物理学人物艾萨克·牛顿详细介绍

【物理学人物】艾萨克·牛顿

英国物理学家

英国数学家

百科全书式的“全才”

艾萨克·牛顿

Isaac Newton

艾萨克·牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日),爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家、数学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。

在力学上,牛顿阐明了动量和角动量守恒的原理,提出牛顿运动定律。

在数学上,牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。

牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究,总结出了物体运动的三个基本定律(牛顿三定律):

第一定律(即惯性定律)

任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时(Fnet=0),总保持匀速直线运动或静止状态,直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。

第二定律

牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。力和加速度同时产生、同时变化、同时消逝。

②F=ma是一个矢量方程,应用时应规定正方向,凡与正方向相同的力或加速度均取正值,反之取负值,一般常取加速度的方向为正方向。

③根据力的独立作用原理,用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时,可将物体所受各力正交分解,在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式:Fx=max,Fy=may列方程。

第三定律

表达式F=-F'(F表示作用力,F'表示反作用力,负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反)

这三个非常简单的物体运动定律,为力学奠定了坚实的基础,并对其他学科的发展产生了巨大影响。

数学

主要数学成就:

微积分

二项式定理

微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题,才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的,牛顿称之为"流数术"。它所处理的一些具体问题,如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等,在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人,他站在了更高的角度,对以往分散的结论加以综合,将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法——微分和积分,并确立了这两类运算的互逆关系,从而完成了微积分发明中最关键的一步,为近代科学发展提供了最有效的工具,开辟了数学上的一个新纪元。

二项式定理

二项式级数展开式是研究级数论、函数论、数学分析、方程理论的有力工具。在今天我们会发觉这个方法只适用于n是正整数,当n是正整数1,2,3,……,级数终止在正好是n+1项。如果n不是正整数,级数就不会终止,这个方法就不适用了。

光学

提出光的微粒说

牛顿认为光是由粒子或微粒组成的,并会因加速通过光密介质而折射,但他也不得不将它们与波联系起来,以解释光的衍射现象。而其后世的物理学家们则更加偏爱以纯粹的光波来解释衍射现象。现代的量子力学、光子以及波粒二象性的思想与牛顿对光的理解只有很小的相同点。

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百科全书式的“全才”

牛顿

【物理学人物】艾萨克·牛顿

《自然哲学的数学原理》是牛顿重要的物理学哲学著作。全书分为三卷,第一卷“论物体的运动”,表述了牛顿三定律;第二卷也是“论物体的运动”,论述了阻力下物体的运动,为流体力学开先河;第三卷“论宇宙的系统”,讨论了宇宙系统。

《自然哲学的数学原理》总结了近代天体力学和地面力学的成就,为经典力学规定了一套基本概念,提出了力学的三大定律和万有引力定律,从而使经典力学成为一个完整的理论体系。该书意味着经典力学的成熟,其中所建立的经典力学的理论体系成为近代科学的标准尺度。

【物理学人物】艾萨克·牛顿

本书为牛顿系统阐述其20年光学研究成果的经典著作,也是光学研究从几何光学向近代光学转变的标志之一。在《光学》中,牛顿以微粒说解释光的直线传播,解释反射、折射现象。牛顿的光的微粒说与其创立的经典力学的概念框架是一致的。在书中,牛顿设计了许多非常巧妙的实验来证实自己的理论,使得该书成为一部实验科学的优秀范本,而实验科学的思想对于整个近代科学体系的建立是至关重要的。

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