הסיפור האפוכריפי של תפוח שנופל על ראשו של סר אייזיק ניוטון הוא ככל הנראה אחד הסיפורים המפורסמים יותר על גילוי תהליך מדעי בסיסי, למרות שאין שום הוכחות שהוא נפגע מנפילה פרי. מה שנכון, עם זאת, הוא שחוקי התנועה של ניוטון עדיין נמצאים בשימוש נרחב כיום, כדי להסביר את סוגי האובייקטים והמהירות שנתקלתם בהם בחיי היומיום.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
סיפור התפוח הנופל של ניוטון הוא בעיקר אגדה - מסמכים מצביעים על כך שהוא ראה תפוח נופל, אך אין הוכחות שהוא נפגע מאחד כזה - אך למרות שזה יכול להיות נתן לו את הרעיון להבין את כוח המשיכה, המדען המוערך גילה את חוקי התנועה רק לאחר שנים רבות של לימוד מתמטיקה, פיזיקה, אופטיקה ו אַסטרוֹנוֹמִיָה.
התפוח הנופל של סר אייזק ניוטון
אולי האגדה המפורסמת ביותר בתולדות המדע היא זו של התפוח הנופל. הסיפור מספר כי אייזיק ניוטון הצעיר ישב בגינתו כשתפוח נפל על ראשו והוא לפתע העלה את תורת הכבידה שלו. הסיפור היה מוגזם מאוד לאורך השנים, אך יש הוכחה שזה קרה. בשנת 2010 פרסמה החברה המלכותית בלונדון באופן דיגיטלי את כתב היד המקורי המתאר כיצד ניוטון ראה תפוח נופל מעץ בגינה של אמו והחל לעבד את התיאוריה שלו כוח משיכה. מאמר זה נכתב על ידי בן דורו של ניוטון, וויליאם סטוקלי, ומתאר שיחה שטוקלי היה עם ניוטון, בצל עץ תפוח, על הסיבה שתפוח נופל תמיד לכיוון מרכז השטח כדור הארץ. עם זאת, אין שום עדות לכך שהתפוח נחת על ראשו של ניוטון בשום מקרה.
מי היה סר אייזק ניוטון?
סר אייזק ניוטון, יליד 1643, היה אחד המדענים המשפיעים ביותר בכל הזמנים. בהרחבתם על רעיונותיהם של מדענים פורים קודמים כמו גלילאו ואריסטו, הוא הצליח להפוך תיאוריות לפועל, ורעיונותיו הפכו לבסיס לפיזיקה המודרנית.
ניוטון פיתח את חוקי התנועה שלו בשנת 1666, כשהיה רק בן 23. בשנת 1687 הציג את החוקים בעבודתו המכוננת "Principia Mathematica Philosophiae Naturalis", בה הסביר כיצד משפיעים כוחות חיצוניים על תנועת האובייקטים.
בפיתוח שלושת החוקים שלו ניוטון פשט אובייקטים, והפחית אותם לנקודות מתמטיות ללא גודל או סיבוב כדי לאפשר לו להתעלם מגורמים כגון חיכוך, עמידות אוויר, מאפייני טמפרטורה וחומר, והתמקדות בתוצאות הניתנות להמחשה מלאה בהתייחס למסה, אורך ו זְמַן.
חוקי ניוטון מתייחסים לתנועה של עצמים במסגרת התייחסות אינרציאלית, שניתן לתאר כ- מערכת בה אובייקט נשאר במנוחה או נע במהירות לינארית קבועה אלא אם כן פועל על ידי חיצוני כוחות. ניוטון מצא כי ניתן לבטא תנועה בתוך מערכת כזו באמצעות שלושה חוקים פשוטים.
שלושת חוקי התנועה של ניוטון
1. "גוף במנוחה יישאר במנוחה, וגוף בתנועה יישאר בתנועה אלא אם כן יפעל על ידי כוח חיצוני." אם אובייקט הוא נייח, הוא לא יתחיל לנוע מעצמו. אם אובייקט נע, המהירות והכיוון שלו לא ישתנו אלא אם כן משהו גורם לו לשנות. לעיתים קרובות מכנים זאת "חוק האינרציה".
2. "הכוח הפועל על אובייקט שווה למסה של אותו אובייקט כפול התאוצה שלו." חפצים יתרחקו רחוק יותר ומהיר יותר כאשר הם נדחפים חזק יותר, וחפצים כבדים יותר זקוקים לכוח רב יותר כדי לנוע באותו מרחק כמו מצית חפצים.
3. "לכל פעולה יש תגובה שווה והפוכה." כאשר אובייקט נדחף לכיוון אחד, תמיד יש התנגדות שווה מהכיוון ההפוך. ניתן להשתמש בחוק זה כדי להסביר כיצד פועלת רקטה: המנועים החזקים שלה דוחפים מטה על הקרקע ( פעולה) וההתנגדות מהקרקע דוחפת את הרקטה כלפי מעלה בכוח שווה ( תְגוּבָה).
מה המורשת של ניוטון?
חוקי התנועות של ניוטון, שאומתו על ידי ניסויים רבים במהלך 300 השנים האחרונות, מהווים את הבסיס לענף הראשון של הפיזיקה. זו ידועה כיום כמכניקה קלאסית, חקר התנועה של עצמים עצומים, והיא הבסיס שעליו בנויים ענפים אחרים של הפיזיקה. למכניקה הקלאסית יש יישומים חשובים גם בתחומי מדע אחרים, כולל אסטרונומיה, כימיה, גאולוגיה והנדסה.