万有引力定律是如何得到的? 万有引力定律公式
万有引力定律公式(万有引力定律是怎么得到的?)
01介绍世界上有多少种力量?
到目前为止 , 人类已经发现了自然界中四种基本的相互作用力 , 包括重力、强力、弱力和电磁力 , 其中重力是应用最早、最广泛的一种 。
然而 , 引力本质的解释已经成为科学界最麻烦的问题之一 。可以说“引力的本质是什么?”这个问题可以排到前5名 。
在著名的硬核科幻电影《星际穿越》中 , 解决资源网络的引力问题被设定为解决人类生存问题的终极方法——这本身就是科学素养的深层体现 。
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星际剧照
今天 , 我们不讨论什么是引力 , 而是讨论万有引力定律是如何被首次发现的 。
这一发现主要归功于我们伟大的牛顿;然而 , 正如牛顿自己所说 , 他站在巨人的肩膀上 , 巨人在引力的发现中也发挥了至关重要的作用 。
以下是详细介绍 。
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02第谷和开普勒牛顿对万有引力定律的推导是基于数据分析 。
完成数据采集的是伟大的天文学家第谷 , 完成数据第一手分析整理的是第谷的学生开普勒 。
第谷是一个非常勤奋的天文学家 。他记录了30年的恒星 , 形成了一个巨大的数据集 。
开普勒继承了老师的勤奋 , 计算整理了这些数据——这些计算非常枯燥——最后得到了三个定律 , 被后人称为开普勒三定律 。
牛顿万有引力定律最初诞生于开普勒三定律(当然 , 毫无疑问 , 牛顿天才的三大力学定律是决定性的) 。这里简单介绍一下开普勒的三大定律:
开普勒第一定律:
行星围绕太阳的轨道是一个椭圆 , 太阳在椭圆的焦点上 。
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开普勒第二定律:
行星和太阳的连线在单位时间内有一定的扫过面积 。
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开普勒第三定律:
围绕太阳运行的行星的周期t和轨道的半长轴r之间满足以下关系:
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注意:这个常数只和太阳有关 , 和行星本身无关 。
要推导万有引力定律 , 最重要的是应用开普勒第三定律 。
03牛顿力学三定律当然 , 牛顿自己的三大定律是推导万有引力的关键环节 。
牛顿奠定了物理力学的基础;
力学的基础是力学的三大定律 , 分别叫牛一、牛二、牛三 。
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牛顿第一定律:
牛一定律 , 也被称为惯性定律:当一个物体没有受到压力时 , 它将一直保持其原始运动状态 , 直到外力改变它 。物体保持其原始运动状态不变的这种能力叫做惯性 。
惯性只和质量有关 。质量越大 , 惯性越大 。
从现代物理学的角度回望 , 牛一其实是用“惯性”来定义“什么是质量”的 , 这叫惯性质量 。
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水因为惯性被甩出
牛顿第二定律:
牛顿第一定律定义了质量 , 牛顿第二定律定义了什么是通过质量的力 。
什么是力?力是改变有质量(即惯性)的物体的运动状态所需要施加的动作 。包括大小和方向两个要素 。
这种效应满足与物体质量和物体运动状态变化速度(即加速度)的非常简单的关系:
F=ma , 这是牛顿第二定律 。
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牛顿第三定律:
任何两个物体之间的相互作用都是相互的 。你对我强 , 我也一定对你强 , 这两个力大小相等 , 方向相反 , 在同一条直线上 。
牛顿第三定律是作用力和反作用力之间众所周知的关系 。
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大炮的后坐力
04万有引力的推导上面介绍了推导万有引力所需的基本定律 , 这里需要一个运动学公式 , 即圆周运动向心加速度的表达式 。
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