CCF20090213042(1)

skierowane przeciwnie i równe, tj. wzajemne działania dwóch ciał są zawsze równe sobie i skierowane przeciwnie”.

Sir Isaac Newton, Philosophiae Natumlis Principia Mathematica (1686)

Angielski fizyk sir Isaac Newton (1642-1727) jest często nazywany największym uczonym historii. I nie ma wątpliwości, że słusznie. To on ostatecznie uwolnił fizykę od metafizyki przez sformułowanie uniwersalnych praw sił i mchu, które kierują niebem i Ziemią. Ale inni utorowali mu drogę - jak Newton sam powiedział: „Jeśli mogłem sięgać wzrokiem dalej niż inni, to dlatego, że stałem na ramionach olbrzymów”.

Jednym z poprzedników Newtona był Galileusz, pierwszy wielki fizyk eksperymentalny w historii i człowiek w największym stopniu odpowiedzialny za odrzucenie Arystotelesa jako najwyższego intelektualnego autorytetu w nauce. Galileusz pokazał na przykład, że teorie Arystotelesa dotyczące ruchu były błędne i że odwrotnie do powszechnie panującego przekonania obiekty nie spadają ze stałą prędkością ani cięższe nie spadają szybciej niż lżejsze, przynajmniej w próżni.

To, że Galileusz doszedł do tych wniosków, rzucając kule z Krzywej Wieży w Pizie, jest niestety akurat bajką, przeprowadzi! on natomiast kilka pomysłowych eksperymentów, między innymi z równią pochyłą. Rezultatem była teoria jednakowego przyspieszenia: spadające ciała zwiększają swoją prędkość dokładnie w tym samym tempie. Galileusz odkrył także zasadę bezwładności: ciała wykazują tendencję do pozostawania w spoczynku lub poruszania się ruchem jednostajnym prostoliniowym, jeśli nie oddziatuje na nie żadna zewnętrzna siła. Na podstawie tych dwóch praw zdołał pokazać, że w idealnych warunkach wystrzelony pocisk porusza się po paraboli.

Pokolenie później Rene Descartes (Kartezjusz) - znany przede wszystkim ze swojej deklaracji „Myślę, więc jestem” - podał pierwsze „prawo zachowania” w fizyce. Prawo takie mówi, że pewna ilość czegoś pozostaje taka sama pomimo zdarzenia fizycznego lub zmiany warunków. Kartezjusz interesował się w szczególności zde-rżeniami poruszających się ciał - na przykład kul bilardowych -i wysunął hipotezę, że ich pęd pozostaje stały. Czyli że jeśli dodasz wartości pędu dwóch kul po zderzeniu, otrzymasz tę samą wartość co po dodaniu ich pędów przed zderzeniem. Pęd jest „zachowany”.

Odkrycia Galileusza i Kartezjusza były ważne, nawet rewolucyjne, ale to Newton miał połączyć je w zazębiający się system. Podstawowym pojęciem łączącym prawo Galileusza o przyspieszeniu i prace Kartezjusza o zderzających się ciałach była grawitacja, której odkrycie jest najlepiej znanym osiągnięciem Newtona. (Ale opowieść o jabłku spadającym z drzewa na głowę Newtona możesz również włożyć między bajki, razem z tą o Krzywej Wieży).

Newton nie zaczął od razu od grawitacji, ale od innej idei, od pojęcia masy (m). Kartezjusz mówił o pędzie jako o iloczynie ciężaru i prędkości, Newton natomiast zdał sobie sprawę, że ciężar jest pojęciem nieprecyzyjnym i w dodatku się zmienia - ciała ważą na przykład mniej w wodzie niż w powietrzu. Preferował coś, co mogło być ustalone precyzyjnie - „ilość materii w ciele”, która byłaby wszędzie taka sama, w powietrzu i w wodzie, w kosmosie czy na Ziemi - i nazwał to „masą”. Zastępując ciężar Kartezjusza masą i traktując prędkość jako wielkość wektorową (jako że prędkość ma pewien kierunek i zwrot), Newton podał nową definicję pędu (masa razy prędkość w dodatnim lub ujemnym kierunku). Ponieważ prędkość ma kierunek, zmiana pędu obejmuje też zmianę kierunku.

Newton zdefiniował następnie pojęcie „siły” - starą, ale niejasną ideę - jako coś, co powoduje zmianę pędu ciała. Przyjąwszy prawo Galileusza o bezwładności jako swoje pierwsze prawo ruchu, Newton wysunął drugie; że siła (F) jest wprost proporcjonalna do zmiany pędu, którą powoduje. Innymi słowy, dwa razy większa siła spowoduje dwa razy większ.ą zmianę pędu ciała.

Jeśli weźmie się pod uwagę nową definicję pędu, w której stała masa zastąpiła zmienny ciężar, jego drugie prawo doprowadza do wniosku, że siła jest proporcjonalna do zmiany prędkości. Jeśli masa jest stała, dodatkowa siła będzie zmieniać tylko prędkość. Ponieważ zmiana prędkości jest tym samym co przyspieszenie (a), siła F jest proporcjonalna do a. Różne ciała będą potrzebowały jednak różnej siły do pokonania swej inercji: im bardziej masywne ciało,

87