牛頓是怎麼推導出萬有引力的?

換句話說,蘋果砸在他的頭上,為什麼他意識的不是地有引力,而是萬有引力?
因為如果在宇宙中要發現萬有引力很容易,但在地球上很難意識到這一點,那他是怎麼推導出來的?


1.在牛頓之前有一個叫開普勒的科學家。他發現了行星運動的三大定律(開普勒三大定律)
1-1.開普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,太陽在橢圓的一個焦點上。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一個物體做圓周運動所受向心力公式
2-1.向心力F公式:F=mv2/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.根據開普勒第三定律,此時有r3/T2=常數
3-2.根據向心力公式,有mv2/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/r2,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/r2,那麼F正比於M/r2(M為地球質量),所以F正比於Mm/r2
3-4.給F正比於Mm/r2添上比例係數G,得F=GMm/r2,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/r2,經測量G=6.67*10?11


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數據
一代代記錄和傳承 試圖找出星辰的秘密

出現了一個叫第谷的人 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)
留下來很多數據 這些數據比前人更精確

第谷的繼承者開普勒出現了 通過研究第谷的數據 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.行星公轉周期的平方與它們到太陽的平均距離的立方成正比

這被稱為開普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.星星速度運行會變化 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
那麼看著開普勒發現的三定律 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 行星運行速度會快 而離日會慢 這又是為什麼呢?
3.為什麼離太陽越遠 行星公轉周期越長?

然後又出現了一位神 伽利略 在亞里士多德的基礎上 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 有一個基礎設定
力是直線運行
至於為什麼力是直線運行 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開普勒三定律運行?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運行?

大神牛頓出現了
他說這些看似相互矛盾的定律 一定有一個原因
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
根據開普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


亞里士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一個正比

這樣 幾乎 所需要的資源都湊齊了
行星公轉周期的平方與它們到太陽的平均距離的立方成正比
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一個正比

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 後面科學家也沒有一個人知道


由開普勒第二定律知萬有引力是徑向力,寫出徑向力下的牛頓運動定律,代入開普勒第一定律或第三定律得到平方反比率。


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