万有引力定律的建立过程及意义

1、万有引力定律的建立过程及意义万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。苹果的 落地引起了牛顿科学的遐想，在通过大量数学计算后推导出了著名万有引力 定律。然而万有引力定律的确立，却并非牛顿一个人的功劳。在牛顿研究万有 引力之前，已有不少人从事这个问题的研究，如第谷、开普勒。此外和牛顿 同时代的科学家，如胡克、哈雷、惠更斯、伦恩等，对万有引力定律的建立 也有贡献。正如牛顿本人所说：“我之所以有这样的成就，因为我是站在巨 人们的肩膀上的。”丹麦天文学家第谷花费多年时间进行观测行星，编制了篇幅庞大、高度 精确的星表。而后德国数学家、天文学家、物理学家开普勒对第谷的星表进 行整理研究，最终

2、提出了行星运动三定律。这些对于牛顿提出万有引力定律 具有至关重要的作用。此外，惠更斯的向心力公式，胡克、哈雷、伦恩重力 问题的研究都给予了牛顿不少启发。1665-1666年，因为瘟疫流行，牛顿从剑桥大学回到家乡。而看到苹果 偶然落地引发了牛顿思考引力问题。之后1684年，牛顿做了论运动的 演讲，明确叙述了向心力定律，证明了椭圆轨道运动的平方反比关系。此后 不久，又在一篇关于物体在均匀介质中的运动的论文中定义了质量概念，并 探讨了引力与质量的关系。这些将牛顿引向了万有引力定律的发现。牛顿设想了从高山上平抛一个铅球的理想实验，他认为当发射速度足够 大时，铅球将可能绕地球运动而不再落回地面，指出月球

3、也可以由于重力或 者其他力的作用使其偏离直线形成围绕地球的运转。牛顿通过一个靠近地面 的“小月球”的运动的思想实验，论证了 “使月球保持在它轨道上的力就是 我们通常称的为重力的那个力。”接着，牛顿根据向心力公式和开普勒三定律推导了平方反比关系。牛顿 证明，由面积速度定律可以得出物体受中心力的作用，由轨道定律可以得出 物体这个中心力是吸引力，由周期定律可以得出这个吸引力与半径的平方成 反比。并且通过同磁力的类比，得出“这些指向物体的力应与这些物体的性质和量有关”，从而把质量引进万有引力定律。同时牛顿在自然哲学的数 学原理这部书中叙述了著名的“月一一地检验”，对平方反比关系的正确 性提供了一个有力

4、的证明。牛顿提出：行星力与在地球表面看到的地球对于物体的引力是相同的， 能否用地球对月亮的吸引来验证？而在大量计算后，牛顿证明了月球所受引力与地面上物体所受引力遵循 相同规律。牛顿还把他在月球方面得到的结果推广到行星的运动上去，并进 一步得出所有物体之间的引力遵循的规律都相同的结论。牛顿断言，宇宙的 每一个事物都是以引力吸引别的物体，这种吸引力存在于万物之中，称万有 引力。这个引力同相互吸引的物体质量乘积成正比，同他们之间距离的平方 成反比。万有引力定律表述如下：任何两物体1、2间都存在相互作用的引力， 力的方向沿两物体的连线，力的大小f与物体的质量m 1、m2的乘积成正比， 与两者之间的距离

5、如的平方成反比，即F= G.怔r 2万有引力的普遍性:任何客观存在的有质量的物体之间都存在着相 互吸引的力。万有引力的相互性:两个物体相互吸引的力是一对作用力和反作用 力,它们大小相等，方向相反，分别作用于两个物体上。牛顿的引力定律将物理规律用数学公式总结，统一，打开了经典力学的 大门。体现了天上运动与地上运动的统一性，它把开普勒的行星运动和伽利 略的落体与抛体运动统一起来，从而把天体运动纳入到根据地面上的实验得 出的力学原理之中，第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用的规律，这 是历史上第一次伟大的综合，也是人类认识上一次巨大的飞跃。另外，万有引力定律的发现，在文化发展史上也有重要的意义。在牛顿 时代以前，人们认为天体的运动隐藏着不可认识的规律。而由于万有引力定 律的提出，人们不再对天上的运动感到神秘，使人们建立了这样的信心：人 们有能力理解天地间的各种事物。这种信心解放了人们的思想，在科学文化 发展上起到了积极的推动作用。万有引力定律还可以计算各种物体的互相作用力大小、天体质量，对于 未知天体的发现具有重要意义。当今牛顿万有引力理论的新版本一广义相对 论已成为现代