫的牛顿登上了英国皇家学会主席宝座，这也导致了胡克在后来的科学史上更没有可能得到应有的地位和承认。因为随后，或许是出于大权在握的原因，英国皇家学会中的胡克实验室和胡克图书馆都先后被解散，胡克的所有研究成果、研究资料和实验器材也被分散或者被销毁。没多久，这些属于胡克的成果就全都消失在历史深处了。胡克死后甚至连一幅画像也没有留下来，据说是因为他长得“太丑了”，但也有学者言之凿凿地声称，正是精通权术的牛顿利用职权有意

13、毁弃了他的“敌人”胡克的遗物，作为对他最后的报复。“宽阔的河流平静，学识渊博的人谦虚。”凡是对人类发展作出巨大贡献的伟大人物，都有谦虚的美德。牛顿每当在科学上获得伟大成就时，从不沾沾自喜，自以为很了不起，急忙出版著作，以扬名于世。 当牛顿费尽心血算出“万有引力定律”后，没有急于发表。而是继续孜孜不倦地深思了数年，研究了数年，埋头于数字计算之中，从未对任何人讲过一句。后来，牛顿的朋友，大天文学家哈雷（哈雷彗星的发现者），在证明一个关于行星轨道的规律遇到困难时，专程登门请教牛顿。牛顿把自己关于计算“万有引力”的书稿交给哈雷看。哈雷看后才知道他所要请教的问题，正是牛顿早已解决、早已算好了的问题，心里钦羡不已。 在一六八四年十一月某一天，哈雷又到牛顿的寓所拜访。当谈到有关天文学的学术问题时，牛顿拿出写好的关于论证“万有引力”的论文，请哈雷提意见。哈雷看后，对这一巨著感到非常惊讶。他欣喜地对牛顿说：“这真是伟大的论证、伟大的著作！”他再三奉劝牛顿尽快发表这部伟大著作，以造福于人类。可是牛顿没有因为朋友的赞扬和建议而轻易地发表自己的著作。而是经过长时间的一丝不苟