Newtoni elulugu ja seadused (1)

Tartu Kutsehariduskeskus
Kergetööstus ja kodu- ning iluteenindus osakond
Newtoni elulugu ja seadused
Kristi Henn Mo11
Tartu 2012 Sisukord 1. Newtoni elulugu 3 2. Newtoni seadused 7 Newtoni pendel 8
2 Newtoni elulugu Isaac Newton sündis Woolsthorpe mõisas, Granthami lähedal Lincolnshires. Vana kalendri järgi sündis ta jõululaupäeval 1642. Tema biograafias aga loetakse tema sünnikuupäevaks 4. jaanuar 1643 . (Gregoriuse kalendrit hakati Inglismaal kasutama alles 1752 aastal). Newton oli pärit farmerite perekonnast. Tema isa, kes kandis samuti Isaac Newtoni nime suri kolm kuud enne poja sündimist. Isaaci isa omas maad ning loomi, mis tegid ta üsna jõukaks meheks. Samas oli ta ilma hariduseta ning ei osanud isegi oma nime kirjutada. Isaac'i ema Hannah taasabiellus Põhja-Withami pastori Barnabas Smithiga kui Isaac oli kahe aastane. Poiss jäeti siis Woolsthorpe'i vanaema hoolde. Põhimõtteliselt koheldi poissi orvuna ning õnnelikuks ei saa tema lapsepõlve pidada. Oma edasises elus ei maini Newton kunagi oma vanaisa. Võib arvata, et nende omavahelised suhted polnud kuigi head, sest vanaisa jättis ta ka oma testamendist välja. Pole kahtlustki, et Isaac suhtus oma emasse ning kasuisasse teatava kibestumusega. Peale oma kasuisa surma aastal 1653 hakkas Newton käima Granthami tasuta humanitaarkeskkoolis. Näib, et Newton oli tol ajal akadeemilises mõttes vähelubav. Koolis nähti teda kui logelejat, kes ei olnud eriliselt tähelepanelik. Newtoni ema, kes omas teataval hulgal kinnisvara ning oli üsna jõukas, arvas , et tema vanim poeg on sobilik tema varaasjadega tegelema. Isaac võeti koolist ära kuid mõne aja pärast selgus, et tal ei olnud ei annet ega huvi sääraste asjadega tegelemiseks . Newtoni onu arvas, et poiss peaks tegema ettevalmistusi ülikooli astumiseks. Nii saadeti ta tagasi kooli aastal 1660. Sel ajal hakkas Isaac hariduse vastu huvi tundma ning direktor Storkes soovitas tal õpinguid ülikoolis jätkata. Pole teada mida Newton ettevalmistusajal õppis, kuid kahtlemata said ta hea põhja ülikooli astumise jaoks. Pole tõendeid selle kohta kas ta koolis matemaatikat õppis. Samas ei saa seda ka välistada. Räägitakse sellest, et Newtonil oli kooli ajal võime masinate mudeleid teha. Eriti pakkusid talle huvi kellad ja tuuleveskid. Newton astus Cambridge Ülikooli 5. juunil 1661. Ta oli vanem kui suurem osa õpilasi. Kuigi ta emal ei olnud rahalisi raskusi, astus ta ülikooli stipendiaadina. Abirahasaaja Cambridges oli õpilane, kes sai õppemaksust vabastuse tingimusel, et vastutasuks tuli tal teenida teisi üliõpilasi. Tema abiraha saaja positsioonis oli kindlasti midagi kahtlast, sest näis, et ta sai paremini läbi "kõrgema klassi" üliõpilastega kui tema enda seisusele vastavate õpilastega. Newton taotles Cambridges juura kraadi. Cambridge instruktsioonides domineeris Aristotelese filosoofial. Kolmandal aastal lubati õpingutest teatavast vaba valikut. Newton õppis selliseid filosoofe nagu Descartes, Gassendi, Hobbes ja Boyle . Ta õppis Kepleri optikat ja tundis huvi Koperniku ja Galileo vastu. Ta salvestas oma mõtted raamatusse, millele pani nimeks "Quaestiones Quaedam Philosophicae" (Teatud Filosoofilised Küsimused). 3 See, kuidas Newton tutvus oma aja kõige arenenumate matemaatiliste tekstidega , pole päris selge. De Moivre järgi algas tema huvi matemaatika vastu 1663 aasta sügisel. Ta oli laadalt astroloogia alase raamatu ostnud, kuid ei suutnud mõista selles sisalduvat matemaatikat. Püües lugeda raamatut trigonomeetriast leidis ta, et tal puuduvad vajalikud teadmised geomeetriast. Nii otsustas ta lugeda Barrow väljaannet Eukleidese "Elementidest". Seejärel pakkus matemaatika talle suurt huvi. Newton uuris ka Wallise algebrad. Tema esimene originaalne matemaatiline töö tuli just selle tektsi uurimise käigus. Oleks lihtne uskuda, et Newtoni talent kerkis esile seoses Barrow saabumisega Cambridge'i 1663 aastal. Loomulikult kattub see Newtoni sügavamate matemaatiliste uuringute algusajaga. Tegelikult on see lihtsalt kokkusattumus, sest Barrow avastas alles mõni aasta hiljem, et tema õpilaste seas on geniaalne matemaatik . Vaatamate mõningastele tõenditele, mis viitasid, et tema õppeedukus polnud just kiita, omandas Newton 1665 aasta aprilliks bakalaureuse kraadi. Kuni selle ajani polnud temas pesitsev geenius veel esile kerkinud . See juhtus alles siis kui ülikooli oli 1665 aasta suvel sunnitud katku pärast oma uksed sulgema. Newton pöördus tagasi Lincolnshire'i, kus ta vähem kui kaheaastase perioodi vältel alustas revolutsioonilisi edusamme matemaatikas, optikas, füüsikas ja astronoomias. Ta polnud siis veel 25-aastanegi. Sel ajal kui Newton kodus oli, pani ta aluse diferentsiaal ja integraal arvutusele. See oli mitu aastat varem selle iseseisvast avastamisest Leibnizi poolt. Tema diferentsiaalarvutus baseerus otsustava tähtsusega arusaamisel, et funktsiooni integratsioon on lihtsalt selle diferentseerimise vastupidine protseduur . Võttes diferentseerimise baasoperatsiooniks, produtseeris Newton lihtsad analüütilised meetodid, mis ühendasid endas mitmed varem eraldiseisnud tehnikad . Newton kirjutas "De Methodis Serierum et Fluxionum" 1671 aastal, kuid ei suutnud seda avaldada. See ilmus alles aastal 1736 inglise keelde tõlgituna John Colsoni poolt. Kui Cambridge Ülikool 1667. aastal taasavati, kandideeris Newton kolleegiumi liikmeks. 1668. aastal peale magistri kraadi kaismist valiti ta täisliikmeks. 1669 aasta juulis üritas Barrow kindlustada Newtoni matemaatiliste saavutuste jõudmise kogu maailma avalikkuse ette. Barrow saatis ta teksti "De Analysi" Londonisse Collinsile. Collins oli tol ajal kirjavahetuses kõikide juhtivate matemaatikutega. Nii pidanuks Barrow tegu kiire tunnustuseni viima. Collins näitas Newtoni töid Brounckerile (autori olega), kuid pärast seda palus Newton oma käsikiri tagasi saata. Barrow lahkus õppetoolist 1669. aastal, et pühenduda teoloogiale. Ta soovitas, et Newton (alles 27-aastane) määrataks tema ametikohale. Newtoni esimene töö professorina oli optikas ja see oli ka esimene teema tema loengusarjas 1670. aasta jaanuaris. Kahe katku aasta jooksul oli ta jõudnud järeldusele, et valge valgus ei ole lihtne 4 entiteet .Kõik teadlased pärast Aristotelest on uskunud, et valge valgus oli lihtne üksik entiteet, aga kromaatiline hälve teleskoobi läätses veenis Newtonit vastupidises. Kui ta lasi peene kiire päikesevalgust läbi klaasist prisma , märkas ta värvide spektrumit. Ta seletas, et valge valgus on tegelikult segu mitmetest erinevatest kiirtest, mis peegelduvad veidi erinevate nurkade alt ja et iga erinevat tüüpi kiir moodustab erineva spektri värvi. Newton, juhindudes sellest seletusest, jõudis arusaamale, et teleskoobid , mis kasutavad kiiri murdvaid läätsesid jäävad alati kromaatilise hälbe alla kannatama . Ta konstrueeris peegeldava teleskoobi. Pärast peegelteleskoobi leiutamist valiti Newton 1672. aastal Kuningliku Seltsi liikmeks. Samal aastal andis ta välja oma esimese teadustöö valgusest ja värvidest. Töö võeti üldiselt hästi vastu, kuid Hooke ja Huygens ei võtnud omaks Newtoni katset eksperimentaalselt tõestada, et valgus koosneb väikeste osakeste liikumisest mitte lainetest. See ei kõigutanud kuidasgi Newtoni suhtumist sellesse, et teha oma tulemused kogu maailmale teatavaks. Teda tõmbas alati kahes suunas-midagi tema loomuses tahtis kuulsust ja tunnustamist, teine pool aga kartis kriitikat. Lihtsaim viis kriitikat vältida oli üldse mitte midagi välja anda. Muidugi võib öelda, et tema reaktsioon kriitikale oli irratsionaalne ning soov Hooke'i tema opositsiooni pärast avalikult maha teha oli ebanormaalne . Võib-olla tänu Newtoni kõrgele mainele võitis omakoha tagasi korpuskulaarne teooria kuni laineteooria taaselustati 19. sajandil. Newtoni suhted Hooke'iga halvenesid veelgi kui 1675 . aastal kaebas Hooke, et Newton olevat varastanud mõningad tema opika alased tulemused. Kuigi nad matsid sõrjakirve maha, saates teineteisele mõned viisakad kirjad, lahkus Newton peagi Kuninglikust Seltsist. See seostus liialt Hooke'iga. Ta venistas optika alaste tööde täiskogu välja andmisega Hooke'i surmani aastal 1703. Newtoni "Opticks" ilmus 1704. Selles töös tegeleti: 1. "Newtoni ringid " 2. valguse murdumine Mõnede tähelepanekute seletamiseks pidi ta kasutama laine teooriat koos oma korpuskulaarse teooriaga. Vaidlus Inglise jesuiitidega (värviteooria üle) viis tulise kirjavahetuseni. 1678 aastal selgub , et Newton on saanud närvivapustuse. Järgmisel aastal suri ka tema ema, mille tagajärjel tõmbus Newtoni üha enam endasse ning tegeles võimalikult vähe teiste inimestega. See kestis mitu aastat. Newtoni suurim saavutus olid tema tööd füüsikas ja mehhaanikas, mis kulmineerusid universaalse gravitatsiooni teooriaga. 1666 . aastaks olid Newtonil valmis esimesed versioonid liikumisseaduse jaoks. Newtoni uus idee seisnes selles, et Maa gravitatsioon mõjutab Kuud. Rohkem kui aasta hiljem andis Newton välja "Philosophiae naturalis principia mathematica", või nagu seda laiemalt teatakse : "Principia". Seda tuntakse kui suurimat teaduslikku raamatut, mis eales kirjutatud. 5 6. veebruaril 1685 sai Suurbritannia kuningaks James II. Võimule tulles oli tal nii anglikaanide kui katoliiklaste toetus. Hiljem umbusaldas ta protestante ning märas ainult katoliiklasi kohtunikeks ja riigiametnikeks. Iga kord kui Oxfordis või Cambridges koht vabanes, määras ta sinna rooma katoliiklase. Newton oli protestant ning nägi selles agressiooni Cambridge vastu. Pärast James II pagemist Prantsusmaale valiti Newton ühena kahest liikmest Parlamenti 15. jaanuar 1689. Newton oli oma kuulsuse tipul -ülikooli liider ning maailma üks suurimaid matemaatikuid. Seoses parlamenti valimisega resideerus ta peamiselt Londonis ning hakkas linnaelu vastu senisest suuremat huvi tundma. Pärast teist närvivapstust aastal 1693 eemaldus Newton teadusest. Newton ise arvas, et selle põhjuseks oli vähene uni, kuid arvatavasti oli see mitte haiguse põhjus vaid hoopis sümptom. Arvatavasti põdes Newton kroonilist depressiooni. Newton lahkus Cambridgest ning temast sai Inglise riigirahapaja juhtataja aastal 1699. Oma positsioonist ülikoolis loobus alles 1701. aastal. Newtonist sai rikas mees. Mõnede arvates anti talle selline ametikoht teenete eest teadustöös. Tema ise seda küll nii ei võtnud ning andis endast parima tööülesandeid täites. 1703. aastal valiti ta Kuningliku Seltsi presidendiks. Igal aastal valiti ta tagasi kui tema surmani. Newton löödi 1705. aastal rüütliks. Ta oli esimene teadlane , kes seda tiitlit kandis. 1709. aastal hakkas Newton "Principa" teise osa kallal töötama. Ta andis välja ka "Opticsi" teise osa. Newton suri 19. mail 1727. Tema loodud mehaanika jäi kaheks sajandiks klassikalise mehhanistliku maailmapildi aluseks ning mõjustas määravalt metafüüsilise materialismi teket ja arenemist .
6 Newtoni seadused Newtoni seadused on kolm fundamentaalset füüsikalist seadust, mis panevad aluse klassikalisele mehaanikale. · 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.
· · 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 · Legendi järgi, olevat Newton istunud õunapuu all, kui talle äkki õun pähe kukkus. See ajendas teda mõtlema, et miks asjad kukuvad alati alla, mitte ülesse. Nendele küsimustele vastuseid otsides , jõudis ta järeldusele, et Maal peab olema mingi külgetõmbejõud ja nimetas selle jõu - raskusjõuks. Newton kasutas oma mehaanika seadusi ja gravitatsiooniseadust taevakehade liikumise kirjeldamisel. Ta rajas taevamehaanika alused. Tõestas Kepleri poolt avastatud seaduspärasused ja täpsustas neid. 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. Newton avaldas korpuskulaarteooria , millele tuginedes konstrueeris kaks peegelteleskoopi. Newton formuleeris optika neli põhiseadust: 1. Valgus levib sirgjooneliselt. 2. Valguskiired on sõltumatud: iga kiir levib ruumis nii, nagu poleks teisi olemas. 3. Valgus peegeldumisel tasaselt pinnalt on langev kiir, peegeldunud kiir ja langemispunkti tõmmatud pinnanormaal ühes tasandis . Langemisnurk võrdub peegeldumisnurgaga. 4. 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 .
Newtoni seadused kehtivad piisava täpsusega vaid valguse kiirusest olulisemalt aeglasemalt liikuvate kehade korral.
7 Newtoni pendel
Newtoni pendel (ka Newtoni häll) on sir Isaac Newtoni järgi nimetatud seadeldis, mis demonstreerib impulsi ja energia jäävuse seadust ning hõõrdumise ja võnkeenergia hajumise efekte.
8