เนื้อหา
- เขาสร้างกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่
- นิวตันช่วยพัฒนาการวิเคราะห์สเปกตรัม
- กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันวางรากฐานสำหรับกลศาสตร์คลาสสิก
- เขาสร้างกฎความโน้มถ่วงสากลและแคลคูลัส
หนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ผู้มีอิทธิพลมากที่สุดในประวัติศาสตร์การมีส่วนร่วมของ Sir Isaac Newton ในสาขาฟิสิกส์คณิตศาสตร์ดาราศาสตร์และเคมีช่วยนำในการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ และในขณะที่เรื่องราวที่เล่าขานกันมานานของแอปเปิลที่ร่วงหล่นบนหัวที่เขาเรียนรู้นั้นเป็นสิ่งที่ไม่มีหลักฐาน แต่การมีส่วนร่วมของเขาก็เปลี่ยนวิธีที่เราเห็นและเข้าใจโลกรอบตัวเรา
เขาสร้างกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่
ก่อนที่นิวตันกล้องโทรทรรศน์มาตรฐานจะให้กำลังขยาย แต่มีข้อเสีย รู้จักกันในชื่อกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงพวกเขาใช้เลนส์แก้วที่เปลี่ยนทิศทางของสีต่าง ๆ ในมุมที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ทำให้เกิด“ ความผิดเพี้ยนของสี” หรือบริเวณที่ไม่ชัดโฟกัสรอบวัตถุที่มองผ่านกล้อง
หลังจากทำการซ่อมแซมและทดสอบรวมถึงการบดเลนส์ของเขาเองนิวตันพบวิธีแก้ปัญหา เขาเปลี่ยนเลนส์หักเหเป็นเลนส์ที่มีกระจกเงารวมถึงกระจกเว้าขนาดใหญ่เพื่อแสดงภาพปฐมภูมิและแบนราบขนาดเล็กสะท้อนหนึ่งเพื่อแสดงภาพนั้นให้เข้าตา “ กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง” แห่งใหม่ของนิวตันนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่ารุ่นก่อนหน้าและเนื่องจากเขาใช้กระจกบานเล็กเพื่อสะท้อนภาพไปยังดวงตาเขาจึงสามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น ในความเป็นจริงรุ่นแรกของเขาที่เขาสร้างขึ้นในปี 1668 และบริจาคให้กับราชสมาคมของอังกฤษนั้นมีความยาวเพียงหกนิ้ว (บางครั้งเล็กกว่ากล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ ในยุคนั้นถึง 10 เท่า) แต่สามารถขยายวัตถุได้ถึง 40x
การออกแบบกล้องโทรทรรศน์อย่างง่ายของนิวตันยังคงใช้อยู่ในปัจจุบันโดยนักดาราศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ของนาซา
นิวตันช่วยพัฒนาการวิเคราะห์สเปกตรัม
ครั้งต่อไปที่คุณมองหารุ้งบนท้องฟ้าคุณสามารถขอบคุณนิวตันที่ช่วยให้เราเข้าใจและระบุเจ็ดสีเป็นครั้งแรก เขาเริ่มทำงานเกี่ยวกับการศึกษาแสงและสีแม้กระทั่งก่อนที่จะสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่สะท้อนแม้ว่าเขาจะแสดงหลักฐานของเขาหลายปีต่อมาในหนังสือของเขาที่ 1704 Opticks.
ก่อนที่นิวตันนักวิทยาศาสตร์ยึดติดกับทฤษฎีโบราณเกี่ยวกับสีเป็นหลักรวมถึงของอริสโตเติลซึ่งเชื่อว่าทุกสีมาจากความสว่าง (สีขาว) และความมืด (สีดำ) บางคนถึงกับเชื่อว่าสีสันของรุ้งเกิดจากน้ำฝนที่แต่งแต้มรังสีของท้องฟ้า นิวตันไม่เห็นด้วย เขาทำการทดลองแบบไม่รู้จบเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีของเขา
ทำงานในห้องที่มืดมิดของเขาเขาควบคุมแสงสีขาวผ่านปริซึมคริสตัลบนผนังซึ่งแยกออกเป็นเจ็ดสีที่เรารู้จักกันในชื่อสเปกตรัมสี (แดงส้มเหลืองเขียวเขียวน้ำเงินครามและม่วง) นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่ามีหลายสีเหล่านี้อยู่ แต่พวกเขาเชื่อว่าปริซึมนั้นเปลี่ยนแสงสีขาวเป็นสีเหล่านี้ แต่เมื่อนิวตันหักเหสีเดียวกันเหล่านี้กลับไปยังปริซึมอื่นพวกมันกลายเป็นแสงสีขาวพิสูจน์ว่าแสงสีขาว (และแสงแดด) นั้นจริง ๆ แล้วเป็นการรวมกันของสีรุ้งทั้งหมด
กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันวางรากฐานสำหรับกลศาสตร์คลาสสิก
ในปี ค.ศ. 1687 นิวตันได้ตีพิมพ์หนังสือทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดเล่มหนึ่งในประวัติศาสตร์ Philosophiae Naturalis Principia Mathematicaซึ่งรู้จักกันทั่วไปว่าเป็น Principa. มันเป็นงานนี้ที่เขาวางกฎการเคลื่อนไหวสามข้อไว้ก่อน
กฎหมายว่าด้วยความเฉื่อยระบุว่าการพักหรือการเคลื่อนไหวจะยังคงอยู่ในลักษณะที่หยุดนิ่งหรือเคลื่อนไหวเว้นแต่จะมีการดำเนินการโดยแรงภายนอก ด้วยกฎนี้นิวตันช่วยให้เราอธิบายได้ว่าทำไมรถยนต์จะหยุดเมื่อมันชนกำแพง แต่ร่างกายมนุษย์ภายในรถจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่เหมือนเดิมจนกระทั่งร่างกายชนแรงภายนอกเช่น แดชบอร์ดหรือถุงลมนิรภัย นอกจากนี้ยังอธิบายว่าทำไมวัตถุที่ถูกโยนในอวกาศมีแนวโน้มที่จะดำเนินการต่อด้วยความเร็วเดียวกันบนเส้นทางเดียวกันสำหรับอินฟินิตี้เว้นแต่ว่ามันจะเข้าสู่วัตถุอื่นที่ออกแรงบังคับให้ช้าลงหรือเปลี่ยนทิศทาง
คุณสามารถดูตัวอย่างของกฎการเร่งความเร็วที่สองของเขาเมื่อคุณขี่จักรยาน ในสมการของเขาที่แรงเท่ากับมวลคูณความเร่งหรือ F = MAการปั่นจักรยานของคุณสร้างแรงที่จำเป็นในการเร่งความเร็ว กฎของนิวตันยังอธิบายด้วยว่าทำไมวัตถุที่มีขนาดใหญ่ขึ้นหรือหนักกว่านั้นต้องการแรงเคลื่อนย้ายหรือดัดแปลงมากกว่าและทำไมการตีวัตถุขนาดเล็กที่มีไม้เบสบอลจะทำให้เกิดความเสียหายมากกว่าการตีวัตถุขนาดใหญ่ด้วยไม้ชนิดเดียวกัน
กฎข้อที่สามของการกระทำและปฏิกิริยาของเขาสร้างความสมมาตรอย่างง่ายต่อความเข้าใจของโลกรอบตัวเรา: สำหรับทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมกันและตรงกันข้าม เมื่อคุณนั่งบนเก้าอี้คุณกำลังพยายามลงแรงบนเก้าอี้ แต่เก้าอี้พยายามที่จะทำให้คุณตั้งตรง และเมื่อจรวดถูกปล่อยสู่อวกาศก็ต้องขอบคุณแรงย้อนหลังของจรวดที่มีต่อก๊าซและแรงขับของก๊าซบนจรวด
เขาสร้างกฎความโน้มถ่วงสากลและแคลคูลัส
Principa ยังมีผลงานตีพิมพ์ครั้งแรกของนิวตันบางส่วนเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์และแรงโน้มถ่วง ตามตำนานที่ได้รับความนิยมนิวตันหนุ่มนั่งอยู่ใต้ต้นไม้ในฟาร์มของครอบครัวเมื่อตกแอปเปิ้ลเป็นแรงบันดาลใจหนึ่งในทฤษฎีที่โด่งดังที่สุดของเขา เป็นไปไม่ได้ที่จะรู้ว่าเรื่องนี้เป็นเรื่องจริงหรือไม่ (และนิวตันเองก็เริ่มเล่าเรื่องในฐานะผู้สูงอายุ) แต่เป็นเรื่องราวที่มีประโยชน์ในการอธิบายวิทยาศาสตร์เบื้องหลังแรงโน้มถ่วง นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกลศาสตร์คลาสสิกจนกระทั่งทฤษฎีสัมพัทธภาพของ Albert Einstein
นิวตันคิดว่าถ้าแรงโน้มถ่วงดึงแอปเปิลออกมาจากต้นไม้มันอาจเป็นไปได้ที่แรงโน้มถ่วงที่จะออกแรงดึงวัตถุจะอยู่ไกลออกไปมาก ทฤษฎีของนิวตันช่วยพิสูจน์ว่าวัตถุทุกชิ้นมีขนาดเล็กเท่ากับแอปเปิ้ลและใหญ่เท่าดาวเคราะห์ แรงโน้มถ่วงช่วยให้ดาวเคราะห์หมุนรอบดวงอาทิตย์และสร้างการลดลงและการไหลของแม่น้ำและกระแสน้ำ กฎของนิวตันยังระบุด้วยว่าวัตถุที่ใหญ่กว่าที่มีมวลมากแรงดึงแรงโน้มถ่วงมากขึ้นซึ่งเป็นสาเหตุที่คนที่เดินบนดวงจันทร์ที่เล็กกว่านั้นรู้สึกถึงความไร้น้ำหนักเนื่องจากมีแรงโน้มถ่วงน้อยลง
เพื่อช่วยอธิบายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงและการเคลื่อนที่นิวตันช่วยสร้างคณิตศาสตร์รูปแบบใหม่ที่เชี่ยวชาญ เดิมทีรู้จักกันในชื่อ“ fluxions” และตอนนี้แคลคูลัสมันแสดงสถานะการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาและตัวแปรของธรรมชาติ (เช่นแรงและความเร่ง) ในลักษณะที่พีชคณิตและเรขาคณิตที่มีอยู่ไม่สามารถทำได้ แคลคูลัสอาจเป็นหายนะของนักเรียนมัธยมและวิทยาลัยหลายคน แต่มันได้พิสูจน์แล้วว่ามีคุณค่าต่อนักคณิตศาสตร์วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์มานับศตวรรษ