牛頓發(fā)現(xiàn)的力學三定律和萬有引力定律之后,開始繼續(xù)細細思索其中的細節(jié)。
牛頓在想:“如果地球繞太陽轉,不是真正的圓形,那就是一種橢圓,而且是一個不那么標準的變化的橢圓。”
“我應該如何細細計算這個東西呢?”想著,牛頓拿出了紙和筆,開始在紙上畫出太陽、地球和地球繞太陽轉動的橢圓軌道。
牛頓繼續(xù)陷入沉思:“如何才能知道橢圓軌道上地球所在每個地方的速度?”
牛頓看著橢圓軌道圖,知道地球在橢圓軌道上每個速度都不一樣,近地點的很快,遠地點的很慢。想求頂多只能知道地球繞太陽一圈的平均速度。
“有沒有一種可以直接計算出地球所在不同位置所對應的速度呢?做出一個隨時間或者是位置變化的速度圖?!?br/>
牛頓知道從近地點到遠地點的速度時由快變慢的,從遠地點到近地點的速度時有慢到快的,過程中總能量不會變化。
牛頓開始在圖紙上話速度隨時間變化的圖:“這個變化如何去知道?”
“受力一直也在變化,那么加速度就在變化,所以速度也在變化。只要知道受力是如何改變的,才能知道速度如何去變?!?br/>
根據(jù)自己的萬有引力定理,很容易就可以得到力學變化的結果。跟地球太陽的距離平方的反比有關系。
在此過程中,牛頓認為地球速度在發(fā)生變化,這種變化就叫它“流數(shù)”。地球流數(shù)是跟地球與太陽之間的力有關。
牛頓此刻知道,時間絕大多數(shù)的運動,都不是勻速的和簡單加速度的,而是很多變加速,就算不是不規(guī)則的,也是有很多規(guī)則的變加速運動的。牛頓此刻知道,自己需要攻克規(guī)則情況下的變加速運動成為了自己的重要任務。
牛頓畫出了一個任意曲線,望著這個曲線發(fā)呆:“如果一個物體的運動是按照這個曲線來的,如何去求每時每刻的速度?”他覺得每個函數(shù)可以切割開來,而切割的出來的一微小的長度,就是一個直線的。
牛頓拿著石頭在這個曲線上移動,心里深知這個石頭會有速度上的變化:“這種變化的差異,本質到底是什么?”
希臘的阿基米德等人也思考過這個問題,牛頓按照他們的思路繼續(xù)往下走:“如果把這個速度量無限的分下去。那前后之間的速度差異就會越來越少,甚至變成0長度的情況下,速度之間就會沒有差異了?!?br/>
牛頓眉頭緊皺:“這又是什么意思?微分成無限,速度前后差異為0?怎么會這樣?”
“這個時候就會有一個純粹的速度,也就是說,在每個點,速度差異都為0,僅僅是有一個瞬時速度?!?br/>
牛頓在圖上畫出了曲線上每個點的斜率,心里明白,所有的玄機都在曲線的斜率上。這個斜率就是運動物的純粹速度。
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