牛顿的思想实验：光速奔跑、飞行石头和引力

2023-11-05 理论教育版权反馈

【摘要】：牛顿找到了原因，飞行的石头同时具备两种运动，一种运动是朝着水平方向的运动，另一种运动则是垂直下落的运动。牛顿厉害的地方在于他的思考没有停下来，他继续想，因为地球是圆的，当石头扔得远到一定程度，那么石头岂不是趋向于绕着地球转一圈而回到原地吗？牛顿就把这个力称为“引力”。

生活在地球“下面”的人，为什么不会掉下去呢？

今天，我们每一个人都知道，地球是一个大大的圆球形状，飘浮在宇宙空间中。除了地球之外，还有水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星等绕着太阳一圈一圈地旋转着。

然而，自古以来，就有一个问题困扰着人们。在古时候，不光老百姓想不明白，就连那些著名的学者也都想不明白。这个问题就是：生活在地球“下面”的人岂不是头朝下，脚朝上吗？为什么他们不会掉下去呢？

在英国的林肯郡伍尔索普村的一个庄园中，有一位22岁的青年人坐在苹果树下思索着这个古老的问题。那一年是公元1665年，青年的名字叫艾萨克·牛顿，这个名字日后将响彻整个世界。

你可能听过这个故事，说一个苹果砸到了牛顿的头上，于是他就顿悟了万有引力定律。这个故事听着很有趣，但它的真实性是没有依据的。

艾萨克·牛顿（Isaac Newton，1643—1727），爵士，英国皇家学会会长，英国著名物理学家。牛顿提出了万有引力定律、牛顿运动定律，被誉为“近代物理学之父”(www.chuimin.cn)

自然规律不可能靠灵机一动来获得，真实的思考过程哪有这么简单啊？

其实，这个问题牛顿想了很久很久。他是这样想的：假如我站在一座高塔顶上，朝前方扔一块石头，那么石头会以一个抛物线的轨迹掉落在地上。我越用力，石头就会被扔得越远。石头能扔多远，取决于石头出手时的速度。牛顿在纸上画下这样一幅图：

为什么会是这样的一种运动轨迹呢？牛顿找到了原因，飞行的石头同时具备两种运动，一种运动是朝着水平方向的运动，另一种运动则是垂直下落的运动。现在把这两种运动合成在一起，就形成了一种抛物线的运动轨迹。

想到这个程度，并不算很厉害，伽利略也想到过这一层。牛顿厉害的地方在于他的思考没有停下来，他继续想，因为地球是圆的，当石头扔得远到一定程度，那么石头岂不是趋向于绕着地球转一圈而回到原地吗？

牛顿在他的草稿纸上反复画着草图，最终，牛顿想明白了，只要把这块石头扔得足够快，那这块石头将会一直绕着地球转，根本停不下来，也永远不会再掉回地面上了。要维持这样的一种运动，石头必须始终受到来自地球的一个很稳定的、均匀不变的力，而且这个力可以隔空作用，指向地球的球心。牛顿就把这个力称为“引力”。这就好比你甩动一个链球，让球在你的头顶上方转圈圈，你必须用手拉紧链子，施加一个牵引的力。那么，绕着地球转动的石头也就像是被地球伸出的一根无形的线牵引着。

牛顿的思想实验：光速奔跑、飞行石头和引力

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