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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
La ley de la gravitación universal. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. La idea de que los cuerpos caen al suelo como resultado de su atracción por el globo no era nueva: los antiguos, por ejemplo, Platón, lo sabían. Pero, ¿cómo medir la fuerza de esta atracción? ¿Es igual en todas partes del mundo y hasta dónde se extiende? Aquí están las preguntas que Newton - el autor de la ley de la gravitación universal, confundió a los científicos y filósofos. Descubriendo tu tercera ley Kepler entró en tal estado de éxtasis que le pareció que deliraba. En 1619, Kepler publicó la famosa "Armonía del Universo", en la que estaba a un paso del descubrimiento de Newton y, sin embargo, no lo logró. Kepler no sólo atribuyó los movimientos de los planetas a alguna atracción mutua, sino que incluso estuvo dispuesto a aceptar la ley de la "proporción cuadrada" (es decir, una acción inversamente proporcional a los cuadrados de las distancias). Por desgracia, pronto lo abandonó y en su lugar asumió que la atracción era inversamente proporcional, no a los cuadrados de las distancias, sino a las distancias mismas. Kepler no logró establecer los principios mecánicos de las leyes del movimiento planetario descubiertas por él. Los predecesores inmediatos de Newton en este campo fueron sus compatriotas Gilbert y especialmente Hooke. En 1660, Gilbert publicó Sobre el imán, en el que comparó la acción de la tierra sobre la luna con la acción de un imán sobre el hierro. En otra obra de Gilbert, publicada después de su muerte, se dice que la Tierra y la Luna se influyen mutuamente como dos imanes y, además, en proporción a sus masas. Pero el más cercano a la verdad fue Robert Hooke, un contemporáneo y rival de Newton. El 21 de marzo de 1666, es decir, poco antes de que Newton profundizara por primera vez en los secretos de la mecánica celeste, Hooke leyó en una reunión de la Royal Society de Londres un informe sobre sus experimentos sobre el cambio de la gravedad en función de la distancia de un cuerpo que cae en relación con el centro de la Tierra. Consciente de la insatisfacción de sus primeros experimentos, a Hooke se le ocurrió la idea de medir la fuerza de la gravedad haciendo oscilar un péndulo, una idea del más alto grado ingeniosa y fructífera. Dos meses después, Hooke informó en la misma sociedad que la fuerza que mantiene a los planetas en sus órbitas debe ser similar a la que produce el movimiento circular de un péndulo. Mucho más tarde, cuando Newton ya estaba preparando su gran obra para su publicación, Hooke, independientemente de Newton, llegó a la idea de que "la fuerza que controla el movimiento de los planetas" debería cambiar "hasta cierto punto dependiendo de las distancias", y declaró que él "construiría todo un sistema del universo" basado en este comienzo. Pero fue aquí donde se reveló la diferencia entre el talento y el genio. Los pensamientos felices de Hooke permanecieron en su infancia. No tuvo la fuerza para hacer frente a sus hipótesis, y la prioridad del descubrimiento pertenece a Newton. Isaac Newton (1642-1726) nació en Woolsthorpe, Lincolnshire. Su padre murió antes del nacimiento de su hijo. La madre de Newton, de soltera Aiskof, dio a luz prematuramente poco después de la muerte de su marido, y el recién nacido Isaac era sorprendentemente pequeño y frágil. Pensaron que el bebé no sobreviviría. Newton, sin embargo, vivió hasta una edad madura y siempre, con la excepción de trastornos a corto plazo y una enfermedad grave, se distinguió por una buena salud. En términos de estatus de propiedad, la familia Newton pertenecía al número de agricultores de la mano media. Cuando Isaac creció, fue colocado en una escuela primaria. Al cumplir los doce años, el niño comenzó a asistir a una escuela pública en Grantham. Lo colocaron en un apartamento con el farmacéutico Clark, donde vivió intermitentemente durante unos seis años. La vida en la farmacia primero despertó en él el deseo de estudiar química. El 5 de junio de 1660, cuando Newton aún no tenía dieciocho años, fue admitido en el Trinity College. La Universidad de Cambridge era en ese momento una de las mejores de Europa: aquí florecían igualmente las ciencias filológicas y matemáticas. Newton centró su atención principal en las matemáticas. Pero al mismo tiempo, en 1665, se licenció en Bellas Artes (ciencias verbales). Sus primeros experimentos científicos están relacionados con el estudio de la luz. El científico demostró que con la ayuda de un prisma, el color blanco se puede descomponer en sus colores constituyentes. Al estudiar la refracción de la luz en películas delgadas, Newton observó un patrón de difracción, que se denominó "anillos de Newton". En 1666 estalló una epidemia en Cambridge, que, según la costumbre de la época, se consideró una plaga, y Newton se retiró a su Woolsthorpe. Aquí, en el silencio del pueblo, sin libros ni instrumentos a mano, viviendo una vida casi eremítica, Newton, de veinticuatro años, se entregó a profundas reflexiones filosóficas. Su fruto fue el más brillante de sus descubrimientos: la doctrina de la gravitación universal. Era un día de verano. A Newton le gustaba meditar, sentado en el jardín, al aire libre. La tradición informa que los pensamientos de Newton fueron interrumpidos por la caída de una manzana desbordada. El famoso manzano se mantuvo durante mucho tiempo como advertencia para la posteridad. Y después de que se secó, fue cortado y convertido en un monumento histórico en forma de banco. Newton había estado pensando durante mucho tiempo sobre las leyes de la caída de los cuerpos, y es muy posible que, en particular, la caída de una manzana lo condujera nuevamente a estos pensamientos, de los cuales pasó a la pregunta: ¿la caída de los cuerpos ocurren de la misma manera en todas partes del globo? Entonces, por ejemplo, ¿es posible afirmar que en las altas montañas los cuerpos caen con la misma velocidad que en las minas profundas? Pero, ¿cómo descubrió Newton esta ley, para la cual la analogía con la caída de una manzana ya no podía tener ningún significado? El propio Newton escribió muchos años después que derivó la fórmula matemática que expresa la ley de la gravitación universal del estudio de las famosas leyes de Kepler. Es posible, sin embargo, que su trabajo en esta dirección haya sido acelerado en gran medida por sus investigaciones en el campo de la óptica.La ley que determina la "intensidad de la luz" o el "grado de iluminación" de una superficie dada es muy similar a la fórmula matemática por gravedad Simples consideraciones geométricas y la experiencia directa muestran que cuando, por ejemplo, se quita una hoja de papel de una vela a una distancia doble, el grado de iluminación de la superficie del papel disminuye, y no a la mitad, sino a cuatro veces, en una distancia triple - por nueve veces, y así sucesivamente. Esta es la ley que en la época de Newton se llamó brevemente la ley de la "proporción cuadrada". Más precisamente, "la intensidad de la luz es inversamente proporcional a los cuadrados de las distancias". Era bastante natural que una mente como la de Newton tratara de aplicar esta ley a la teoría de la gravitación. Una vez que llegó a la conclusión de que la atracción de la Luna por la Tierra determina el movimiento del satélite terrestre, Newton inevitablemente llegó a una hipótesis similar con respecto al movimiento de los planetas alrededor del Sol. Pero su mente no se contentaba con hipótesis no probadas. Comenzó a calcular, y tomó décadas para que sus suposiciones se convirtieran en el sistema más grandioso del universo. Al mismo tiempo, Newton nunca podría haber desarrollado y probado su brillante idea si no hubiera dominado el poderoso método matemático conocido hoy bajo el nombre de cálculo diferencial e integral. La justicia exige señalar la contribución de Robert Hooke. Así, el astuto Hooke corrigió la conclusión de Newton y le escribió que los cuerpos que caen no deben desviarse exactamente hacia el este, sino hacia el sureste. Estuvo de acuerdo con los argumentos de Hooke, y los experimentos llevados a cabo por este último confirmaron plenamente la teoría. Hooke corrigió otro error de Newton. Isaac creía que un cuerpo que cae, debido a la conexión de su movimiento con el movimiento de la Tierra, describiría una línea helicoidal. Hooke demostró que una línea helicoidal se obtiene solo si se tiene en cuenta la resistencia del aire y que en el vacío el movimiento debe ser elíptico - estamos hablando de un movimiento verdadero, es decir, uno que podríamos observar si nosotros mismos no participáramos del movimiento .el globo. Después de comprobar las conclusiones de Hooke, Newton se convenció de que un cuerpo lanzado a una velocidad suficiente, estando al mismo tiempo bajo la influencia de la gravedad terrestre, puede en efecto describir una trayectoria elíptica. Reflexionando sobre este tema, Newton descubrió el famoso teorema, según el cual un cuerpo bajo la influencia de una fuerza de atracción, similar a la fuerza de la gravedad, siempre describe una sección cónica, es decir, una de las curvas que se obtienen cuando se corta un cono. por un plano (elipse, hipérbola, parábola y en casos especiales una circunferencia y una recta). Además, Newton determinó que el centro de atracción, es decir, el punto en el que se concentra la acción de todas las fuerzas de atracción que actúan sobre un punto en movimiento, está en el foco de la curva descrita. Así, el centro del Sol está (aproximadamente) en el foco general de las elipses descritas por los planetas. Habiendo logrado tales resultados. Newton vio de inmediato que había deducido teóricamente, es decir, basándose en los principios de la mecánica racional, una de las leyes de Kepler, que establece que los centros de los planetas describen elipses y que el centro del Sol está en el foco de sus órbitas. Pero Newton no estaba satisfecho con este acuerdo básico entre teoría y observación. Quería ver si era realmente posible con la ayuda de la teoría calcular los elementos de las órbitas planetarias, es decir, predecir todos los detalles de los movimientos planetarios. Al principio no tuvo suerte. John Conduitt escribe al respecto de esta manera: "En 1666, volvió a dejar Cambridge... para ir con su madre a Lincolnshire, y mientras meditaba en el jardín, se le ocurrió que la fuerza de la gravedad (que hace que una manzana caer sobre la tierra) no se limita a una cierta distancia de la tierra, sino que la fuerza debe extenderse mucho más lejos de lo que se suele pensar. ¿Por qué no a la luna?, se dijo, y si es así, esto debería influir en su movimiento y, tal vez, mantenerlo en órbita, después de lo cual decidió calcular cuál podría ser el efecto de tal suposición; pero como no tenía libros en ese momento, usó la proposición de uso común, común entre los geógrafos y nuestros marineros antes de que Norwood midiera la tierra. , que es que en un grado de latitud en la superficie de la Tierra hay 60 millas inglesas. El cálculo no coincidía con su teoría y lo obligó a contentarse con la suposición de que, junto con la fuerza de la gravedad, también debe haber una mezcla de la fuerza a la que y la Luna, si fuera transportada en su movimiento por un torbellino..." El estudio de las leyes del movimiento elíptico avanzó significativamente en la investigación de Newton. Pero mientras los cálculos no concordaran con la observación, Newton debe haber sospechado la existencia de alguna fuente de error o incompletitud de la teoría, aún eludiéndolo. No fue hasta 1682 que Newton pudo utilizar los datos de meridianos más precisos obtenidos por el científico francés Picard. Conociendo la longitud del meridiano, Newton calculó el diámetro del globo e inmediatamente ingresó los nuevos datos en sus cálculos anteriores. Para su mayor alegría, el científico estaba convencido de que sus viejos puntos de vista estaban completamente confirmados. La fuerza que hace que los cuerpos caigan a la Tierra resultó ser exactamente igual a la que controla el movimiento de la Luna. Esta conclusión fue para Newton el mayor triunfo de su genio científico. Ahora sus palabras estaban plenamente justificadas: "El genio es la paciencia del pensamiento concentrado en una determinada dirección". Todas sus hipótesis profundas, los cálculos a largo plazo resultaron ser correctos. Ahora estaba total y finalmente convencido de la posibilidad de crear un sistema completo del universo basado en un principio simple y grandioso. Todos los movimientos más complejos de la luna, los planetas e incluso los cometas que vagan por el cielo se le hicieron bastante claros. Se hizo posible predecir científicamente los movimientos de todos los cuerpos del sistema solar, y quizás el propio sol, e incluso las estrellas y los sistemas estelares. A fines de 1683, Newton finalmente comunicó a la Royal Society los principios fundamentales de su sistema en forma de una serie de teoremas sobre el movimiento de los planetas. Sin embargo, la teoría era demasiado brillante para que hubiera gente envidiosa que intentara atribuirse al menos parte de la gloria de este descubrimiento a sí mismos. Sin duda, algunos de los científicos británicos de la época se acercaron bastante a los descubrimientos de Newton, pero comprender la dificultad de la cuestión no significa resolverla. El famoso arquitecto y matemático Christopher Wren trató de explicar el movimiento de los planetas por "la caída de cuerpos sobre el Sol, conectada con el movimiento original". El astrónomo Halley supuso que las leyes de Kepler podían explicarse por la acción de una fuerza inversamente proporcional a los cuadrados de las distancias, pero no pudo demostrarlo. Hooke aseguró a los miembros de la Royal Society que todas las ideas contenidas en los Elementos ya les habían sido propuestas cien veces; las que no fueron expuestas por él antes son erróneas. Huygens rechazó completa y categóricamente la idea de la gravitación mutua de las partículas, permitiendo la presencia de la gravitación solo en el interior de los cuerpos. Leibniz Siguió insistiendo en que el movimiento de los planetas solo podía explicarse por medio de algún fluido etéreo que se arremolinaba, sacando a los planetas del camino rectilíneo. Bernoulli y Cassini también hablaron obstinadamente de vórtices. Sin embargo, el ruido disminuyó gradualmente, y la gloria del descubrimiento de la gravitación universal fue legítimamente para Isaac Newton. Autor: Samin D.K.
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