„Newton górą”

matematyczno-przyrodnicza Obóz naukowy, Augustów, sierpień 2010 Nasza grupa Grupa 96/T1 matematyczno-przyrodnicza Obóz naukowy, Augustów, sierpień 2010

Isaac Newton

Isaac Newton (1643 – 1727) Był angielskim fizykiem, matematykiem, astronomem, filozofem, historykiem, badaczem Biblii, alchemikiem oraz astrologiem. Był jednym z najwybitniejszych wielkich umysłów wszechczasów. Jego ciało obecnie spoczywa w Opactwie Westminster. Ojciec Izaaka był farmerem, zmarł przed jego narodzinami. Matka, po powtórnym wyjściu za mąż, oddała chłopca na wychowanie babci. Gdy jednak ojczym chłopca zmarł wrócił on z powrotem do matki. W roku 1661 Isaac podjął studia na uniwersytecie w Cambridge, które ukończył w 1665 roku. Chciał tam podjąć pracę, jednak szkoła została zamknięta z powodu zarazy, co spowodowało powrót Isaaca w rodzinne strony. Jednak nadal prowadził obserwacje i badania dotyczące m.in. grawitacji. Analizom poddawał również światło.

Gdy szkoła ponownie została otwarta Newton powrócił do Cambridge i tam też dwa lata po zakończeniu studiów został członkiem Trinity College w Cambridge, a w 1669 roku powierzono mu katedrę profesora matematyki. Następnie przeniósł się do Londynu gdzie podjął pracę w mennicy królewskiej, a w 1698 roku został jej przełożonym. Od roku 1703 roku Newton stał na czele Towarzystwa Królewskiego. Natomiast w 1705 roku przyznano mu tytuł szlachecki za prace nad reformą monetarną. W swoim słynnym dziele Philosophiae naturalis principia mathematica (1687 r.) przedstawił prawo powszechnego ciążenia, a także prawa ruchu leżące u podstaw mechaniki klasycznej.

Isaac Newton jako pierwszy wykazał, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi jak i ruchem ciał niebieskich. Jego dociekania doprowadziły do rewolucji naukowej i przyjęcia teorii heliocentryzmu. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera i rozszerzył je udowadniając, że orbity (w większości komety) są nie tylko eliptyczne, ale mogą być też hiperboliczne i paraboliczne. Głosił, że światło ma naturę korpuskularną, czyli że składa się z cząstek. Był pierwszym, który zdał sobie sprawę, że widmo barw obserwowane podczas padania białego światła na pryzmat jest cechą padającego światła, a nie pryzmatu, jak głosił 400 lat wcześniej Roger Bacon. Rozwinął prawo stygnięcia. Sformułował twierdzenie o dwumianie i zasady zachowania pędu oraz momentu pędu. Zajmował się też pomiarami prędkości dźwięku w powietrzu i ogłosił teorię pochodzenia gwiazd. Był twórcą rachunku wariacyjnego. Jako pierwszy opisał matematycznie zjawisko pływów morskich (1687).

Wypowiedzi Isaaca Newtona „Ludzie budują za dużo murów, a za mało mostów.” „Nie wiem, jak wyglądam w oczach świata, lecz dla siebie jestem tylko chłopcem bawiącym się na morskim brzegu, pochylającym się i znajdującym piękniejszą muszelkę lub kamień gładszy niż inne, podczas gdy wielki ocean prawdy jest ciągle zakryty przede mną.” „Jeśli widzę dalej to tylko dlatego, że stoję na ramionach olbrzymów.” „Naturę i jej prawa ciemność spowijała.” „Co my wiemy, to tylko kropelka. Czego nie wiemy, to cały ocean.”  „Nie stawiam hipotez.”

Wypowiedzi Isaaca Newtona „Absolutna przestrzeń w swojej własnej istocie, bez związku z czymkolwiek zewnętrznym, pozostaje zawsze podobna i nieporuszona.” „Absolutny, prawdziwy i matematyczny czas sam z siebie i ze swojej własnej natury płynie równo i bez związku z czymkolwiek zewnętrznym.” „Istota filozofii przyrody polega na tym, by na podstawie zjawiska ruchu zbadać siły przyrody, a na podstawie tych sił wyjaśnić inne zjawiska.”

Podstawowe prace: 1669-1671: Opracował i zbudował pierwszy teleskop zwierciadlany (teleskop Newtona). 1687: Fundamentalne dzieło „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica” ("Zasady matematyczne filozofii naturalnej”), opublikowane wiele lat po opracowaniu przez niego większości opisanych w nim rezultatów, zawierało m.in.: Trzy zasady dynamiki:

Pierwsza zasada dynamiki Newtona (1687r)   każde ciało pozostaje w stanie spoczynku lub ruchu jednostajnym po linii prostej dopóty, dopóki nie zostanie zmuszone, za pomocą wywierania odpowiednich sił, do zmiany tego stanu.    Druga zasada dynamiki Newtona przyspieszenie ciała jest wprost proporcjonalne do wypadkowej siły działającej na to ciało i ma kierunek zgodny z kierunkiem tej siły oraz że dla danej siły przyspieszenie jest odwrotnie proporcjonalne do masy ciała. Trzecia zasada dynamiki Newtona jeżeli ciało A działa na ciało B, to ciało B działa na ciało A siłą o takiej samej wartości, lecz przeciwnie skierowaną.

Prawo powszechnego ciążenia, które wyprowadził korzystając z trzeciego prawa Keplera, wyrażające się wzorem: gdzie: G = 6.673·10-11 Nm2/kg2 - stała grawitacji, F - siła przyciągania grawitacyjnego dwu ciał, m, M - masy przyciągających się ciał; r - odległość środków ciężkości tych ciał. Zastosowanie tych praw do wyjaśnienia m.in. mechanizmu przypływów, szczegółów ruchu Księżyca (uwzględniających zakłócenia grawitacyjne ze strony Słońca), kształtu Ziemi (jako elipsoidy spłaszczonej na biegunach), precesji osi obrotu Ziemi, ruchu planet i komet.

1704: Opublikował dzieło „Opticks...” („Optyka...”), w którym podsumował swoje odkrycia z dziedziny rozszczepienia światła białego za pomocą pryzmatu (co doprowadziło później do powstania analizy widmowej pozwalającej m.in. na określanie składu chemicznego odległych ciał niebieskich), przedstawił szczegółowo korpuskularną teorie światła i opisał zjawiska optyczne w cienkich warstwach.

Niuton – siła, która ciału o masie 1 kg nadaje przyspieszenie 1 m/s². Siła – wektorowa wielkość fizyczna będąca miarą oddziaływań fizycznych między ciałami. Siła jest wielkością wektorową, ma kierunki zwrotne i wartość oraz punkt przyłożenia. Jednostką siły jest Niuton. Niuton – siła, która ciału o masie 1 kg nadaje przyspieszenie 1 m/s².

Siłomierz (dynamometr) – przyrząd do pomiaru wartości działającej siły Siłomierz (dynamometr) – przyrząd do pomiaru wartości działającej siły. Zasada jego działania najczęściej opiera się na prawie Hooke'a, które mówi, że odkształcenie elementu sprężystego jest proporcjonalne do wartości działającej siły. Zasadniczą częścią siłomierza jest sprężyna, która wydłuża się pod wpływem działających na nią sił. Obok sprężyny zamocowana jest podziałka, wycechowana w niutonach. Dynamometry wykorzystuje się w wielu dziedzinach życia: w technice (pomiary sił i momentów), w antropometrii (do pomiaru siły mięśni dłoni), w gospodarstwie domowym (wagi sprężynowe) oraz w geodezji (mierzenia siły naciągu taśm stalowych przy mierzeniu odległości).

Wahadło Newtona Wahadło jest zbudowane z kilku stalowych kulek zawieszonych na dwóch żyłkach w ten sposób, że wszystkie kulki stykają się wzdłuż wspólnej poziomej osi i mogą kołysać się w płaszczyźnie pionowej. Podnosimy skrajną kulkę równocześnie napinając żyłkę. Następnie puszczamy kulkę, pozwalając uderzyć jej w sąsiednie kulki pozostające w spoczynku. Po zderzeniu tylko ostatnia kula po przeciwnej stronie porusza się do góry i osiąga prawie tę samą wysokość, z której rozpoczęła swój ruch pierwsza kulka. Opadając, kulka uderza w kulki znajdujące się w spoczynku i powoduje powtórzenie cyklu. Z powodu sposobu zawieszenia kulek, zderzenia są centralne oraz prawie doskonale sprężyste. W związku z tym możemy napisać proste związki opisujące szybkość kulki przed i po zderzeniu, przy założenie że energia kinetyczna i pęd całego układu są zachowane. Rezultat: podczas zderzenia zawieszone kulki zmieniają swoją prędkość - pierwsza zatrzymuje się, przekazując energię uderzenia następnym. Ostatnia w rzędzie nabiera prawie takiej samej prędkości, jaką miała pierwsza tuż przed zderzeniem.

Rozszczepienie światła (Newton, 1670-1672) Rozszczepienie światła (dyspersja) to zjawisko rozdzielenia fali elektromagnetycznej na składowe o różnej długości. Światło z rzutnika, padając na ekran, tworzy biały prostokątny obraz. Po wstawieniu pryzmatu wiązka światła z rzutnika zostaje odchylona od pierwotnego kierunku na skutek dwukrotnego załamania w pryzmacie. Kąt odchylenia światła wychodzącego z pryzmatu jest tym większy, im większe są: kąt padania, kąt łamiący pryzmatu i współczynnik załamania substancji, z której jest wykonany pryzmat. Na ekranie pojawia się barwna smuga światła. Układ kolorów, licząc od najmniejszego odchylenia, jest następujący: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Światło białe ulega w pryzmacie nie tylko załamaniu, ale i rozszczepieniu. Światło białe nie jest więc jednolite, ale jest mieszaniną wielu składowych o różnych barwach, załamujących się w pryzmacie pod różnymi kątami i tworzących na ekranie widmo ciągłe.

Krążek wielobarwny Newtona Na krążku znajdują się wycinki o barwach zbliżonych do zasadniczych barw widmowych światłą białego. Krążek montujemy w wirownicy. Po prawieniu krążka w ruch obrotowy, wydaje się on prawie biały. Jest to przykład addytywnego składania barw.

Imię Newtona noszą: miasta w USA; obraz Williama Blake’a; spory krater (78 km średnicy) na widocznej stronie Księżyca; jeden z największych kraterów (287 km średnicy) na Marsie; planetoidy 662 Newtonia oraz 8000 Isaac Newton; Newton jedno z pierwszych urządzeń PDA na świecie (Palmtop - Personal Digital Assistant, komputer kieszonkowy).

Wakacyjny projekt

Projekt „ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013 CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie 20