Законы движения
Шрифт:
Юноша становится ученым
В университете исключительные способности Ньютона развернулись полностью. Профессора поражались, с какой легкостью он все усваивал и запоминал. Учебник Евклида «Начала геометрии» Ньютон прочитал как увлекательную повесть.
В 1664 году Ньютон стал «действительным» студентом — избавился от унизительных обязанностей слуги. В следующем году он получил первую ученую степень — бакалавра.
Но дальнейшие занятия в университете пришлось прекратить. Осенью 1664 года вспыхнула эпидемия чумы. За лето 1665 года в Лондоне от чумы умерло свыше тридцати тысяч человек. Люди покидали
Около двух лет прожил Ньютон в Вульсторпе, почти ни с кем не встречаясь. Он нигде не бывал, проводя большую часть времени за письменным столом. Жизнь в глуши, вдали от шумного Кембриджа не тяготила его. Молчаливый и серьезный, он больше всего ценил одиночество и возможность оставаться наедине со своими мыслями, книгами и работой. Ньютон много читал, у него была хорошая библиотека.
Невольное затворничество во время чумы Ньютон называет в своем дневнике лучшей порой юности. Здесь, в уединении, он наметил исследования, которые ему хотелось выполнить. Осуществление этой юношеской мечты полностью поглотило его и заняло всю жизнь. Ньютон работал с неукротимой настойчивостью, трудолюбием и упорством.
Занимаясь математикой, Ньютон создал основы новой ветви ее — высшей математики.
Он написал большую книгу о световых явлениях и изобрел новый тип телескопа, в котором объективом служило вогнутое зеркало.
Ньютон открыл закон всемирного тяготения, а примерно в 1679 году, когда ему исполнилось тридцать шесть лет, он занялся основами механики, продолжая дело, начатое Галилеем.
Телескоп Ньютона.
На плечах гигантов
Еще при жизни Галилея в Италии возникло общество любителей естествознания, которое называло себя Академией Рысьеглазых, то есть зорких, наблюдательных. В 1611 году Галилей был принят в члены этой Академии.
В 1657 году в Италии образовалось еще одно научное сообщество — Академия Опыта. Энергичная деятельность исследователей природы в Академии Опыта привлекла внимание кардиналов папы римского. Инквизиция признала научные изыскания этой Академии опасными для религии и запретила ее деятельность. Одного из членов Академии Опыта, Анатолия Олива, инквизиция арестовала, и он, чтобы избежать пытки, выбросился из окна темницы.
Но никакие преследования уже не могли помешать ученым продолжать свою работу.
В Австрии в это время трудился астроном и математик Иоганн Кеплер. Он изучал законы движения планет и строение солнечной системы.
В Голландии Христиан Гюйгенс исследовал свойства маятника и сформулировал законы удара, проявляющиеся при столкновении двух тел.
Во Франции вопросами движения занимался философ и математик Рене Декарт.
В трудах всех этих ученых накопился огромнейший материал, они проделали много важных опытов, но все их открытия были разобщены и никак не связаны воедино. Некоторые их наблюдения как будто противоречили друг другу, иные просто не находили никакого объяснения… Словом, положение в науке напоминало постройку, к которой подвезли груду строительных материалов. Пришли и каменщики, умеющие возводить стены. Их усилиями удалось кое-что сделать,
— Скажите, пожалуйста, сэр Исаак, каким образом вы смогли совершить столько замечательных открытий?
Ньютон не любил подобных вопросов — он строго посмотрел на спрашивающего и ответил кратко:
— Потому что я стоял на плечах гигантов!
И это был мудрый ответ: ни одно великое открытие нельзя сделать, если оно не подготовлено трудом многих ученых.
Вес — это сила
Ньютон, так же как и Галилей, начал исследования механического движения с изучения законов падения тел, но его задача была уже несколько проще. В распоряжении Ньютона имелся воздушный насос, о котором Галилей мог только мечтать.
Ньютон взял длинную стеклянную трубку, запаянную с одного конца, положил в нее маленький кусочек пробки и дробинку и присоединил трубку к воздушному насосу. Насос выкачал большую часть воздуха. Ученый запаял второй конец трубки. И дробинка с кусочком пробки осталась в сильно разреженном воздушном пространстве.
Ньютон поворачивал трубку то одним концом вверх, то другим — кусочек пробки и дробинка падали вниз с равной скоростью. Так удалось доказать, что в пустоте предметы разного веса падают с одинаковой скоростью. Теперь эти простенькие приборы — «трубки Ньютона» — имеются в каждой школе.
Падение предметов в разреженном воздухе.
Скорость падения не зависит от веса. Падающие предметы веса не имеют, говорил еще Галилей. Значит, сделал вывод Ньютон, вес — это не коренное свойство всех предметов или веществ.
Весом любые предметы обладают лишь до тех пор, пока они на чем-либо лежат или висят, а когда падают — лишаются веса.
Но что же такое вес?
Один из предшественников Ньютона — французский философ-математик Рене Декарт утверждал, что вес — это давление, которое оказывают вещи на землю или на подставку, па которой они лежат.
Ньютон вспомнил опыты Галилея с ведрами.
Пока вода переливалась из одного ведра в другое, их общий вес был меньше, чем раньше, — падающая вода двигалась свободно, ее ничто не задерживало, она действительно ничего не весила во время падения.
Как только вся вода оказывалась в нижнем ведре, равновесие весов восстанавливалось. И это тоже не удивляло Ньютона. Раз вся вода собралась в нижнем ведре, то и давление ее на дно должно в точности равняться сумме давлений воды в двух ведрах.
Вода как бы снова обрела свой вес.
Но почему тела давят на подставку? Этого Декарт не знал.
Возьмем гирю и подвесим ее на пружине. Пружина растянется. Теперь снимем эту гирю и возьмемся рукой за крючок пружины. Мы можем, приложив усилие, растянуть пружину настолько же, насколько ее растягивала своей тяжестью гиря.
Тяжесть гири и сила руки оказывают на пружину одинаковое действие. Значит, причиной давления тел на подставку — их вес — является какая-то сила.
Ее определил Ньютон.