Antes de que Newton, Mozi, Bacon, Leonardo da Vinci y otros estudiaran los fenómenos ópticos. La ley de la reflexión es una de las leyes de la óptica que se conoce desde hace mucho tiempo. Cuando surgió la ciencia moderna, Galileo conmocionó al mundo al descubrir el "nuevo universo" a través de su telescopio. El matemático holandés Sneers descubrió por primera vez la ley de refracción de la luz. Descartes propuso las partículas de luz...
Newton y sus contemporáneos como Hooke y Huygens, al igual que Galileo y Descartes, estudiaron la óptica con gran interés y entusiasmo. En 1666, mientras estaba de vacaciones en casa, Newton consiguió un prisma, que utilizó para realizar su famoso experimento de dispersión. Después de que un rayo de luz solar pasa a través de un prisma, se descompone en bandas espectrales de varios colores. Newton usó un deflector de hendidura para bloquear la luz de otros colores y solo permitió que la luz de un color pasara a través del segundo prisma. Como resultado, solo había luz del mismo color. De esta forma descubrió que la luz blanca se compone de diferentes colores de luz, lo que supuso su primera gran aportación.
Para verificar este descubrimiento, Newton intentó combinar varias luces monocromáticas diferentes en luz blanca y calculó el índice de refracción de diferentes colores de luz, explicando con precisión el fenómeno de dispersión. El misterio del color de la materia está resuelto. Resulta que el color de una sustancia es causado por la diferente reflectividad e índice de refracción de la luz de diferentes colores en el objeto. En 1672 d.C., Newton publicó los resultados de su investigación en el Philosophical Journal of the Royal Society. Este fue su primer artículo publicado.
Mucha gente estudia óptica para mejorar los telescopios refractores. Newton descubrió la composición de la luz blanca y creyó que el fenómeno de dispersión de las lentes refractivas de los telescopios no se podía eliminar (más tarde, algunas personas usaban lentes de vidrio con diferentes índices de refracción para eliminar el fenómeno de dispersión), por lo que diseñó y fabricó un telescopio reflector. .
Newton no sólo era bueno en cálculos matemáticos, sino que también era capaz de fabricar diversos equipos experimentales y realizar experimentos precisos. Para fabricar telescopios, diseñó una máquina esmeriladora y pulidora y experimentó con diversos materiales abrasivos. En 1668 realizó el primer prototipo de telescopio reflector, que fue su segunda mayor contribución. En 1671, Newton presentó el telescopio reflector mejorado a la Royal Society, lo que lo hizo famoso y fue elegido miembro de la Royal Society. La invención del telescopio reflector sentó las bases de los modernos telescopios astronómicos ópticos de gran escala.
Al mismo tiempo, Newton también realizó una gran cantidad de experimentos de observación y cálculos matemáticos, como el estudio del fenómeno de refracción anormal de las rocas glaciares descubierto por Huygens, el fenómeno del color de las pompas de jabón descubierto por Hooke y los fenómenos ópticos de los anillos de Newton, etc.
Newton también propuso la "teoría de las partículas" de la luz, creyendo que la luz está formada por partículas y toma el camino rectilíneo más rápido. Su "teoría de las partículas" y la "teoría de las ondas" de Huygens formaron más tarde dos teorías básicas sobre la luz. Además, creó la rueda cromática de Newton y otros instrumentos ópticos.
Logros de Newton
Newton fue el maestro de la teoría mecánica clásica. Resumió sistemáticamente los trabajos de Galileo, Kepler y Huygens y obtuvo la famosa ley de la gravitación universal y las tres leyes del movimiento de Newton.
Antes de Newton, la astronomía era la materia más destacada. Pero ¿por qué los planetas tienen que orbitar alrededor del Sol según ciertas reglas? Los astrónomos no pueden explicar completamente el problema. El descubrimiento de la gravitación universal demostró que los movimientos de las estrellas en el cielo y de los objetos en la Tierra se rigen por las mismas leyes: las leyes de la mecánica.
Mucho antes de que Newton descubriera la ley de la gravitación universal, muchos científicos habían considerado seriamente esta cuestión. Por ejemplo, Kepler se dio cuenta de que debe haber una fuerza en acción que hace que los planetas se muevan en órbitas elípticas. Pensó que esta fuerza era similar al magnetismo, como un imán que atrae el hierro. En 1659, Huygens descubrió, al estudiar el movimiento de un péndulo, que se necesita una fuerza centrípeta para mantener un objeto en movimiento en una órbita circular. Hooke y otros pensaron que era gravedad y trataron de deducir la relación entre gravedad y distancia.
En 1664, Hooke descubrió que cuando los cometas se acercan al sol, sus órbitas se curvan debido a la gravedad del sol. En 1673, Huygens derivó la ley de la fuerza centrípeta; en 1679, Hooke y Halley derivaron de la ley de la fuerza centrípeta y la tercera ley de Kepler que la fuerza gravitacional que mantiene el movimiento planetario es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.
El propio Newton recordaba que hacia 1666, ya se había planteado la cuestión de la gravedad cuando vivía en su ciudad natal. Lo más famoso es que Newton solía pasar sus vacaciones sentado en su jardín durante un tiempo.
Una vez, como había sucedido muchas veces antes, una manzana cayó del árbol...
La caída inesperada de una manzana supuso un punto de inflexión en la historia del pensamiento humano, abriendo el mundo del pensamiento. Sentado en el jardín, el pensamiento humano le hizo reflexionar: ¿Cuál es la razón por la que casi todos los objetos son atraídos hacia el centro de la tierra? reflexionó Newton. Finalmente, descubrió la gravedad, que tuvo una importancia trascendental para la humanidad.
La brillantez de Newton es que resolvió el problema de argumento matemático que Hooke y otros no pudieron resolver. En 1679, Hooke le escribió a Newton y le preguntó si podía demostrar que los planetas se mueven en órbitas elípticas basándose en la ley de la fuerza centrípeta y la ley de que la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Newton no respondió a esta pregunta. En 1685, cuando Halley visitó a Newton, éste ya había descubierto la ley de la gravitación universal: existe una fuerza gravitacional entre dos objetos, que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional al producto de las masas de los dos objetos. .
En aquella época se disponía de datos precisos para su cálculo, como el radio de la Tierra y la distancia entre el Sol y la Tierra. Newton le demostró a Halley que la gravedad de la Tierra es la fuerza centrípeta que hace que la Luna se mueva alrededor de la Tierra, y también demostró que el movimiento planetario bajo la influencia de la gravedad del Sol cumple con las tres leyes del movimiento de Kepler.
A instancias de Halley, Newton escribió su obra maestra que hizo época, "Principios matemáticos de la filosofía natural", a finales de 1686. La Royal Society se quedó corta de fondos y no pudo publicar el libro. Posteriormente, en 1687 se publicó una de las obras más importantes de la historia de la ciencia con el apoyo de Halley.
En este libro, Newton no sólo demuestra matemáticamente la ley de la gravitación universal basándose en los conceptos básicos de la mecánica (masa, momento, inercia, fuerza) y las leyes básicas (las tres leyes del movimiento), sino también Combina la Mecánica clásica y se estableció como un sistema completo y riguroso, unificando la mecánica de los cuerpos celestes y la mecánica de los objetos terrestres, logrando la primera gran síntesis en la historia de la física.