牛頓是怎麼推導出萬有引力的?

時間 2021-05-12 07:28:24

1樓:周京貴

關於萬有引力我很久就有看法的。

首先推理幾個知識點!

真空兩點建立連線有兩種力

第一種物體運動前平面積,小平面積的在大的平面裡面,是建立大平面積運動支撐面空間內!

第二種引力體積,真空兩個物體沒有管道和運動軌道空間面是不可能相互碰撞或者融合的。

經過上面推理後,進行回答牛頓萬有引力就簡單了。

首先原子上少像元素表那樣,分出物體粒子引強層,就像氣壓表一樣沒有分出不同物體粒子氣壓強度

比方說氣壓層強度

引力層強度

支撐空間口出來後的在載物流體減速強度或者勻速直線運動

載流體運動密度強度上簡單說管道內傳導速度加入載體後建立支撐時間0流體運動速度

最後說一句話,關於引力上方程不好控制和不准,必須有乙個點正反論支撐進行相互抵消建立0了靜止體積狀態

三條圓周平行線,內外是中間兩倍

2樓:石家莊張志峰

好久宇宙間四種基本力之一,電磁力的本質。

光2:電磁力是磁光和電光致光折射效應的巨集觀體現https://www.

光3:萬有引力的本質。統一場夢想成真。

3樓:可還行

瀉藥牛頓怎麼推導的我不知道,但是在其所著《自然哲學之數學原理》的第一編第三章命題11 問題6中論證了維持質點沿橢圓繞焦點運動的有心力應該具有的形式,即大小與距離的平方反比。書中的推導是純幾何的,已經有答主把主要內容貼出來了,我這裡用解析幾何的語言推導一遍。

乙個質點做曲線運動,在質點位置處,運動軌跡的單位法向量為 指向軌跡彎曲側,運動軌跡的曲率半徑為 ,質點所受合外力為 ,那麼有

乙個質點做曲線運動,其所受合外力總指向乙個定點,假設這個質點的運動速度為 ,這個定點到這個質點的向量為 ,與 的夾角為 ,那麼在整個運動過程中

乙個橢圓的長半軸和短半軸長分別為 和 。有乙個點位於這個橢圓上,這個橢圓乙個焦點到該點連線與這個橢圓在該點處切線的夾角為 ,這個橢圓在該點處的曲率半徑為 ,那麼有

如圖 1,乙個橢圓的中心為 ,和 分別為橢圓長半軸和短半軸端的頂點,橢圓的長半軸長度為 ,短半軸長度為 ,為這個橢圓的乙個焦點。乙個質量為 的質點 沿這個橢圓運動, 到 的向量為 ,質點 的運動速度為 。

圖 1如圖 2,假設 與 的夾角為 ,曲率圓的圓心為 , 到 的向量為 那麼曲率圓的半徑為 。

圖 2質點 沿橢圓軌跡運動而不沿直線勻速運動是因為受到了力的作用,假設這個力總由 指向 ,而且大小只與到 的距離有關,也就是說這個作用力可以寫成如下形式

其中, 是 的單位向量,由於 由 指向 ,方向與 相反,所以 ,因此有

所以其中, 是 的單位向量,也是運動軌跡法向量。根據引理 1

圖 3再考慮引理 2和引理 3

所以所以

這裡的係數 是與 無關的常數。

因此,

以下是引理 3的證明

在直角座標系中給出給出橢圓的方程

對方程做全微分得到

我們可以由此給出y對x的一階和二階導數的表示式

由於橢圓關於 軸和 軸對稱,所以橢圓的曲率半徑等具有相應對稱性。我們現在考慮橢圓在x軸上方部分的情況,此時 0" eeimg="1"/>,所以橢圓的曲率半徑可以表達為

橢圓在點 處的切向量 可以取為

法向量 可以取為

焦點 到的向量 滿足

所以 的表示式為

進而 為

可以證明

具體的步驟是

於是我還打算給出前兩個引理的證明。

未完待續

4樓:

首先,關於牛頓和胡克,平方反比定律誰先想到,這其實不重要,這個問題維基上有寫,知道你們不會看,所以截了個圖,也沒有截完

雖然牛頓說自己在2023年就發現了平方反比定律,但是我相信他那時候也不能給出乙個完整的證明,或者至少不是完全清楚。因為至少在2023年牛頓和胡克的信中,牛頓還認為物體會沿著螺旋軌道到達地心。無論如何,至少在1686的《原理》中,牛頓完全證明了平方反比定律。

如果行星軌道是圓形,那麼根據向心力計算公式以及克卜勒第三定律很容易得到引力和距離平方成反比的關係,相信牛頓同時代的一些科學家也想到了。但問題是,根據克卜勒第一定律,行星軌道是橢圓而不是圓,並且太陽位於橢圓的乙個焦點上,所以在不能給出橢圓軌道的證明之前,平方反比只能是猜測。關於牛頓在《原理》中的證明是怎麼想到的我不得而知,但是可以來看看他是怎麼證明的

(《原理》第一編第二章命題2)

這個命題的證明很有趣,它實際上證明了符合克卜勒第二定律的(連線單位時間掃過的面積相等)引力一定是向心力。所謂的有心力,就是方向指向中心(或向外)的力,引力在與連線垂直的方向上分量為0。事實上克卜勒第二定律成立的另乙個表述是角動量不變,即外力矩不做功,因此沒有切向加速度,也就是力始終沿著徑向。

由於我只能摘錄書上的一部分,再加上牛頓時代的數學語言和現在有點不同,所以牛頓的證明看起來有點奇怪,以下兩條作為後續證明的鋪墊。(不過我覺得這些也能大致看明白了)

(《原理》第一編第一章引理10)

學過高中物理都知道勻加速運動距離和時間平方成正比,所以加速度,或者說力,正比於距離,反比於時間的平方。下面的定理是通過幾何方法將力用線段比值表示出來。

(《原理》第一編第二章命題6)

好了,接下來是主要內容,證明橢圓焦點為中心的軌道向心力符合平方反比規律。

(《原理》第一編第三章命題11)

這個證明中基本上是用幾何方法,用到了圓錐曲線的一些性質,這些早在古希臘時期的《圓錐曲線論》裡就研究透徹,同時代的數學家肯定也是清楚的。

(也許你會想如果向心力指向橢圓中心,或者說如果太陽在行星橢圓軌道中心那麼引力是什麼規律,答案是和距離成正比的吸引力,這個在第二章命題10有證明,圖就不放了)

不僅如此,還有雙曲線,拋物線軌道,一樣符合平方反比定律

(《原理》第一編第三章命題12、命題13)

(《原理》第一編第三章命題15)

(《原理》第一編第三章命題12)

所以至此已經完全證明了滿足克卜勒三大定律一定有平方反比定律。牛頓的證明主要的是用幾何方法。為什麼不用微積分,我認為除了是讓同時代的數學家能看懂之外,可能還在於當時微積分剛發明,牛頓還沒有將它完善,有些問題用代數方法可能不太好算,可以解決問題的作用還沒那麼大,沒有那些幾何方法那麼直觀。

而且可以看到,第一編第四章和第五章已知和未知曲線求軌道全是幾何作圖……

這是全書目錄,前面上傳的幾張圖的內容只是這本書很小的一部分。

用現代的數學方法,從萬有引力定律推導出克卜勒三定律是這樣的,摘自維基。

只需要克卜勒第一和第二定律(不需要第三定律)就可以推導出引力是向心力並且大小和距離平方成反比了,把前面兩個推導反過來就行了。

5樓:

古代人看到天空無盡星辰想要理解星辰的秘密

他們開始記錄星辰的資料

一代代記錄和傳承試圖找出星辰的秘密

出現了乙個叫第谷的人他在汶島建立了觀星台經過一生的努力(第谷非常有錢是大貴族他置辦的很多觀星儀器每一件都夠普通家庭用一輩子)

留下來很多資料這些資料比前人更精確

第谷的繼承者克卜勒出現了通過研究第谷的資料他發現了三個現象

1.行星不是以圓形繞著太陽轉而是橢圓形

2.行星與太陽的連線在相同時間內掃過的面積均相同

3.行星繞太陽公轉週期的平方和它們的橢圓軌道的半長軸的立方成正比

這被稱為克卜勒行星運動三大定律

這三定律用通俗的語言解釋

1.行星軌跡居然會是橢圓形而不是完美圓形

2.星星速度執行會變化可行星與太陽的連線在相同時間內掃過的面積居然相同

3.繩子越長離中心越遠繞一圈的時間越長

那個時代科學家們已經知道行星圍著太陽轉

那麼看著克卜勒發現的三定律自然會出現三個疑問

1.為啥行星繞著太陽轉的軌道不是圓形而是橢圓型?

2.既然在相同時間內掃過的面積均相同,那橢圓形軌道就代表在接近太陽時行星執行速度會快而離日會慢這又是為什麼呢?

3.為什麼離太陽越遠行星公轉週期越長?

然後又出現了一位神伽利略在亞里斯多德的基礎上在無數的觀察無數的思辨後

神伽利略逆天了

提出一條慣性定律也就是牛頓第一定律

慣性定律有兩個地方偉大

1.是反現實的指出物體沒有受到阻力會一直均速直線運動下去

地球上沒有人見過這種現象

2.則是偉大到沒法理解

慣性定律有乙個基礎設定

力是直線執行

至於為什麼力是直線執行地球上沒人知道

當時科學界已公認有向心力的存在所以東西會掉向地中心

蘋果和牛頓的故事只是故事

可沒人知道為何天空的星辰要遵守克卜勒三定律執行?為何星辰不遵守慣性定律直線運動呢?向心力又是什麼?而地上的萬物又遵守什麼規律執行?

大神牛頓出現了

他說這些看似相互矛盾的定律一定有乙個原因

他開始考慮根據慣性定律月球為什麼沒有直線飛走而會圍著地球轉月球又為什麼沒掉在地球上

根據克卜勒三定律和伽利略慣性定律可以猜測出物體之間可能存在一種相互吸引拉扯的力量

然後大神牛頓開啟了月地檢驗

亞里斯多德通過理性推導判斷物體下落速度與物體重量成正比

神伽利略通過比薩斜塔試驗證明了輕重物體的自由下落速度相同

但為什麼會有這種奇異的結果?重的鐵球和輕的鐵球同時落地?

這隱含說明了重力和物體的質量有乙個正比

這樣幾乎所需要的資源都湊齊了

行星繞太陽公轉週期的平方和它們的橢圓軌道的半長軸的立方成正比

慣性定律

猜測物體之間存在一種相互吸引拉扯的力量

重力和物體的質量有乙個正比

最後他算出了月球受的向心力就是重力他得出結論星辰都有這種力存在

他在黑暗的世界裡說要有光他要解釋這個宇宙

他說:宇宙中每個質點都以一種力吸引其它各個質點。這種力與各質點的質量的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比這就是引力定律這個定律的原因地球人沒人知道牛頓不知道後面科學家也沒有乙個人知道

6樓:奇變偶不變

1.在牛頓之前有乙個叫克卜勒的科學家。他發現了行星運動的三大定律(克卜勒三大定律)

1-1.克卜勒三大定律的具體表述:①橢圓定律:

所有行星繞太陽的軌道都是橢圓,太陽在橢圓的乙個焦點上。②面積定律:行星和太陽的連線在相等的時間間隔內掃過相等的面積。

③調和定律:所有行星繞太陽一周的恆星時間(

)的平方與它們軌道長半軸(ai)的立方成比例,即

。2.在發現萬有引力定律之前牛頓發現了乙個物體做圓周運動所受向心力公式

2-1.向心力F公式:F=mv/r,其中v是物體運動速度、m是物體質量、r是被物體運動所沿的圓周的半徑。

3.月球繞地球運動可看做是半徑為r的勻速圓周運動(即長半軸a=短半軸b=r的橢圓運動)

3-1.根據克卜勒第三定律,此時有r/T=常數

3-2.根據向心力公式,有mv/r正比於F(m是月球質量)

3-3.整理3-1與3-2得F正比於m/r,又由於萬有引力是兩個物體的相互作用力,既然F正比於m/r,那麼F正比於M/r(M為地球質量),所以F正比於Mm/r

3-4.給F正比於Mm/r添上比例係數G,得F=GMm/r,實驗證明m與M適用於任何兩個物體,且大小上恰好符合蘋果落地的力.

所以就得出了萬有引力定律F=GMm/r,經測量G=6.67*10

萬有引力公式是怎麼推導的?

已登出 克卜勒定律,行星軌道是橢圓。半長軸的三次方比週期的二次方是定值。中學階段視橢圓為圓 則上述公式為 行星軌道是圓,半徑的三次方與週期的二次方的比值是定值,設定值為K。然後就變成勻圓模型。引力 向心力質量乘角速度的平方乘半徑 角速度等於二 除以週期 代入 引力 向心力等於四 的平方乘質量乘半徑除...

牛頓為什麼要提出萬有引力定律

擁護窮 一顆黑加侖 嗨呀,這個問題本身就是乙個錯誤。萬有引力不是被發明的,而是被發現的。在牛頓開始研究蘋果為什麼會掉下來時,萬有引力就已經是存在的了,只是以前的人們並沒有發覺這一點。但關鍵的是 在蘋果砸到牛頓頭上之前,牛頓就已經開始研究萬有引力了,也就是說,蘋果只是乙個契機,一種靈感。科學是以人類的...

萬有引力是什麼?

鹽選推薦 在 1687 年,牛頓的 自然哲學的數學原理 出版了,這本書被認為標誌著物理學革命的新紀元,愛因斯坦也給出了極高的評價,認為如果沒有牛頓研究的體系,那麼我們到目前為止的收穫都將是不可能的。這本書中,牛頓第一次公布了萬有引力定律,同時還用他的三大定律和萬有引力定律研究了很多問題,包括行星運動...