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海更士 Newton,Sir Issac (1642.12.25~1727.3.20)
發佈者:系統管理員 (2012-05-14 17:02:30)
最後修改者:系統管理員 (2012-05-14 23:39:47)
牛頓(Isaac Newton,1643~1727),英國物理學家、數學家、天文學家。1687年牛頓公開發表了萬有引力定律:自然界中任何兩個質點都以一定的力互相吸引著,這個力同兩個質點的質量乘積成正比,同它們之間的距離的二次方成反比。如果用m1和m2表示這兩個質點的質量,r表示它們之間的距離,則它們之間的吸引力
1. M1 / m2
2. F = G
生平簡述
  1629年4月14日,海更士生於荷蘭海牙的一個既有名望又富裕的家庭。父親是歐洲文藝復興時期荷蘭最卓越的人物之一,是個詩人,還做過大臣,與笛卡兒等學界名流交往甚密。因此,海更士在父親的關注下從小就受到當時最高的文化成就的薰陶。他除了在家裡接受(由家庭教師指導)嚴格而系統的中小學教育外,還特別喜歡繪畫、音樂、詩歌以及製作機械模型,並且從小就顯示了對數學的愛好。13歲的時候,他自製了一台車床,表現出很強的動手能力。16歲進入萊頓大學,學習法律與數學。18歲轉入布雷達學院深造。20歲畢業,週遊歐洲,廣交朋友,豐富見聞。在阿基米德等人的著作及笛卡兒等人的直接影響下,致力於力學、天文學及數學的研究。他善於把科學實踐和理論研究結合起來,透徹地解決問題,因而在擺鐘的發明、天文儀器的設計、彈性體碰撞和光的波動理論等方面都有突出的成就。1663年,海更士被聘為英國皇家學會第一個外國會員;1666年當選為荷蘭科學院院士;同年,應法國皇帝路易十四之邀到法國從事學術活動,不久又作為創建成員之一被剛剛成立的法國皇家科學院選為院士。海更士衣冠楚楚,溫文爾雅,有學者之風。但他體弱多病,又一心致於科學事業,故終生未婚。1695年7月8日在海牙逝世,享年66歲。海更士的科學生涯首先從研究數學開始。從1651年起,他對圓、二次曲線、複雜曲線、懸鏈線、概率等問題發表了一些論著,他還研究了浮體和各種形狀物體的重心等問題。1652年,海更士開始研究彈性物體的碰撞。1668~1669年,英國皇家學會為解決對心碰撞問題懸賞徵文,海更士是得獎者之一。他全面、細緻地解決了完全彈性碰撞問題,證明了在這種碰撞中同一方向上的動量保持不變,糾正笛卡兒不考慮動量具有方向性的錯誤,而且首次提出這種碰撞前後的Σme2守恆(後來,他的學生萊布尼茲加以發展,提出動能的概念,還第一次用1/2 me2來表示動能)。他還通過對比船上與岸上兩人手中小球的碰撞情況的生動例子,闡明相對性原理也適用於碰撞現象。這是從特殊情況的碰撞出發,首次用相對性原理得出了守恆定律的結論。1656年開始,海更士首先將擺引入時鐘,發明了擺鐘,世界上第一台擺鐘是1657年按照他的設計由科斯特製造的。為此出版了《擺鐘》(1658)及《擺式時鐘或用於時鐘上的擺的運動的幾何證明》(1673)兩書。後者是海更士的代表作之一,體現了他以全新的理論給出了數學上的完全解,從而解決技術設計難題的特點。例如,書中提出了著名的單擺周期公式,指出單擺的運動不嚴格等時。而後他從證明擺線(即旋輪線)的幾何性質開始,進而研究在機械上的應用。利用擺線理論設計出嚴格等時的擺鐘結構。他提出了複擺的完整理論,還用擺求出了重力加速度的準確值,並建議用秒擺的長度作為自然長度標準。他在這本書及另一部著作《關於運動及離心力》裡,提出過有關圓周運動及離心力的若干重要結果,包括向心加速度概念和公式,這是有助於牛頓發現萬有引力定律。海更士還研究了簡諧運動及彈簧振動,並用游絲代替掛擺,設計出許多種鐘錶等時結構(如海上用以測量地理經度的懷錶等)。在解決以上問題時,海更士提出了一種機械能守恆原理的最初表述形式。海更士還提出了慣性定律的早期表述:"如果沒有外力,例如重力,那麼一旦開始運動的物體則將繼續在一條直線上運動下去。"海更士既重視實驗,又重視推理,善於在數學理論的基礎上把自然現象歸於機械原因。他的工作有力地加強了物理學在17世紀的奠基工作,是創建經典力學的先驅,他在17世紀的科學界的重要性僅次牛頓。1650年起,海更士與弟弟用新法磨製球面透鏡,製作出的望遠鏡質量優良,用它發現了土星光環和土衛六、獵戶座星雲、火星極冠和木星帶等。海更士深入研究了幾何光學理論和應用光學技術,如折射定律及折射率、眼睛及眼鏡片、透鏡的放大率、焦深、球差與色差及其消除,並改進了望遠鏡(加裝測微器,提高了觀測精度)與顯微鏡等。他發明的目鏡效果良好,被稱為海更士目鏡,至今通用。1681~1687年,他磨製了幾種焦距為幾十米(最長的達63米)的物鏡,懸在高桿上,與目鏡配成色差很小的無管"空中望遠鏡",這種設備曾在天文觀測中使用了上百年。1665年,海更士與胡克一起斷定在常壓下冰的熔點與水的沸點都是恆定的溫度,並建議定為溫標固定點。1673年,海更士第一個設計出以火藥、蒸汽、風力等為動力的各種機器雛型,可以說是研製內燃機的開端。後來,他的學生在他的影響下製造出了能應用的蒸汽機。他還研究了引力問題並推證地球為扁球形,改進了空氣泵和氣壓計等。
 
  1666年,海更士在英國受到物理學家胡克的啟發,開始研究牛頓環。經過長期的研究,1678年,他在給荷蘭科學院的信中就已確立了光的波動學說,1679年,他又向法國科學院報告了這一學說,但直到1690年《光論》一書出版,才詳細地闡述了這一理論。由書中的論述可以看出,海更士是從把光與聲波的類比中發現光的波動說理論的。他寫道:"我們知道,聲音是借助看不見、摸不著的空氣向聲源周圍的整個空間傳播的,這是一個空氣粒子向下一個空氣粒子逐步推進的一種運動。正是因為這一運動的傳播在各個方向上是以相同的速度進行的,所以必定形成球面波,它們向外越傳越遠,最後到達我們的耳朵。"海更士想到:空間彌漫著一種由粒子構成的以太,由於一個運動中的粒子擾動就構成了光的輻射。這種擾動可以認為是從一個點源出發並以規則的球形向外傳播的波。因此,他認為:"現在,光無疑也是從發光體通過某種媒介物質的運動而達到我們的感官的。因為我們已經看到從發光體到達我們的光不可能是靠物體傳遞來的。正如我們即將研究的,如果光在其路途上傳播需要時間,那麼,傳給物質的這種運動就一定是逐漸的,像聲音一樣,它也一定是以球面波的形式傳播的。這是因為它們類似於我們把扔入水中時所看到的水波……"
重大貢獻
1.光的波動說
2.海更士一夫瑞奈原理
發現定理
  海更士認為:光就是一種由光源發出而通過以太傳播開來的縱向振動。當這種振動撞擊人的眼睛的時候,使人產生光的感覺。他還對光波的傳播過程提出了著名的海更士原理:"物質的每一粒子不僅把它的運動傳給跟它位於同一條由發光點引出的直線上的下一個粒子,而且也必定傳給跟它接觸的一切其他粒子。於是,圍繞著每一個粒子都形成一個以那一粒子為中心的波"。海更士充滿信心地斷言:"以後將看到,光的一切特性及屬於光的反射和折射的一切問題,都能夠用這種方法在原則上得到說明。"海更士運用這一原理解釋了光的反射和折射現象,並導出了光的折射定律,他對方解石的雙折射現象也做出了正確的解釋。他還說明了光的獨立傳播定律,並取得了巨大成功。但波動說本身還比較粗糙,海更士也沒有提出波的周期概念,並認為為光波是縱波,不能解釋光的偏振現象,對光的直線傳播的解釋也不令人滿意。另外,波動說只涉及到光的幾何性質,沒有涉及到物體發光等現象,再加上牛頓的巨大威望,使海更士的波動說在和牛頓的微粒說爭論中,沒有占到上風。直到19世紀初,波動說經楊和菲涅耳等人重新闡述,才成為近代物理學中重要的組成部份。