زندگینامه نیوتون
نام نیوتن با انقلاب علمی در اروپا و ارتقای نظریهٔ خورشید-مرکزی پیوند خورده است. او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قانون‌های حرکت سیاره‌های کپلر برهان‌های ریاضی بیابد. در جهت بسط قوانین نامبرده، او این جستار را مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی مانند ستارگان دنباله دار، لزوماً بیضوی نیست! بلکه می‌تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد. افزون بر اینها، نیوتن پس از آزمایش‌های دقیق دریافت که نور سفید ترکیبی از تمام رنگ‌های موجود در رنگین کمان است. او فرضیه موجی هویگنس را دربارهٔ نور رد کرد. از دیدگاه نیوتن نور جریانی از ذرات است که از چشمهٔ نور به بیرون فرستاده می‌شوند.
از نظر پژوهشگران نیوتن یک یکتاپرست بود که به پیش گویی‌های کتاب مقدس ایمان داشت. وی باور داشت جهان در سال ۲۰۶۰ میلادی پس از جنگ نیکی و بدی که در آن نیکی به پیروزی می‌رسد، به پایان خواهد رسید.
ایزاک نیوتن در نیمه شب عید سال نو ۱۶۴۲ به دنیا آمد. او کودکی زودرس و بقدری نحیف بود که پزشکان به زنده ماندنش امید چندانی نداشتند. پدر وی که کشاورزی مرفه بود سه ماه پیش از تولد او از دنیا رفته بود و هانا مادر آیزاک مجبور بود این کودک رنجور را به تنهایی بزرگ کند. خانهٔ مادری او در وول اِستروپ بزرگ و راحت بود. آنها فقیر نبودند، اما بزرگ کردن آیزاک که کودکی رنجور و نحیف بود برای مادری تنها آسان نبود.
در سال تولد آیزاک نیوتن، جنگ‌های داخلی انگلستان آغاز شد. نبردهای خونینی میان گارد سلطنتی و طرفداران مجلس در گرفت. زمانی که جنگ تمام شد، نیوتن شش ساله بود. تجزیهٔ کشور که از رویدادهای مهم تاریخ آن محسوب می‌شد این کشور را به سخنگوی قدرتمند پروتستانها تبدیل کرد. اکثر اهالی محل زندگی نیوتن (لینکین‌شایر) حامی مجلس بودند ولی خانودهٔ او طرفدار پادشاه بودند. این مشکلات سیاسی بر زندگی او تاثیرات فراوانی داشت. در این هنگام بود که مادر او قصد ازدواج مجدد کرد و به محل زندگی ناپدریش رفت و او را نزد مادربزرگش نهاد. او هیچگاه با مادربزرگش صمیمی نبود و همیشه از ناپدریش متنفر بود. در خانهٔ مادربزرگش اکثر ساعات روز را به ساخت الگوهای مکانیکی می‌پرداخت. او علاقهٔ زیادی به این کار داشت.
نیوتن در ده سالگی شاهد مرگ ناپدری‌اش بود. با مرگ ناپدری نیوتن، مادرش به وولزثروپ بازگشت. دو سال بعد نیوتن وارد دبیرستان گرانثام شد. حال او با عمویش در شهر زندگی می‌کرد. نیوتن بسیار ضعیف بود و نمی‌توانست در بازی‌های خشن شرکت کند. در چهارده سالگی او یک روز با یکی از بچه‌های قلدر مدرسه گلاویز شد و در آخر موفق شد بینی حریف خود را بشکند. این اتفاق او را به یک قهرمان تبدیل کرد و باعث تشویق و تحسین دیگر بچه‌ها و دلگرمی او شد.
اسحاق جوان در سال ۱۶۶۱، در هجده سالگی وارد دانشگاه کمبریج شد اما مادر او نمی‌توانست مخارج دانشگاه را بپردازد از این رو وی به گروه «سابسایزرها» پیوست. سابسایزرها دانشجوهایی بودند که بجای پرداخت شهریه، اتاق‌ها را نظافت می‌کردند یا در سالن غذاخوری به عنوان پیشخدمت کار می‌کردند.
در یک روز یکشنبه در اواخر بهار۱۶۶۴ آیزاک و دوستش، جان ویکنز به سیرکی که به تازگی درکمبریج دایر شده بود رفتند. در این سیرک آیزاک به طور تصادفی متوجه چیزی شد که به طرز خیره کننده‌ای می‌درخشید. آن چیز حیرت‌آور یک منشور بود. آیزاک متوجه شد که با استفاده از آن منشور می‌تواند آزمایش‌های مفیدی انجام دهد. از این رو فوراً آن را خرید. مردم آن زمان فکر می‌کردند که اثر رنگین کمان از خواص منشور است و تابش نور بر منشور این خاصیت را از درون منشور آزاد می‌کند. نیوتن دست به چندین آزمایش زد و از چند منشور استفاده کرد. نتایج او امروزه به عنوان جزئی از قوانین فیزیک محسوب می‌شوند. او کشف کرد که «تصاویری که ما از اجسام می‌بینیم، بازتاب نور از سطح آن اجسام است.
نیوتن پس از این موفقیت‌های علمی در سال ۱۶۶۵ مدرک لیسانس علوم انسانی خود را گرفت. حال او می‌توانست چهار سال دیگر در کالج ترینیتی تحصیل کند. او مایل بود از این پس به مسالهٔ جاذبه بپردازد. اما در این سال طاعون در انگلیس شایع شد و شعله‌های مرگبار آن از هر سوی این کشور زبانه می‌کشید. به همین دلیل دانشگاه تعطیل شد و نیوتن به لینکین‌شایر بازگشت.
نیوتن در این فکر بود که چگونه سیارات بر مدار خود پیرامون خورشید قرار می‌گیرند بی آنکه نیرویی ناشناخته دست اندرکار باشد. او هنگامی که در باغ خانهٔ مادری خود در حال تفکر به این موضوع بود، سیبی از روی درخت افتاد و او را متوجه کرد که علت افتادن سیب همان دلیل گردش سیارات به دور خورشید است. خورشید نیروی کششی به سیارات وارد می‌کند و عین همان نیرو را زمین به ماه. اما سوالی دیگر برای وی پیش آمد: «چرا سیارات به روی خورشید سقوط نمی‌کنند؟» او چندین روز به این مساله فکر کرد اما جوابی نیافت. درست همان زمان که او بار و بنهٔ خود را برای بازگشت به دانشگاه کمبریج می‌بست، حقیقت پرده از چهره برگرفت. در یک لحظه او نوعی بازی را که بچه‌ها در مدرسه انجام می‌دادند بخاطر آورد. قاعدهٔ بازی این بود که باید بازیکن سطل آبی را در هوا می‌چرخاند. برندهٔ این بازی کسی بود که سطل را بدون اینکه آب از آن بریزد در هوا بچرخاند. اکنون نیوتن دلیل چرخش سیارات بدور خورشید، بدون آنکه در خورشید سقوط کنند را دریافته بود. این پدیده که نیازمند سرعت جانبی است، همان نیروی مرکز گراست. او پس از چند آزمایش کشف کرد که نیروی جاذبه از قانون عکس مجذور فاصله پیروی می‌کند.
در زمان گالیله فقط تلسکوپ‌های انکساری وجود داشت، اما بزرگنمایی و وضوح خوبی نداشتند. نیوتن با استفاده از نبوغ و تجربه اش در ساخت مدلهای مکانیکی توانست تلسکوپ انعکاسی را که انقلابی در علم محسوب می‌شد اختراع کند. این تلسکوپ بزرگنمایی و وضوح بهتری نسبت به تلسکوپ‌های انکساری دارند. نیوتن به دلیل اختراع تازه‌اش بسیار مشهور شد و پس از چندی به انجمن سلطنتی پیوست. او در اولین سخنرانی‌اش با دانشمند بزرگ هم عصرش یعنی رابرت هوک ملاقات کرد و میان این دو مشاجره در گرفت. هوک خود را خبرهٔ پژوهش دربارهٔ نور می‌دانست و نظرات نیوتن را رد می‌کرد.
پس از مدتی، نیوتن فیزیک را رها کرد و به پژوهش در مورد کیمیاگری (پایهٔ شیمی امروز) پرداخت. اما در این بین هانا، مادر او درگذشت. این مساله او را تا مدتی از کسب دانش بازداشت.
در ۲۸ آوریل ۱۶۸۶ نیوتن کتاب اصول ریاضی فلسفهٔ طبیعی را چاپ کرد و نسخهٔ اول آن را به انجمن سلطنتی داد. اما در نیمه شب همان روز هوک مدعی شد که قوانین نیوتن را قبلاً کشف کرده است. در سال ۱۶۹۶ نیوتن رییس ضرابخانهٔ سلطنتی شد و همچنین در چند سال بعد او سرپرست انجمن سلطنتی نیز شد. در این مدت او متقاعد شد که اکتشافات خود در زمینهٔ نور را با عنوان «نور شناخت» منتشر کند. یک سال بعد، ملکه آن به او لقب شوالیه (سِر) داد.
سر آیزاک نیوتن در ۲۰ مارس ۱۷۲۷ و در سن هشتاد و چهار سالگی چشم از جهان فرو بست.
از کودکی تا استادی
نیوتن در روستای وولزثورپ بای کالستروُرث واقع در ناحیه لینکلن‌شر زاده شد. سه ماه پیش از تولد، پدرش درگذشت. مادر او نیز دو سال بعد از نو ازدواج کرد و آیزاک را تحت سرپرستی مادربزرگش قرار داد.
پس از به پایان بردن آموزش‌های آغازین در مدرسه گرنتَم در سال ۱۶۶۱ نیوتن به کالج ترینیتی دانشگاه کمبریج جایی که عمویش نیز به تحصیل اشتغال داشت، وارد شد. در آن دوران دروس دانشکده عموماً بر پایهٔ آموزه‌های ارسطو تنظیم می‌شد ولی نیوتن ترجیح می‌داد که با اندیشه‌های مترقی‌تر فیلسوفان نوگرایی چون دکارت، گالیله، کپرنیک و کپلر آشنا شود. در ۱۶۶۵ او موفق به کشف قضیهٔ دو جمله‌ای در جبر شد. یافته‌ای که بعدها به ابداع حساب دیفرانسیل انجامید. نیوتن نخستین مدرک دانشگاهی خود را در سال ۱۶۶۵ دریافت کرد اما زمانی که درصدد ورود به دورهٔ کارشناسی ارشد بود، دانشگاه کمبریج بر اثر همه‌گیری طاعون در لندن و حومه تعطیل شد و نیوتن به روستایش بازگشت. در طول دو سال بعد او در خانه‌اش به مطالعات خود در زمینهٔ حساب، نورشناسی و گرانش ادامه داد.
سال ۱۷۱۲
در همین دوران مرخصی اجباری بود که نیوتن نظریات خود را در مورد گرانش پایه‌ریزی کرد. مطابق داستانی بسیار مشهور، روزی نیوتن زیر یک درخت سیب نشسته بوده که ناگاه سیبی بر سرش می‌افتد واز این واقعه او به یکسانی ماهیت نیروی گرانش زمینی و سماوی پی می‌برد. داستان فوق در واقع روایت اغراق شده ایست از خاطره‌ای که خود نیوتن نقل کرده بود مبنی بر اینکه یک روز کنار پنجرهٔ اتاق خانه‌اش به تماشای باغ نشسته بود که افتادن سیبی از درختی نظرش را به خود جلب کرد. در حقیقت طی گفتگوهای بعدی، وی اقرار کرد که داستان سیب کاملاً ساختگی بوده و کشف جاذبه به تحقیقات قبلی او بر می‌گردد و او این داستان را به صرف جلب نظر عموم ساخته است. سالها بعد در ۱۵ آوریل ۱۷۲۶، او به دوست نویسنده‌اش ویلیام استاکلی گفت: «واقعهٔ مذکور این سؤال را به ذهنم آورد که چرا سیب همیشه مستقیماً به پایین می‌افتد؟ چرا به جای حرکت به سمت مرکز زمین به طرفین یا رو به بالا نمی‌رود؟» (به نقل از کتاب «یادداشت‌هایی از زندگانی سر اسحاق نیوتن») پس از برطرف شدن خطر طاعون در سال ۱۶۶۷، نیوتن به کمبریج بازگشت و عضو جزء کالج ترینیتی شد و در سال ۱۶۶۸ با دریافت مدرک فوق لیسانس و گرفتن کرسی استادی لوکاسین جایگاه خود را تثبیت کرد.
قانون اول نیوتن
هر جسمی در هر حالتی که باشد تمایل دارد به همان حالت باقی بماند. مثلا یک کتاب که روی میز هست همین طور ساکن باقی می ماند! مگر اینکه کسی کاری کند که حرکت کند! این ویژگی لختی نامیده می شود!
طبق تعریف لختی عبارت است از : تمایل اجسام برای ماندن در حالت اولیه خود!
اما قانون اول نیوتن چه می گوید؟ نتیجه ی ۳ خط بالا می شود قانون اول نیوتن! یک جسم که ساکن است٬ دوست دارد همین طور ساکن باشد! مگر اینکه کسی به آن نیرو وارد کند و آن را مجبور کند حرکت کند! یک جسمی هم که در حال حرکت است دوست دارد همین طور حرکت کند! مگر اینکه کسی به آن نیرو وارد کند و آن را مجبور کند ساکن شود!
طبق تعریف قانون اول نیوتن از کتاب درسی بیان می کند: یک جسم حالت سکون و یا حرکت یکنواخت روی خط راست خود را حفظ می کند٬ مگر آنکه تحت تاثیر نیرویی٬ مجبور به تغییر آن حالت شود.
نیرو: عاملی که باعث تغییر حرکت و شکل اجسام میشود. وقتی به جسمی نیرو وارد میشود جسم تغییر حرکت می دهد٬ یعنی می تواند متحرک یا ساکن شود. در هر صورت تغییر حرکت باعث می شود جسم تغییر سرعت دهد و تغییر سرعت باعث به وجود آمدن شتاب می شود.
قانون دوم نیوتن
اول توضیحاتی که برای نیرو نوشتم را مطالعه کنید. خوب حالا می رویم سراغ قانون دوم نیوتن! گفتم جسم دوست دارد اگر ساکن است٬ ساکن باقی بماند و اگر متحرک است٬ متحرک باقی بماند! اما اینجا قرار نیست جسم هر طور دوست دارد بماند! ما می خواهیم به آن نیرو وارد کنیم و حالت آن را تغییر بدهیم! وقتی به جسم نیرو وارد کنیم چه چیزی به وجود می آید؟ امیدوارم جوابتان شتاب باشد! چون در توضیحات نیرو این را گفتم ! قانون دوم نیوتن به همین موضوع اشاره دارد و هدفش محاسبه ی همین شتاب است!
طبق تعریف قانون دوم نیوتن از کتاب درسی بیان می کند: اگر به یک جسم نیروهایی وارد شود٬ شتابی می گیرد که با برآیند نیروهای وارد بر جسم٬ نسبت مستقیم دارد و با آن هم جهت است و با جرم جسم نسبت وارونه دارد. قانون دوم نیوتن را با رابطه ی زیر نمایش می دهند:
قانون های نیوتن,شناخت قانون های نیوتن
a: شتاب حاصل از نیروی وارد شده F: نیروهای وارد شده بر جسم m: جرم جسم
اما تحلیل قانون دوم نیوتن! در مرحله ی اول به کلمه ی نیروها دقت کنید! وقتی بر یک جسم نیرو وارد می کنید فقط همان یک نیرو نیست! نیروهای دیگری هم هستند که دارند به جسم وارد می شوند! مثل نیروی گرانش٬ اصطحکاک و ...! منظور از F در فرمول هم برآیند (مجموع) نیروهای وارد بر جسم است.
اینکه با برآیند نیروهای وارد بر جسم رابطه ی مستقیم دارد٬ یک چیز خیلی واضح هست! شما وقتی به یک توپ با قدرت زیاد نیرو وارد می کنید بیشتر تغییر مکان می دهد یا وقتی با قدرت کم نیرو وارد می کنید؟ تغییر مکان بیشتر هم یعنی سرعت بیشتر و سرعت بیشتر هم ....
هم جهت بودن نیرو و شتاب را هم می شود ساده بیان کرد! باز هم توپ و شوت! یک توپ را شوت کنید! تغییر مکان آن کدام طرف است؟ قطعا همان طرفی که نیرو وارد کردید! تغییر مکان هم که ته آن می رسد به شتاب! پس شتاب هم به همان طرفه!
آخرین مورد هم این است که با جرم جسم رابطه ی وارونه دارد! این هم مشخص است! اگه با یک نیروی مشخص به یک توپ پلاستیکی و یک توپ فلزی شوت بزنید هر دو به یک اندازه تغییر مکان می دهند؟ همانطور که چند بار گفتم تغییر مکان کمتر یعنی شتاب کمترعغ!
قانون سوم نیوتن
قانون سوم خیلی آسان است! خیلی هم مفید است! این قانون می گوید اگر بجای توپ دیوار را شوت کنید پایتان درد می گیرده! چرا؟ چون به هر جسمی که نیرو وارد کنیم آن هم به ما همان اندازه نیرو وارد می کند! حالا یک جسمی مثل توپ ضعیف است و پایمان درد نمی گیرد! یک جسم هم مثل دیوار خیلی قوی است و پایمان درد می گیرد!