Isaac Newton (0)

Põlva Ühisgümnaasium
Laura Musting
10 A
Isaac Newtoni panus
mehhaanikateadusesse
Referaat
Juhendaja : õp. I. Kõima
Põlva 2008

Sisukord

Sisukord 2
1. Isaac Newtoni elulugu 5
2. Newtoni looming 9
3. Newtoni füüsikaseadused 11
3.1. Newtoni I seadus e. inertsiseadus 11
3.2. Newtoni II seadus 13
3.3 Newtoni III seadus 14
3.4 Newtoni gravitatsiooniseadus 15
3.5 Newtoni panus optikasse 16
Kokkuvõte 18
Kasutatud allikad 20
Sissejuhatus
Valisin oma uurimustöö füüsika valdkonnast, kuna füüsika on aine, mis on mulle alati huvi pakkunud. Kui me aasta alguses õppisime Newtoni kolme põhiseadust, siis saime ka lisamaterjali , kust lugeda nende kohta täpsemalt. Nendega lähemalt tutvudes, hakkas mind see teema üha enam ja enam köitma. Isaac Newton , inglise füüsik, astronoom ja matemaatik , on inimene, kes muutis meie jaoks füüsikas asjad lihtsamaks ning arusaadavamateks. Tema teooriad on põnevad, mis tekitasid ka töö valmistamisel palju huvi.
Töö eesmärgiks seadsin endale saada ülevaade kuulsa füüsiku eluloost ning uurida lähemalt tema panust mehhaanika arengusse. Referaadi koostamisel kasutasin füüsikaõpikut ja teaduslikke raamatuid, mis käsitlevad Newtoni teooriaid . Töö käigus sain teada ka Newtoni panusest matemaatikateadusesse.
Referaadis esinevad pildid on võetud Internetist. Lisaks eestikeelsetele raamatutele kasutasin Internetist leitud inglise keelset materjali, tõlkides selle eesti keelde.

1. Isaac Newtoni elulugu

Sir Isaac Newton (vt. joonis 1.) sündis 4. jaanuaril 1643. aastal (Juliuse kalendri järgi 25. detsembril 1642) Inglismaal Woolstrophe’is, Lincolnshire’is. Ta oli inglise füüsik, matemaatik, astronoom, teoloog ja alkeemik. Tollel ajal, kui teoloogia , loodusteaduse ja filosoofia vahel puudusid selged piirid, nimetati teda filosoofiks. (Isaac Newton1. www)
Isaac Newtoni sünd enneaegsena, sai talle probleemiks terveks eluks: tema füüsiline ja vaimne tervis oli nõrgestatud. Esialgu ei arvatudki, et ta elama võib jääda. Tema suuruse kohta öeldi lausa, et ta võiks ära mahtuda „veerandpotti“. Tema isa suri kolm kuud enne Isaaci sündi. Kui Isaac oli kolmeaastane, abiellus tema ema jõuka vanema kirikuõpetajaga teisest külast ning läks sinna ka elama, jättes oma 3-aastase poja vanaema juurde maha. Pärast kaheksat aastat, suri kirikuõpetaja ning Isaaci ema naases tagasi, võttes kaasa 3 väikest last.(Biographies. www)
Joonis 1. Isaac Newton (About APOD.www)
Olles lapsena üsna nõrguke, oli Newton sunnitud omavanuste mängudest eemale jääma. Newton ei veetnud oma aega tavaliste laste mängudega, vaid leiutas oma isiklikud lõbustused, milles juba siis avaldus tema geniaalsus. On olnud väiteid, kus on kirjas nagu poleks Newton olnud varaküps. Matemaatiliselt seisukohalt võib see tõene olla, kuid kui see ka muus osas kehtima pekas, tuleks leida uus definitsioon sõnale ”varaküps”. Newtoni geniaalsust eksperimentaatorina võis kindlasti täheldada juba tema poisipõlve leidlikes mängudes. Leludeks, millega "mittevaraküps" poiss oma mängukaaslaste huvisid "teaduslikumatele" aladele püüdis juhtida, olid näiteks laternatega lohed külaelanike hirmutamiseks, vesirattad, nisu lumivalgeks jahuks jahvatav tuuleveski , päikesekellad ja üks aega näitav puitkell. Lisaks neile andekusele viitavatele tunnustele luges Newton erakordselt palju ja kandis iga liiki salapärased valemid ning huvitavad tähelepanekud oma märkmikku.
Oma alghariduse omandas Newton külakoolis. Isiklikul initsiatiivil oli Newton oma eakaaslastest juba ammu ette jõudnud. Onu nõudmisel saadeti ta kaheteistkümne aasta vanuselt Granthami keskkooli. Kõigi üllatuseks ei hoolinud Lincolnshire’st pärit nooruk koolitööst aga üldse, nii et teises klassis oli ta edukuse poolest viimasel kohal. Olukorda tõi hämmastava muudatuse järgmine sündmus. Millegipärast ei võinud üks vanem koolipoiss vaikset unistavat Isaacit sallida. Sageli pilkas ta teda ja naeris tema üle. Ühel pärastlõunal läks poiss oma häbematusega kaugemale kui tavaliselt. Ta lõi noort Newtonit valusalt jalaga kõhtu. Isaac sattus niisugusest toorusest raevu, tungis riiukukele kallale ja peksis teda rusikatega meeletult seni, kuni teine pikali kukkus. Läbipekstud ja porine kakleja jooksis häbistatult minema ega kiusanud enam kunagi Isaacit. Selle vahejuhtumi mõju Newtonile ei piirdunud solvaja peksmisest saadud rahuldusega. Vanem poiss oli temast märksa paremini õppinud. Nüüd otsustas Newton ületada teda ka õppeedukuses. Varsti sai Isaacist parim õpilane kõikides ainetes. Esimest korda elus demonstreeris Newton avalikult, kui terane mõistus tal on. Varem oli ta olnud koolitöö vastu ükskõikne, sest teda huvitas rohkem igasugune käsitöö. (Nupuvere. www)
Newton alustas oma õpinguid kohalikus külakoolis. (Backe 1984: 51) Hiljem suundus ta õppima Grammar Schooli’i Granthamis, kus ta elas kohaliku apteekri juures, kust sai alguse tema vaimustus kemikaalide vastu. On olemas arvamus, et tema vaimne kannatus sai täiendust ka elavhõbeda mürgitusest tema keemilistest katsetest. Newton oli tuntud laialt eksperimenteerijana elavhõbedaga. Elavhõbeda mürgitus on seotud haigusliku ärritatavusega, unetusega, vaimse hüperaktiivsusega – neid nähtusi esines Newtonil kogu oma eluaja jooksul. Kaasaegsed uuringud Cambridge ’i ülikoolis Newtoni juustest näitasid kõrget elavhõbeda taset.
Ta õppis 1661-65 Cambridge’i ülikoolis ja oli 1669 -1701 selle ülikooli professoriks. (Nupuvere. www)
Plaani järgi, pidi Isaac Newton tagasi koju minema 17-aastasel ja hakkama hoolt kandma farmi eest, kuid farmerina osutus ta täielikuks läbikukkujaks.
1667. aastal pöördus Newton Cambridge’i ning alustas töötamist alkeemia alal. 1668 . aastal avastas ta Nicolas Mercatos raamatu, mis sisaldas mõningaid meetodeid , tegelemaks lõputute arvudega . Saades sellest raamatust innustus, kirjutas Newton otsekohe uurimuse, De Analysi, seletades üksikasjalikult oma enda nägemust ja uurimistulemusi lõputute arvude vallas. Tema sõber ja mentor Isaac Barrow saatis need avastused Londoni matemaatikule, kuid alles peale mõnda nädalat lubas Newton sellele oma nime anda. See lõputute arvude teooria tõi tema tööd esimest korda matemaatikute tähelepanu alla.
1669. aastal alustas Isaac Newton intensiivsete alkeemiliste katsetusega, jätkates sellega kuni Cambridge’ist lahkumiseni. Ta püüdis lahti harutada alkeemilist selgusetust ja müstikat. Ta hindas kõrgelt arusaamist kogu olemusest ja struktuurist, püüdes formuleerida kõige aluseks tahke, tihke , kõva, läbimatu, liikuva osakese, mida ta uskus olevat Jumala loodud. Oma kirjutistega „Päringud“, „Optikale“ ja essees „Hapete olemus“ (1710) avalikustas Newton ebatäiusliku teooria keemilisest jõust. Samal ajal tegeles ta uuringutega alkeemiavallas, kuid see sai tuntuks umbes sajand pärast tema surma.
17.sajandi lõpuks oli Newtonil mitmeid saavutusi: ta oli valitud välisuurijaks Academi des Sicence’is (Pariis), sai Royal Soceity nõukogu liikmeks ja 26. novembril 1701, valiti ta parlamendi liikmeks Cambridge’ist. 1703. aastal sai temast Londoni Kuningliku Seltsi president . Seltsi vapideviis – Nullius in verba , lad. Ei midagi sõnadega, väljendas nõuet, et seltsi istungitel ei vaadelda loogilisi konstruktsioone, vaid üksnes eksperimente. See kõik oli ka kooskõlas Newtoni printsiipide meetodiga. 1705. aastal sai Newton kuninganna Anne’ilt tiitli - temast sai sir Isaac. (Biographies. www)
Suhtumises inimestesse ei muutunud Newtoni oluliselt kogu eluaja. Kaasaegsete mälestuste kohaselt oli Newton lühemat kasvu, jässakas, tagasihoidlik , paljude suhtes heatahtlik, ent samas võõrdunud ja kinnine inimene. (Karu 1998: 47)
Newtonile omistatakse väljendus: "Kui ma teistest pisut kaugemale nägin, siis sellepärast, et ma hiiglaste õlgadel seisin." Suurimad nendest hiiglastest olid Descartes (vt. joonis 2.), Kepler (vt. joonis 3.) ja Galilei (vt. joonis 4.).
Joonis 2. Descartes (www) Joonis 3. Kepler (Kepler.www) Joonis 4. Galelei (People.www)
Descartes’ilt päris Newton analüütilise geomeetria , mis talle algul raskena tundus; Keplerilt kolm planeetide liikumise põhiseadust, mis too kakskümmend kaks aastat kestnud üliinimliku pingelise arvutustöö tulemusena Tycho Brahe täpsete vaatlusandmete põhjal empiiriliselt oli avastanud; Galileilt võttis ta üle inertsi- ja vaba langemise seaduse, mis said tema enese liikumisõpetuse põhisammasteks. (Nupuvere. www)
31. märtsil (20. märts) 1727 . aastal suri Isaac Newton Kensingtonis tunnustatud autoriteedina. (Backe 1984: 51-52)

2. Newtoni looming

17. sajand oli aeg, kui tööstuse ja kaubanduse vajadused andsid tõuke loodusteaduse täpsete meetodite arendamiseks . Nii toimuski mehhaanika kujunemine matemaatiliselt harmooniliseks teaduseks.
17. sajandil ei püstitatud ei jõudude loomuse ega ka päritolu küsimust. Ka liikumapaneva jõu mõiste ei kujunenud esialgu korraga. Newton, soovides vältida jõudude loomusest enneaegseid hüpoteese, aitas tahtmatult juurutada füüsikasse ebaõiget kujutlust, nagu mõjuks jõud eemalt läbi tühjuse ning andis sellele mõistele formaalselt täieliku selguse. (Biographies. www)
1672. aastal hakkas Newton Cambridge’is uurima valgust ja raskusjõudu ning tegelema integraalarvutusega. Aastal 1668 ehitas ta esimese teleskoobi (vt. joonis 5.). 1672. aastal hakkas ta põhjalikumalt uurima nähtusi värvusilminguid koondava läätse fookuse lähedal. Peagi märkas ta, et värvid tulid selgemini esile, kui ta suunas aknaluugi avast tuleva päikesekiire läbi klaasprisma. Ta avastas, et seni homogeenseks peetud valge valgus koosneb kiirtest, mis prismas murduvad erinevalt. Katseliselt näitas ta, et ühevärvilist kiirt ei saa enam osadeks lahutada. Esemete värvust seletas Newton sellega, et (valgustamisel valge valgusega ) peegeldab iga ese tugevamini tagasi just tema värvile vastavaid kiiri . (Backe 1984: 51-52)
Joonis 5. Newtoni teleskoop. (PublicInformation.www)
Mehhaanika analüütiliste meetodite arendamine ja nende meetodite rohkearvuliste rakendustega tegelemine kutsus füüsikute seas esile jahenemise füüsika ülesehitamise kartesiaaniliku programmi vastu. Üliraske küsimus jõudude päritolust võeti arutluselt. Erinevalt Newtonist endast, hakkasid njuutonlased pooldama vaadet kaugmõju (mõju läbi tühjuse) võimalikkusest – actio in distans printsiipi. Võrreldes mehhaanika täpsete meetoditega paistsid igasugused hüpoteesid gravitatsioonijõudude, elektri- ja magnetjõudude, elastsusjõudude jne. loomusest väljamõeldistena, mis ei vääri tähelepanu.
1687 . aastal ilmus Newtoni surematu teos „Philosophiae naturalis princia mathematica“ (vt. joonis 6.) („Loodusfilisoofia matemaatilised printsiibid “, mis praegusaegsete terminoloogia järgi tähendab: füüsika matemaatilised alused). (Biographies. www) Selle teose loomisest loomise kohta saab Newtoni sekretärilt pärinevatest märkustest teada, et sel perioodil töötas ta väga intensiivselt. Nimelt ei maganud ta üle 5 tunni ööpäevas, ei võtnud vastu mingeid külalisi, ei söönud, katkestas tihti aias jalutamise ning ruttas oma laua juurde, et oma uus mõte kiiresti üles kirjutada. (Karu 1988: 46)
Joonis 6. „Philosophiae naturalis princia mathematica“ (Loodusfilisoofia… . www)
Newtoni esmakordselt selgesti formuleeritud kujutlus kehade massist oli mehhaanika õige ülesehitamise aluseks (enne Newtonit olid massi ja kaalu mõisted samastatud).
Newton tõi füüsikasse kujutluse massist kui mateeria hulgast kehas ja tõestas, et mass on keha inertsuse mõõt, ühtlasi aga ka gravitatsiooni allikas ja objekt. (Putilov 1964: 36)

3. Newtoni füüsikaseadused

Rohkem kui 300 aastat tagasi kasutas Isaac Newton liikumishulga ja inertsi mõistet oma kolmes liikumisseaduses. Need seadused kirjeldavad ja ennustavad jõudude mõju objektidele. Nad prognoosivad täpselt enamikke olukordi, kuid objektide jaoks, mille kiirus läheneb valguse kiirusele, annab Einsteini relatiivsusteooria täpsemaid tulemusi.
 
Liikumishulk on tähtsal kohal Newtoni kolmes liikumisseaduses. Liikumishulk on keha mass kilogrammides korrutatud selle kiirusega meetrites sekundi kohta. (Karu 1998: 46)

3.1. Newtoni I seadus e. inertsiseadus

Tavainimestele näib iseenesest mõistetavana, et keha, mis on paigal püsib paigal seni, kuni mingisugune jõud teda mõjutab ning sellest olekus välja ei vii. Täpselt samamoodi võtame sirgjoonelise liikumise puhul. Kui sirgliikuvale kehale ei mõju mingisuguseid jõude, siis ei kaldu ka keha sirgjoonelisest teest kõrvale (jõudude puudumisel pole keha kõrvalekaldumine sirgjoonelisest teest ühele poole rohkem, kui teisele poole, seepärast pole ka põhjust kõrvalekaldumiseks). Väide, et jõu puudumisel jääb keha kiirus muutumatuks, tekitab rohkem kahtlusi , kuna igapäevategevustes märkame midagi muud. Iga liikuv keha, kui tema liikumist mitte toetada jõu mõjuga, jääb nii või teisiti seisma, kuid teiselt poolt, oma igapäevaste tegevuste juures märkame, et peatumine toimub kiiremini, mida suuremad on olemasolevad jõutakistused. Oleme harjunud vaatlema takistusjõude, kui liikumise aeglustumise põhjust ning seepärast kujutleme ka, et kui mingi keha liigub, kohtamata oma teel mingit takistust, siis on loomulik oodata, et keha kiirus jääb nendes tingimustes muutumatuks.
Inertsiseadust vaadeldakse vahel kui aprioorset tõde (s.o. kui tõde, mis on püstitatud puhtmõtteliselt ega vaja põhjendamist katse abil). Nii see aga pole. Kõik Newtoni seadused (ka ülejäänud kaks, mida käsitleme järgnevalt) kujutavad endast tõdesid, mis on saadud katselisel teel. Selles peitubki nende tähtsus. Et veenduda selles, et inertsiseadus on saadud põhimõttelisel teel, mitte kogemusest, süveneme inertsiseaduse mõttesse ja kõrvutame seda nende kujutlustega, mis varem eksisteerisid elektrilaengute seaduste kohta.
Newtoni järgi ei tule inertsi all mõista lihtsalt paigalseisu fakti või jõudude puudumisel toimuva ühtlase liikumise fakti, vaid mingisugust igale massile omast visa püüdu säilitada paigalseisu või ühtlast sirgjoonelist liikumist. Seni, kuni kehale ei mõju mingi jõud, ei saa „inertsi visadus “ arusaadavalt avalduda milleski muus kui selles, et keha püsib paigal või jätkab liikumist ühtlaselt ning sirgjooneliselt. Kui viia keha paigalseisust välja või sundida teda liikuma või pidurdame teda või kallutame teda kõrvale, siis avaldub „inertsi visadus“ keha poolt osutatava vastupanu näol, mis on suunatud kehale rakendatud jõudude vastu.
Et väljendada selgemini sõnu „inertsi visadus“, ütleb Newton, et igale kehale on omane selle keha massiga võrdeline „kaasasündinud vastupanujõud“ ehk mis teiste sõnadega ongi inertsijõud. Newton oma mõningal määral ebaõnnestunud väljendusega mõtles aga seda, et :

inerts on kõigi kehade lahutamatu omadus, mis on neile omane sõltumatult nende füüsikalisest olekust ja keemilisest loomusest.

inerts eksisteerib objektiivselt, teda ei määrata selle orienteerumissüsteemi valikuga, mille suhtes kehade liikumist uuritakse.
Newton kirjutab: „Inertsijõudu avaldab keha ainult siis, kui temale rakendatud teine jõud tekitab muutuse tema liikumisolekus. Selle inertsijõu avaldust võib vaadelda kahesuguselt: nii omaenese vastupanuna kui ka survena; omaenese vastupanuna niivõrd, kuivõrd keha paneb vastu temale mõjuvale jõule, püüdes säilitada oma liikumisolekut; survena niivõrd, kuivõrd seesama keha, jäädes vaevaga alla temale vastupanevale takistusele, püüab muuta selle takistuse olekut.“
Kui keha hakkab mingite põhjuste tõttu kiiremini või aeglasemalt liikuma, siis avaldab see keha inertsjõudu, kuid see inertsjõud on rakendatud teistele kehadele, nimelt nendele, mis muudavad esimese keha liikumisolekut. Füüsika kaasaegsel arenemisastmel ei tea me ühtki mateeria avaldust, mis oleks ilma inertsita. (Putilov 1962: 36-38)
Ehk siis Newtoni I seadus kõlab järgmiselt:
Objekti liikumishulk on võrdne tema massi ja kiiruse korrutisega. Kui 50 kg kaaluv isik jookseb 10 meetrit sekundis, siis on tema liikumishulk 50 kg x 10 m/s = 500 kg m/s. Sel juhul on liikumishulga ühikuks kilogramm meetrit sekundis. Paigalseisva isiku liikumishulk on 0.
Newtoni esimene liikumisseadus väidab, et objekti liikumishulk jääb konstantseks kuni sellele mõjub jõud. Näiteks, raamatu leht on paigal, kuni sa pöörad seda või puhub sellel tuul. Mõlemal juhul paneb jõud lehe liikuma ja muudab tema liikumishulka.
 
Liikumishulk on defineeritud kiirusvektoriga, mitte ainult skalaarse ( skalaar on suurus, mida saab üheainsa arvuga täielikult iseloomustada) kiirusega ehk lihtsalt kiirusega. Tähtis on mitte segamini ajada objekti kiirusvektorit ja skalaarset kiirust. Kiirusvektor ühendab kaks osainformatsiooni: objekti kiirust ja suunda, milles ta liigub. Kiirusvektor muutub, kui muutub kas kiirus või suund.
Kui kaks autot sõidavad kõrvuti mööda sirget joont 50 kilomeetrit tunnis, siis on neil identsed kiirused. Kui autod sõidavad ühesuguse kiirusega, kuid erinevates suundades, siis nende kiirusvektorid ei ole võrdsed. Kui kolmas auto sõidab mööda ringjoont konstantse kiirusega, siis muutub tema kiirusvektor pidevalt, sest pidevalt muutub ka tema suund. (Karu 1998: 48-52)

3.2. Newtoni II seadus

Kui üksik jõud mõjub objektile , siis kiirendab see objekti jõu suunas. Näiteks palli visates kiirendab viskaja käelihaste jõud palli ja suurendab selle liikumishulka. Mida suurem on palli mass, seda raskem on palli kiirendada.
Newtoni teine liikumisseadus väidab, et objekti liikumishulga muutumise kiirus on võrdeline jõuga, mis mõjub objektile. Kuna kiirendus on kiiruse muutumise kiirus, siis mass korda kiirendus on liikumishulga muutumise kiirus. (Karu 1998: 48)
Newtoni teine seadus ütleb:
Keha kiirendus on võrdeline temale mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline massiga.
Matemaatiliselt väljendab Newtoni teist seadust valem:
Kus a on kiirendus, F on jõud ja m on mass
Sageli esitatakse Newtoni II seadust ka veidi teisendatud valemi kujul: F=ma. Selle valemi kasutamisel ei tohi siiski põhjust ja tagajärge ära vahetada. Mitte jõud pole põhjustatud kiirendusest vaid vastupidi, kiirendus sõltub jõust. Valemist saab ka jõu mõõtühiku. Võttes keha massiks 1 kg ja jõu poolt temale antavaks kiirenduseks 1 m/s2, saab , et F = 1kg * 1 m/s2. SI – s ongi jõu mõõtühikuks võetud sellise suurusega jõud, mis annab kehale massiga 1 kg kiirenduse 1 m/s2 .
Jõuühikut nimetatakse klassikalise mehaanika rajaja I. Newtoni auks njuutoniks (N). Jõu ühik rahvusvahelises süsteemis SI on tuletatud Newtoni II seadusest. Seadus ütleb, et kiirendus on võrdeline jõuga - seega peaks valemis olema võrdetegur - konstantne kordaja, millega korrutatakse jõu ja massi suhet. Kui valida jõu ühik nii, et võrdetegur oleks võrdne ühega, saaksime lihtsaima valemi. 1 njuuton on jõud, mis annab ühe kilogrammise massiga kehale kiirenduse üks meeter sekundis sekundi kohta.
Kui kehale mõjub jõud, siis saab keha kiirenduse ja kiirus muutub. Näiteks mootori jõul hakkab laev üha kiiremini liikuma. Mida tugevam on jõud, seda suurem on kiirendus. (Putilov 1962: 46-52)

3.3 Newtoni III seadus

Newtoni kolmandat seadust saab sõnastada järgmiselt : Jõud tekivad kahe keha vastastikmõjus alati paarikaupa. Need kummalegi kehale mõjuvad jõud on absoluutväärtuselt võrdsed ja vastassuunalised.
Kui autoga paigalt võttes anname sidurit vabastades gaasi, rakendame tegelikult Newtoni III seadust: samal ajal, kui siduri üks ketas pöörab käigukasti kaudu auto rattaid, mõjub teisele kettale vastassuunaline (mootori pöörlemist pidurdav) jõud. See tuleb kompenseerida täiendava võimsuse lisamisega (gaasi andmisega), vastasel juhul sureb mootor välja.
Newtoni kolmas liikumisseadus väidab, et alati, kui jõud mõjub ühele kehale, siis mõjub võrdne ja vastupidine jõud mingile teisele kehale. Seda võrdset ja vastupidist jõudu nimetatakse sageli reaktsioonijõuks.
Kui kosmoselaev käivitab raketimootori, siis põhjustab kütuse põlemine põlemiskambris kuumade gaaside suure kiirusega väljumist raketi düüsist. Kuna kütus ja oksüdant, mis raketti toidavad, peaaegu et ei oma liikumishulka, siis peab põlemisprotsess mõjuma gaasi molekulidele “tahapoole” suunatud jõuga, mis lükkab nad düüsist välja. Põlemiskambri gaaside reaktsioonijõud lükkab kosmoselaeva ettepoole. Et kosmoselaeva mass on palju suurem kui raketigaasidel, siis kiireneb kosmoselaev sama suure liikumishulga muutuse korral gaasidest palju vähem.
 
Inerts on objekti tendents jääda paigale või liikuda ühtlaselt ja sirgjooneliselt edasi. Objekti liikumishulga muutumine nõuab tööd, mida tuleb teha selleks, et objekti inertsi ületada. Jalgrattasõidu alustamiseks paigalseisust on tarvis suuremat jõupingutust kui sirgel teel konstantse liikumiskiiruse hoidmiseks. Selle põhjuseks on, et jalgratturil on vaja ületada nii omaenda inerts kui ka ratta inerts. Konstantsel kiirusel on jalgratturil vaja ületada ainult õhutakistust. Newton oli esimene, kes taipas , et inertsi ületamiseks on tarvis jõudu, mis siis objekte kiirendab või aeglustab.
 
Liikumishulga jäävus: Kui püss tulistab välja kuuli, siis on kuulile mõjuv jõud võrdne ja vastupidine tagasipõrkega, mis mõjub püssile. Vastavalt teisele seadusele peavad liikumishulga muutumise kiirused olema kuuli ja püssi jaoks võrdsed ja vastupidised. See tähendab, et kuuli ja püssi liikumishulga muutused peavad olema võrdsed ja vastupidised, sest mõlemad, nii tulistamisjõud kui ka tagasipõrke jõud, mõjuvad ühe sama ajahulga kestel. Mehhaanikas näidatakse “vastupidist” miinusmärgiga, mistõttu kuuli ja püssi vastupidiste ja võrdsete liikumishulkade väärtuste summa nii enne kui pärast tulistamist on null. See on näide liikumishulga jäävuse kohta.
Keha impulss ehk liikumishulk on keha massi ja kiiruse korrutis p=mv. Impulsi tähiseks on p, massi tähiseks on m ja kiiruse tähiseks on v. Impulss on vektoriaalne suurus, mille suund ühtib kiirusvektori suunaga.
Impulsi jäävuse seadus: Suletud süsteemi koguimpulss on sinna kuuluvate kehade igasugusel vastastikmõjul jääv. (Putilov 1962: 58-62)

3.4 Newtoni gravitatsiooniseadus

Gravitatsiooniseadus on gravitatsioonijõudu iseloomustav loodusseadus: Kaks punktmassi tõmbavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.
Gravitatsiooniseaduse valem:
Valemis:
F on kahe punktmassi vaheline gravitatsioonijõud
G on gravitatsioonikonstant
m1 on esimese keha punktmass
m2 teise keha punktmass
r on kehade vaheline kaugus.
SI (Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem) ühikutes mõõdetakse gravitatsioonijõudu njuutonites (N), masse kilogrammides (kg) ja kaugust meetrites (m).
Konstant G on võrdne 6,67 × 10−11 N m2 kg−2.
Gravitatsiooni jõudu nimetatakse ka raskusjõuks, mida saab arvutada järgmise valemi kaudu: F=mg
F- raskusjõud
m- keha mass
g- vabalangemise kiirendus (9,8 m/s2 , kuid valemites ümardame 10 m/s2 )
Raskusjõuga on seotud ka keha kaal:

• Kaal jõud, millega keha mõjutab tuge.
  
• Kaal sõltub kiirendusest.
  
• Vabalt langevad kehad on kaaluta olekus. (Putilov 1964: 112-116)
  

3.5 Newtoni panus optikasse

Sama innukalt, kui kõigel muudel aladel, pööras Newton suurt tähelepanu ka optikale. 1666 . aastal avastas ta valguse dispersiooni, lahutas prisma abil valge valguse spektriks, põhjendas pikksilma aberratsiooni, uuris valguse difraktsiooni ja interferentsi ning oletas valguse polarisatsiooni olemasolu, tehes seda kõige esimesena. 1675 . aastal sõnastas valguse korpuskulaarteooria, pidades ühtlasi võimalikuks eetri olemasolu ning oletades, et valguseosakesed võivad tekitada eetris perioodilisi häiritusi. Interferentsi nähtuse põhjal arvutatud perioodid on ligilähedaselt võrdsed tegelike lainepikkustega. Kasutades reflektoreid, konstrueeris ta kaks peegelteleskoopi ( 1681 ja 1671)
Newton lõi enda jaoks süsteemi ning töötas välja neli optika põhiseadust:

Valgus levib sirgjooneliselt.

Valguskiired on sõltumatud: iga kiir levib ruumis nii, nagu poleks teisi olemas.

Valguse peegeldumisel tasaselt pinnalt on langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal ühes tasandis . Langemisnurk võrdub peegeldumisnurgaga.

Valguse üleminekul ühest keskkonnast teise kiir murdub (muudab suunda), kusjuures langev kiir, murdunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis. Langemisnurga ja murdumisnurga siinuste suhe on antud keskkondade paari jaoks konstantne suurus ega sõltu langemisnurgast . (Isaac Newton. www)

Kokkuvõte

Antud töös vaatlesin Isaac Newtoni panust teaduse arengusse.
Newton töötas välja mehaanika üldised seadused, formuleeris ülemaailmse gravitatsiooniseaduse, tegi tähtsaid avastusi optikas ning pani aluse diferentsiaal- ja integraalarvutusle.
Tema peamised tööd ilmusid tema teostes “Loodusfilosoofia matemaatilised alused” (1687) ja “Optika” (1704).
Newton kasutas oma mehaanika seadusi ja gravitatsiooniseadust taevakehade liikumise kirjeldamisel. Ta rajas taevamehaanika alused. Tõestas Kepleri poolt avastatud seaduspärasused ja täpsustas neid.
Tema formuleeritud mehaanika põhiseadused said tänapäeva füüsika nurgakiviks:
Newtoni 1. seadus: Iga keha seisab paigal või liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt seni, kuni temale rakendatud jõud seda olekut ei muuda. Ühtlaselt sirgjoonelist liikumist mõjutavad hõõrdumine ja gravitatsioonijõud.
Newtoni 2. seadus: Keha kiirendus on võrdeline kehale mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline keha massiga. F=ma
Newtoni 3. seadus: Kaks keha mõjuvad teineteistele võrdvastupidise jõuga. Kui kehale mõjub jõud, siis kuskil peab tingimata leiduma mingi teine keha, millele mõjub samasugune , kuid vastupidine jõud. F=-F
Newton uuris ka optikat. Ta avastas valguse dispersiooni , lahutades valge valguse prisma abil spektriks, põhjendas pikksilma kromaatilise aberratsiooni, uuris valguse difraktsiooni ja interferentsi ning eeldas valguse polarisatsiooni olemasolu. Avaldas korpuskulaarteooria, millele tuginedes konstrueeris kaks peegelteleskoopi.
Legendi järgi, olevat Newton istunud õunapuu all, kui talle äkki õun pähe kukkus. See ajendas teda mõtlema, et miks asjad kukkuvad alati alla, mitte ülesse. Nendele küsimustele vastuseid otsides, jõudis ta järeldusele, et |Maal peab olema mingi külgetõmbejõud ja nimetas selle jõu - raskusjõuks.
Newton formuleeris neli optika põhiseadust:

Valgus levib sirgjooneliselt.

Valguskiired on sõltumatud: iga kiir levib ruumis nii, nagu poleks teisi olemas.

Valgus peegeldumisel tasaselt pinnalt on langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal ühes tasandis . Langemisnurk võrdub peegeldumisnurgaga.

Valguse üleminekul ühest keskkonnast teise kiir murdub (muudab suunda), kusjuures langev kiir, murdunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal on ühes tasandis. Langemisnurga ja murdumisnurga siinuste suhe on antud keskkondade paari jaoks konstantne suurus ega sõltu langemisnurgast.
Uurides lähemalt kolme põhiseaduse ja gravitatsiooniseaduse kujunemislugu , sain ma teada fakte, mis aitasid mul paremini mõista füüsika teaduse arenemist ja selle füüsika suurkuju elulugu. Olen kindel, et tänu oma uurimustööle, tean ma selles valdkonnas nüüd kindlasti rohkem.

Kasutatud allikad

About APOD. APOD archive. Search. Isaac Newton. APOD: 2002 February 24 – Isaac Newton Explains the Solar System. [ http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap020224.html ]. (02.02.08)
Backe, H. 1984. Retk füüsikasse. Tallinn: Valgus.
Biographies. Newton. [ http://www.corrosion-doctors.org/Biographies/Newton.ht m] (02.02.08)
Isaac Newton 1. [ http://et.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newton ] (26.03.08)
Isaac Newton 2. [ http://www.hot.ee/hothotrauno/isaac.html ] (26.03.08)
Karu, G. 1998. Füüsika lühikursus gümnaasiumile: III Mehaanika. Tallinn: Koolibri.
Kepler. People (Kepler) – STARBASE. [ http://www.ph.surrey.ac.uk/astrophysics/files/Kepler.gif ] (27.03.08)
Loodusfilisoofia matemaatilised printsiibid [ http://www.lib.udel.edu/ud/spec/exhibits/treasures/science/newton.html ] (20.03.08)
Nupuvere. Füüsika. Arhiiv. IV Varia Isaac Newton (I osa) [ http://www.ttkool.ut.ee/nupuvere/f/varia42.html ] (23.03.2008)
People. Galilei-Galileo.jpg. [ http://www.insidesuccessradio.com/images/people/Galilei-Galileo.jpg ] (23.03.08)
Public Information. INT. [ http://www.ing.iac.es/PR/int_info/intcoude.jpg ] (16.02.08)
Putilov, K.A. 1964. Füüsika I: Mehhaanika. Akustika . Molekulaarfüüsika. Termodünaamika. Tallinn: Eesti Raamat.
Rene Descartes.[ http://www.biografiasyvidas.com/biografia/d/fotos/descartes.jpg ] (27.03.08)
20