Отметим еще и тот факт, что вообще человеческий
глаз в состоянии различить в спектре солнечного света до 160 различных цветовых оттенков.
Приступив к проведению следующих опытов, Ньютон смог соединить цветные лучи р белый свет. Для этого ученый пропустил лучи солнечного света сквозь призму, а потом вышедшие из нее цветовые лучи собрал с помощью собирающей линзы. В итоге оказалось, что в месте соединения цветовых лучей, действительно, луч стал белого цвета. Пройдя эту точку, цветовые лучи снова расходятся и располагаются в обратном обычному спектру порядке.
В противоположность Аристотелю, Ньютон в результате своих опытов пришел к выводу, что при смешении «белизны и черноты никакого цвета не возникает». Т. е. все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете. Стеклянная призма всего лишь разделяет их, поскольку различные цвета по-разному преломляются стеклом.
Своим открытием физик внес значительную поправку к известному уже закону преломления света: показатели преломления на самом деле постоянны для двух заданных сред при любых углах падения, но они меняются при изменении цвета падающего луча. Больше всего преломляются фиолетовые лучи, а меньше всего — красные.
Кстати, впоследствии ученые пришли к выводу, что, рассматривая свет как волну, каждому цвету необходимо выделять свою длину волны. Эти волны
- непрерывно меняются, соответствуя различным оттенкам каждого цвета.
Основные вопросы механики и физики, которые разрабатывал Ньютон, были тесно связаны с научными проблемами его времени.
Так, например, исследования в области оптики были направлены на устранение недостатков оптических приборов.
Свои взгляды на корпускулярную гипотезу света ученый изложил в работе «Новая теория света и цве тов», написанной в 1672 г. Его труд вызвал большую полемику. Противником корпускулярных представлений Ньютона о природе света выступил английский ученый Р. Гук. Тогда Ньютон высказал гипотезу, которая сочетала в себе корпускулярные и волновые представления о свете.
Результатом многолетних оптических исследований Ньютона стала книга «Оптика», опубликованная ученым в 1704 г. В ней Ньютон нарисовал стройную картину различных оптических явлений, известных науке того времени.
В 1687 г. Ньютон сформулировал законы динамики.
На протяжении тысячелетий люди, наблюдая за планетами и звездами, пытались определить законы их движения по небосводу.
В 1632 г. во Флоренции появился труд Г. Галилея «Диалог о двух главнейших системах мира», в котором ученый заложил основы динамики — принцип инерции и классический принцип относительности. Согласно принципу инерции, всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного- прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния.
Это утверждение на первый взгляд кажется ошибочным, поскольку, например, вагон, который движется по инерции на горизонтальном участке пути, в конце концов все равно остановится. Однако необходимо учитывать, что на вагон действует сила сопротивления.
Ньютон, сформулировав законы динамики, сделал понятными и поддающимися расчету не только движение планет вокруг Солнца, но и явления, куда более сложные.
В качестве первого закона динамики Ньютон принял принцип инерции Галилея, который тот сформулировал в виде следствия из проведенных им опытов при изучении падения тел по наклонной плоскости.
Но ошибка Галилея была в том, что он не различал понятий «вес» и «сила», из-за чего установленный им принцип инерции не мог стать фундаментальным законом природы.
Ньютон же закон динамики поставил во главу всей своей системы механики.
Во втором законе Ньютон, рассматривая движение тела под воздействием других тел, небезосновательно связал изменение скорости тела с силой — мерой этого воздействия. Изменение состояния покоя тела под воздействием силы, сделал вывод Ньютон, происходит не мгновенно, а постепенно. Скорость же движения при этом изменяется тем медленнее, чем больше инерция тела, мерой которого является его масса.
Выведенная на основании второго закона Ньютона масса определяет инертные свойства тела, по этой причине она называется инертной массой. Но есть ртттр и понятие гравитационной (тяжелой) массы — физической величины, которая определяет меру гравитационного взаимодействия рассматриваемого тела с- другими телами, например, с Землей.
Многие столетия ученые разных стран задавались вопросом: эквивалентны эти два понятия или нет?
Классический опыт проверки эквивалентности этих двух масс провел Ньютон и описал его в своих « Математических началах натуральной философии»:
«Я испытывал золото, серебро, свинец, стекло, песок, поваренную соль, дерево, воду и пшеницу. Я достал два одинаковых ящика. Я наполнил один из них деревом, а в центре качаний другого поместил такого же (насколько точно я мог) веса кусок золота. Подвешенные на нитях длиной 11 футов ящики образовали пару маятников, совершенно одинаковых по весу и форме и одинаково подверженных сопротивлению воздуха; поместив их рядом, я наблюдал, как они качались совместно взад и вперед в течение длительного времени с одинаковыми колебаниями. И потому (в силу Следствий I и VI, Предложение XXIV, Книга И) количество вещества в золоте относилось к количеству вещества в дереве, как действие движущей силы на все золото к действию движущей силы на все дерево; другими словами, как вес одного к весу другого.
И с помощью этих опытов в телах одинакового веса можно было обнаружить различие в количествах вещества, составляющее одну тысячную общего количества».
В этом же классическом труде, представленном Лондонскому королевскому обществу в 1687 г., Ньютон впервые квел понятие «приложенной силы», которая определяет ускорение тела:
«Сила проявляется единственно только в действии и по прекращении действия в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только инерции. Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной силы».
В работе «Математические начала натуральной философии» Ньютон создал единую систему земной и небесной механики, которая впоследствии легла в основу всей классической физики.
В своих «Началах» ученый дал определения исходных понятий физики — количества материи, эквивалентного массе, плотности; количества движения, эквивалентного импульсу; различных видов силы и др.
Открытый им закон всемирного тяготения Ньютон применил к объяснению движения небесных тел. Согласно этому закону все материальные тела притягиваются друг к другу. При этом величина силы тяготения не зависит от физических и химических свойств тел, от состояния их движения и от той среды, в которой находятся тела.
Ньютон, сделал вывод, что все планеты и кометы притягиваются к Солнцу, а спутники — к планетам с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния.
Ньютон также показал, что из закона всемирного тяготения вытекают законы Кеплера, пришел к выводу о неизбежности отклонений от этих законов вследствие возмущающего действия на каждую планету или спутник остальных тел Солнечной системы.
Теория тяготения позволила ученому объяснить многие астрономические явления — особенности движения Луны, прецессию, приливы и отливы, сжатие Юпитера, а также разработать теорию фигуры Земли.
Фигура Земли сложилась под действием силы тяжести. Вследствие всемирного тяготения все тела притягиваются обратно пропорционально квадрату расстояния. Если бы на вещество Солнца, Земли, Луны, планет и других небесных тел не действовали никакие другие силы, кроме внутренних сил тяготения, все эти тела имели бы строго сферическую форму. Но так как небесные тела вращаются, на вещество действует также центробежная сила, под воздействием которой происходит перетекание вещества от полюсов к экватору. Продолжается же это до тех пор, пока не уравновесятся боковые, тангенциальные составляющие сил и жидкость на поверхности не окажется в равновесии. Поэтому любое небесное тело, в том числе и Земля, оказывается несколько сплюснутым.
Что же касается приливов и отливов — периодического повышения и понижения уровня воды в океанах и морях — этот вопрос интересовал людей еще в глубокой древности. И еще в древности люди связывали приливы и отливы с Луной.
И действительно, как впервые доказал Ньютон, основная причина приливов — это притяжение Земли Луной, т. е. разность между притяжением Луной всей Земли в целом, с одной стороны, и водной оболочки ее — с другой.
Ньютон в своей теории этот процесс объяснял следующим образом. Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, которые в данный момент находятся ближе к Луне, ею притягиваются сильнее, чем более далекие. Если бы Земля была абсолютно твердой, то это, в принципе, не имело бы никакого значения. Но Земля не является абсолютно твердым телом. Поэтому разность сил притяжения частиц, которые находятся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра, смещает частицы друг относительно друга. В результате Земля, и прежде всего ее водная оболочка, деформируется.
Таким образом, на стороне Земли, обращенной к Луне, и на противоположной стороне вода неизбежно будет подниматься, образуя при этом приливные выступы, где накапливается излишек воды. В других же точках Земли, не так подверженных в данный момент влиянию Луны, будет, наоборот, происходить отлив.
В 1699 г. Ньютон высказал идею устройства секстанта — навигационного прибора для измерения углов между небесным светилом и видимым горизонтом или же между двумя светилами с целью определения местонахождения корабля в море. Принцип его работы был довольно прост — с помощью зеркал совмещают два изображения, и это позволяет измерить углы между объектами довольно точно, даже если на борту корабля качка.
Правда, первые секстанты были сконструированы уже в 30-х годах XVIII в.
Открытие новых земель — занятие, которое привлекало многочисленных романтиков еще с самых древних времен. Не были исключением в этом смысле и англичане, вписавшие немало ярких страниц во всемирную книгу открытий.