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牛顿,你好呀 | 数学 | 物理

牛顿,你好呀 | 数学 | 物理

作者: 寻松点点 | 来源:发表于2019-12-10 19:08 被阅读0次

牛顿陪伴你的高中、大学

1. 牛顿三个运动定理——高中物理

2. 万有引力定律——高中物理,大学人造卫星轨道理论、天文学

3. 牛顿二项式定理

4. 微积分——数学、工程等等

这个四个理论其实在今天的生活中都随处可见(只是没这么明显),总之就是相当有意义的。
当然,理论建立的抽线程度也随之提高。

按照1-4排列的顺序,抽象程度也越来越高。如果只是单独去看其中某个定理,那么很容易想不明白。但4个定理都是慢慢建立起来的,找到牛顿当时遇到的问题再去理解这些理论的建立过程,也就隧道渠成了。

1. 牛顿三个运动定理

1、牛顿第一运动定律又称惯性定律性定律。常见的完整表述:任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。

2、牛顿第二运动定律的常见表述是:物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。即F=m \cdot a

3、牛顿第三运动定律的常见表述是:相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。即F=-F'

简记为:

  1. 惯性定律
  2. F=m \cdot a(定量力的大小)
  3. F=-F'(作用力与反作用力的关系)

2. 万有引力定律

万有引力定律是[艾萨克·牛顿]在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下:
任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

至于如何通过实验验证万有引力公式,不作详细介绍。一般在涉及卫星力的分析,直接利用公式即可。(即理论的正确性验证就不用自己做了,已经有很多人做过验证,我们直接使用公式即可)

F_{12}=G\cdot \frac{m_1m_2}{(r_{12})^2}

式中:
G:为万有引力常数
m_1m_2:为互相产生万有引力物体的质量
r_{12}为m_1m_2之间的距离

引力常量G是物理学术语,目前公认的结果是卡文迪许测定的G值为6.754×10-11N·m²/kg²,目前最新的推荐的标准为G=6.67259×10-11N·m²/kg²,通常取G=6.67×10-11N·m²/kg²,如果使用厘米克秒制则G=6.67×10^-8 dyn·cm²/g²。

3. 牛顿二项式定理

二项式张开项的系数可以构成杨辉三角

(a+b)^n=C_n^0a^n+C_{n-1}^{1}a^{n-1}b^{1}+C_{n-2}^{2}a^{n-2}b^{2}+\cdots+C_{n-m}^{m}a^{n-m}b^{m}+ \cdots+C_{n}^{n}b^{n}
其中的展开通项式为:C_{n-m}^{m}a^{n-m}b^{m}
比如:(n+1)^2=n^2+2n+1^1

如何证明求和简式\sum_{i=1}^n{i}的算式就是\frac{n(n+1)}{2}呢?

证:
因:(n+1)^2= n^2+2n+1
得 (n+1)^2-n^2=2n+1 \quad\cdots 式(n)
n^2-(n-1)^2=2(n-1)+1 \quad\cdots 式(n-1)
\cdots\cdots
3^2-2^2=2\times2+1 \quad\cdots 式(2)
2^2-1^2=2\times1+1 \quad\cdots 式(1)

把(n)式到(1)式的方程加起来有:
(n+1)^2-1^2= 2(1+2+3+\cdots+n)+n =2\sum_{i=1}^n{i}+n
n^2+2n+1-1= 2\sum_{i=1}^n{i}+n
\sum_{i=1}^n{i}=\frac{n(n+1)}{2}

4. 微积分——数学、工程等等

\lim\limits_{\lambda \to 0} \sum_{i=0}^{n}f(\xi_i) \Delta{x_i}=I=\int_a^bf(x) {\rm d}x=[F(x)]_a^b=F(b)-F(a)
其中:\lim\limits_{\lambda \to 0} \sum_{i=0}^{n}f(\xi_i) \Delta{x_i}为定义式
I可以称为简记表达式,简式
\int_a^bf(x) {\rm d}x为定积分式
[F(x)]_a^b=F(b)-F(a)为计算式

微积分其实核心就是函数f(x)(function)、原函数F(x)(primitive function)、导函数f'(x)(derivative function)三者之间的关系。连接这个的思想是极限

比如:
f(x)=\frac{dF(x)}{dx}=F'(x)
F(x)=\int f(x)dx
f'(x)=\frac{df(x)}{dx}
f(x)=\int f'(x)dx = \int \frac{df(x)}{dx} \cdot dx=f(x)

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