Περιεχόμενο
- Δημιούργησε το σύγχρονο τηλεσκόπιο
- Ο Newton βοήθησε στην ανάπτυξη φασματικής ανάλυσης
- Οι νόμοι κίνησης του Νεύτωνα έθεσαν τις βάσεις για την κλασσική μηχανική
- Δημιούργησε το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας και του λογισμού
Ένας από τους σημαντικότερους επιστήμονες στην ιστορία, οι συμβολές του Sir Isaac Newton στους τομείς της φυσικής, των μαθηματικών, της αστρονομίας και της χημείας συνέβαλαν στην εισαγωγή της επιστημονικής επανάστασης. Και ενώ η μακρόχρονη ιστορία ενός μήλου που πέφτει πάνω στο μάθημα του είναι πιθανότατα απαρχαιωμένη, οι συνεισφορές του άλλαξαν τον τρόπο που βλέπουμε και κατανοούμε τον κόσμο γύρω μας.
Δημιούργησε το σύγχρονο τηλεσκόπιο
Πριν από το Newton, τα στάνταρ τηλεσκόπια παρείχαν μεγέθυνση, αλλά με μειονεκτήματα. Γνωστά ως τηλεσκόπια διαθλάσεως, χρησιμοποίησαν φακούς γυαλιού που άλλαξαν την κατεύθυνση διαφορετικών χρωμάτων σε διαφορετικές γωνίες. Αυτό προκάλεσε "χρωμικές παρεκκλίσεις" ή ασαφείς περιοχές εκτός εστίασης γύρω από αντικείμενα που βλέπουν μέσω του τηλεσκοπίου.
Μετά από πολλή συσσώρευση και δοκιμή, συμπεριλαμβανομένης της λείανσης των δικών του φακών, ο Newton βρήκε μια λύση. Αντικατέστησε τους φακούς διαθλάσεως με καθρέφτες, συμπεριλαμβανομένου ενός μεγάλου, κοίλου καθρέφτη για να δείξει την πρωτεύουσα εικόνα και μια μικρότερη, επίπεδη, αντανακλαστική, για να εμφανίσει αυτή την εικόνα στο μάτι. Το νέο "ανακλαστικό τηλεσκόπιο" του Newton ήταν πιο ισχυρό από τις προηγούμενες εκδόσεις και επειδή χρησιμοποίησε τον μικρό καθρέφτη για να αναπηδήσει την εικόνα στο μάτι, θα μπορούσε να κατασκευάσει ένα πολύ μικρότερο, πιο πρακτικό τηλεσκόπιο. Στην πραγματικότητα, το πρώτο του μοντέλο, το οποίο χτίστηκε το 1668 και δωρίστηκε στην βασιλική κοινωνία της Αγγλίας, ήταν μόλις έξι εκατοστά μακριά (περίπου 10 φορές μικρότερο από άλλα τηλεσκόπια της εποχής), αλλά θα μπορούσε να μεγεθύνει αντικείμενα κατά 40 φορές.
Ο απλός σχεδιασμός τηλεσκοπίου του Newton εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα, τόσο από τους αστρονόμους της αυλής όσο και από τους επιστήμονες της NASA.
Ο Newton βοήθησε στην ανάπτυξη φασματικής ανάλυσης
Την επόμενη φορά που θα κοιτάξετε πάνω σε ένα ουράνιο τόξο στον ουρανό, μπορείτε να ευχαριστήσετε τον Newton που μας βοήθησε να καταλάβουμε πρώτα και να προσδιορίσουμε τα επτά του χρώματα. Άρχισε να εργάζεται για τις μελέτες του για το φως και το χρώμα ακόμα και πριν δημιουργήσει το ανακλαστικό τηλεσκόπιο, παρόλο που παρουσίασε πολλά από τα στοιχεία του αρκετά χρόνια αργότερα, στο βιβλίο του του 1704, Οπτικά.
Πριν από τον Newton, οι επιστήμονες ακολουθούσαν κυρίως αρχαίες θεωρίες σχετικά με το χρώμα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων του Αριστοτέλη, οι οποίοι πίστευαν ότι όλα τα χρώματα προέρχονταν από την ελαφρότητα (λευκό) και το σκοτάδι (μαύρο). Κάποιοι πίστευαν ακόμη ότι τα χρώματα του ουράνιου τόξου σχηματίστηκαν από βρόχινα νερά που χρωμάτιζαν τις ακτίνες του ουρανού. Ο Νεύτωνας διαφώνησε. Έκανε μια φαινομενικά ατελείωτη σειρά πειραμάτων για να αποδείξει τις θεωρίες του.
Εργάζοντας στο σκοτεινό του δωμάτιο, κατευθύνει το λευκό φως μέσα από ένα κρυστάλλινο πρίσμα σε έναν τοίχο, το οποίο χωρίζεται στα επτά χρώματα που γνωρίζουμε τώρα ως φάσμα χρωμάτων (κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, ινδικό και ιώδες). Οι επιστήμονες γνώριζαν ήδη ότι πολλά από αυτά τα χρώματα υπήρχαν, αλλά πίστευαν ότι το ίδιο το πρίσμα μεταμόρφωσε το λευκό φως σε αυτά τα χρώματα. Αλλά όταν ο Νεύτωνας τράβηξε τα ίδια χρώματα πίσω σε ένα άλλο πρίσμα, σχηματίστηκαν σε ένα λευκό φως, αποδεικνύοντας ότι το λευκό φως (και η ηλιακή ακτινοβολία) ήταν στην πραγματικότητα ένας συνδυασμός όλων των χρωμάτων του ουράνιου τόξου.
Οι νόμοι κίνησης του Νεύτωνα έθεσαν τις βάσεις για την κλασσική μηχανική
Το 1687, ο Newton δημοσίευσε ένα από τα σημαντικότερα επιστημονικά βιβλία στην ιστορία, το Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, κοινώς γνωστό ως Principa. Σε αυτό το έργο ο ίδιος έθεσε για πρώτη φορά τους τρεις νόμους κίνησης του.
Ο νόμος της αδράνειας δηλώνει ότι σε κατάσταση ηρεμίας ή σε κίνηση θα παραμείνει σε ηρεμία ή σε κίνηση, εκτός αν ενεργήσει από εξωτερική δύναμη. Έτσι, με αυτόν τον νόμο, ο Newton μας βοηθάει να εξηγήσουμε γιατί ένα αυτοκίνητο θα σταματήσει όταν χτυπά έναν τοίχο, αλλά τα ανθρώπινα σώματα μέσα στο αυτοκίνητο θα συνεχίσουν να κινούνται με την ίδια σταθερή ταχύτητα μέχρι που τα σώματα χτυπήσουν μια εξωτερική δύναμη, το ταμπλό ή τον αερόσακο. Επίσης εξηγεί γιατί ένα αντικείμενο που ρίχνεται στο διάστημα είναι πιθανό να συνεχίσει με την ίδια ταχύτητα στην ίδια διαδρομή για το άπειρο, εκτός αν έρχεται σε άλλο αντικείμενο που ασκεί δύναμη για να τον επιβραδύνει ή να αλλάξει κατεύθυνση.
Μπορείτε να δείτε ένα παράδειγμα του δεύτερου νόμου επιτάχυνσής του όταν οδηγείτε ένα ποδήλατο. Στην εξίσωση του ότι η δύναμη ισούται με την επιτάχυνση της μάζας φορές, ή F = ma, το πεντάλ του ποδηλάτου δημιουργεί τη δύναμη που απαιτείται για την επιτάχυνση. Ο νόμος του Νεύτωνα εξηγεί επίσης γιατί τα μεγαλύτερα ή βαρύτερα αντικείμενα απαιτούν περισσότερη δύναμη για να τα μετακινήσετε ή να τα αλλάξετε και γιατί το χτύπημα ενός μικρού αντικειμένου με ένα ρόπαλο του μπέιζμπολ θα προκαλούσε περισσότερη ζημιά από το χτύπημα ενός μεγάλου αντικειμένου με το ίδιο ρόπαλο.
Ο τρίτος νόμος δράσης και αντίδρασης του δημιουργεί μια απλή συμμετρία στην κατανόηση του κόσμου γύρω μας: Για κάθε ενέργεια υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση. Όταν καθίσετε σε μια καρέκλα, ασκείτε δύναμη κάτω στην καρέκλα, αλλά η καρέκλα ασκεί ισότιμη δύναμη για να σας κρατήσει όρθιο. Και όταν ένα ρουκέτο ξεκινάει στο διάστημα, είναι χάρη στην οπίσθια δύναμη του πυραύλου με το αέριο και την εμπρόσθια ώθηση του αερίου στον πυραύλο.
Δημιούργησε το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας και του λογισμού
ο Principa περιείχε επίσης μερικά από τα πρώτα δημοσιευμένα έργα του Νεύτωνα σχετικά με την κίνηση των πλανητών και τη βαρύτητα. Σύμφωνα με ένα δημοφιλές μύθο, ένας νεαρός Νεύτωνας κάθισε κάτω από ένα δέντρο στο αγρόκτημα της οικογένειάς του όταν η πτώση ενός μήλου ενέπνευσε μία από τις πιο διάσημες θεωρίες του. Είναι αδύνατο να γνωρίζουμε αν αυτό είναι αλήθεια (και ο ίδιος ο Νεύτων άρχισε να λέει την ιστορία ως παλαιότερος άνθρωπος), αλλά είναι μια χρήσιμη ιστορία που εξηγεί την επιστήμη πίσω από τη βαρύτητα. Παρέμεινε επίσης η βάση της κλασικής μηχανικής μέχρι τη θεωρία της σχετικότητας του Albert Einstein.
Ο Νεύτωνας επεξεργάστηκε ότι εάν η δύναμη της βαρύτητας τράβηξε το μήλο από το δέντρο, τότε ήταν επίσης δυνατό η βαρύτητα να ασκήσει την έλξη της σε αντικείμενα πολύ, πολύ πιο μακριά. Η θεωρία του Νεύτωνα βοήθησε να αποδειχθεί ότι όλα τα αντικείμενα, τόσο μικρά όσο ένα μήλο και τόσο μεγάλα όσο ένας πλανήτης, υπόκεινται σε βαρύτητα. Η βαρύτητα βοήθησε τους πλανήτες να περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο και να δημιουργούν τις απολήξεις και τις ροές των ποταμών και των παλιρροιών. Ο νόμος του Νεύτωνα δηλώνει επίσης ότι μεγαλύτερα σώματα με βαρύτερες μάζες ασκούν μεγαλύτερη βαρυτική έλξη, γι 'αυτό και εκείνοι που περπατούσαν στο πολύ μικρότερο φεγγάρι γνώρισαν μια αίσθηση έλλειψης βαρύτητας, καθώς είχαν μικρότερη βαρυτική έλξη.
Για να εξηγήσει τις θεωρίες του για τη βαρύτητα και την κίνηση, ο Newton συνέβαλε στη δημιουργία μιας νέας εξειδικευμένης μορφής μαθηματικών. Αρχικά γνωστό ως "ροήσεις" και τώρα υπολογισμός, χαρτογράφησε τη διαρκώς μεταβαλλόμενη και μεταβλητή κατάσταση της φύσης (όπως η δύναμη και η επιτάχυνση), με τέτοιο τρόπο ώστε η υπάρχουσα άλγεβρα και η γεωμετρία να μην μπορούν. Ο υπολογισμός μπορεί να ήταν ο οπαδός πολλών μαθητών γυμνασίου και κολλεγίου, αλλά έχει αποδειχθεί ανεκτίμητος σε αιώνες μαθηματικών, μηχανικών και επιστημόνων.