|
|
Die kosmiese denker wat deur ’n vallende appel betower is
|
|
DIT
het alles by ’n nederige appel begin... ’n vrug wat in sy tuin uit ’n boom geval het. Vir elke
"gewone" mens sal só ’n toneeltjie so nietig wees dat hy dit
sal sien en daarvan vergeet, maar vir die skrander jong Isaac Newton was
dit ’n geweldige prikkel wat hom baie diep laat dink het. Waarom
val die appel dan aarde toe? Hoekom trek dit nie in die lug op of sywaarts
nie? Watter vreemde krag veroorsaak dat dit uit die boom val en nie daar
bly hang selfs wanneer dit van die boom af losbreek nie? Trouens, hoekom
bly ek en jy aardgebonde en kan ons nie sommerso wegvlieg die ruimte in
nie? En,
ewe belangrik, waarom wentel die maan om die aarde en slaan hy nie bloot
’n wilde koers in tussen die ontelbare sfere van heelal nie? Newton het
gereken hy ken die antwoord... SIR ISAAC NEWTON (1642-1727) was ’n Engelse wetenskaplike en wiskundige. Hy het die eerste lewenslig in Woolsthorpe, Lincolnshire, aanskou en is gebore nadat sy pa oorlede was. Sy ma het spoedig weer getrou en Isaac, wat deur sy ouma grootgemaak is, het ’n eensame en ongelukkige kindertyd gehad. In 1661 is hy egter na die Universiteit van Cambridge—waar ’n heeltemal nuwe lewe op hom gewag het. Dit
was omstreeks in die middel van die 1660’s dat die val van daardie
geskiedkundige appel sy gedagtes in ’n koers gestuur wat tot sy
Universele Wet van Swaartekrag gelei het. Dit is egter nie die enigste
wetenskaplike bevinding waarvoor hy tot vandag toe geëer word nie. Newton
het boonop die aard van lig bestudeer en bevind dat wit lig uit al die
kleure van die spektrum saamgestel is—kleure wat deur ’n glasprisma
van mekaar geskei kan word. Hy
het in 1669 professor in wiskunde aan Cambridge geword. Sy hele teorie oor
swaartekrag het hy in 1687 in sy beroemde Latynse boek Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica (Wiskundige Grondbeginsels van
Natuurlike Filosofie) saamgevat. Daarin het hy sy wet van
swaartekrag en sy drie wette van beweging beskryf. Newton
was baie lief vir wiskunde. Hy het ook sy kennis daarvan gebruik om
berekeninge te maak van dinge wat hy in die natuur opgemerk het en wou
verklaar. Hy het hom in verskillende natuurverskynsels verdiep, onder meer
’n komeet, die bewegings van die planete en die ligkringe om die maan. As
student was hy goed op stryk met sy studies toe die pes in 1664 in Cambridge
uitbreek, die universiteit gesluit word en hy en al die ander studente
verplig word om huis toe te gaan. Die universiteit bly langer as ’n jaar
lank toe, wat Newton met baie tyd laat om oor die natuur en allerhande
natuurverskynsels te peins. En toe, op ’n dag, sien hy die appel wat
grond toe val... Lank
voor Newton het mense al geredeneer dat appels en ander dinge
grond toe tuimel omdat die aarde hulle aantrek. Maar Newton is juis
aan die wonder oor ’n ander eienaardigheid. Watter krag, vra hy homself
af, is dit wat die maan in sy baan vashou en keer dat hy die ruimte
inskiet, weg van die aarde af? Terwyl
hy nog besig is om daaroor na te dink, bemerk hy die vallende appel en
verbind hy dit met sy bepeinsings oor die maan. Hoe ver in die lug op,
mymer hy, strek die krag wat die appel nou net laat val het? Sou dit nie
dalk so hoog wees dat dit tot by die maan en nog hoër reik nie? En só
begin Newton vermoed dat die kragte wat die maan in sy baan hou eintlik
maar dieselfde bekende swaartekrag is wat voorwerpe grond toe laat val. Nou
kan dit nie meer net by die maan en die appel bly nie. Hoe meer hy met
homself oor die natuur en veral oor die sterrehemei redeneer, des te meer
gevalle van swaartekrag vermoed hy.
Die son oefen krag uit op die planete, die komete en meteore, die
planete op mekaar en elkeen op sy mane (as die betrokke planeet wel mane
het), bevind hy. Wat meer sê, Newton bereken dat enige twee liggame in
die ganse materiële geskape werklikheid ’n aantrekkingskrag op mekaar
uitoefen—selfs jy en, sê, ’n dolende stuk ruimterots miljoene ligjare van jou af.
Hierdie
wet beheers die bewegings van alle hemelliggame. Die grootte van die krag
hang af van hoeveel materie die hemelliggame bevat en hoe ver hulle van
mekaar is. Hoe meer materie hulle bevat, hoe groter is die krag wat hulle
op mekaar uitoefen. Hoe verder hulle weer van mekaar is, des te kleiner
is die krag, en as die afstand verdubbel word, word die krag ’n kwart
so groot. Nou
kan ’n mens wel vra: As elke ding wat bestaan elke ander ding met so
’n krag aantrek, en as die hele wêreld dus so aanmekaar gehou word deur
ontelbare onsigbare drade van krag wat gespan is tussen elke voorwerp en
’n ander een, waarom het mense nie lank voor Newton reeds hierdie
"kragdraadjies" ontdek nie? Die
antwoord lê eintlik voor die hand. Die aantrekkingskragte tussen gewone
voorwerpe is maar baie klein, in der waarheid totaal nietig in vergelyking
met die aarde se aantrekkingskrag. As ons byvoorbeeld twee ronde loodballe
van, sê, vier tot vyf kilogram elk sowat dertig sentimeter van mekaar sou
plaas, dan is die aantrekkingskrag wat hulle op mekaar uitoefen, een
drieduisend-miljoenste van die aarde se krag op elkeen. ’n
Baie fyn apparaat is nodig om só ’n klein kraggie te meet—en só
iets het natuurlik nie in Newton se tyd bestaan nie. Dis maar eers in die
afgelope aantal dekades dat die klein aantrekkingskragte tussen swaar
voorwerpe gemeet kon word. VIR
Newton het dit nie by swaartekrag gebly nie, maar ander natuurverskynsels
het hom ook gefassineer, veral lig. Hy het lense en spieëls vir teleskope
geslyp sodat hy met lig kon eksperimenteer. Sy groot ontdekking oor lig
was dat sonlig deur middel van ’n glasprisma in al die kleure van die reënboog
geskei kan word. In
’n donker kamer het hy sonlig deur ’n klein gaatjie van buite af laat
inskyn. Hy het ’n glasprisma by die gaatjie het gehou en toe sien hy die
merkwaardige resultaat: pleks van ’n ligkolletjie op die muur was daar
’n lang streep in die kleure van die reënboog.
Foto: NASA Die
jong Newton se briljante prestasies op universiteit het nie ongesiens
verbygegaan nie. Trouens, dit het sy leermeester en professor in wiskunde,
ene dr. Bairow, só geïmponeer dat hy in 1669 besluit het om vir sy
leerling plek te maak. Newton was toe maar net 26 jaar oud. Nog
’n onderskeiding vir Newton was toe hy in 1772 tot “Fellow of the
Royal Society” gekies is, die hoogste eerbetoon vir ’n Britse
wetenskaplike. NEWTON
was ’n beskeie mens, wat selfgenoegsaam en in stilte voortgewerk het en
blykbaar nooit van plan was om sy belangrike bevindings oor swaartekrag wêreldkundig
te maak nie. Dit kon dalk selfs saam met hom graf toe gegaan, en miskien
vir altyd vir die geleerde wêreld verborge gebly het, as die Engelse
sterrekundige Edmund Halley nie heel toevallig daarvan verneem het nie. Halley
(einste hy na wie die bekende komeet genoem is) was so beïndruk toe hy te
hore kom wat Newton alles op die gebied van die sterrekunde vermag het,
dat hy hom oortuig het om dit te boek te stel. Die gevolg was Newton se
beroemde boek, die Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
(Wiskundige
Grondbeginsels van Natuurlike Filosofie), wat tussen die jare 1684
en 1687 ontstaan het.
Daar is vertel dat Halley alles uit Newton moes trek. Op ’n keer wou Newton glad nie verder skrywe nie, en Halley moes selfs erg soebat. Toe die “Royal Society”, wat die geld vir die druk van die boek sou voorskiet, boonop op die ou end talm om dit te doen, het Halley dit op sy eie koste laat druk. Halley het darem al sy geld teruggekry, want die boek was gou uitverkoop. Eksemplare van die boek is vandag baie duur versamelstukke. Hoewel
Newton sy boek "Grondbeginsels" genoem het, is dit selfs vir
vandag se geleerdes geen maklik verstaanbare geskrif nie. Soos alle
wetenskaplike boeke van destyds is dit in Latyn geskrywe en boonop word al
die dinge wat Newton daarin vir die eerste keer bewys het, vandag op
makliker maniere afgelei. Self
het hy op ’n hele aantal van die gevolge van sy wet van swaartekrag
gewys. Hy kon vir die eerste keer aantoon dat sekere skynbare onreëlmatighede
in die bewegings van die maan en die planete juis só is vanweë die
wet. Nog nooit het een so ’n eenvoudige wet soveel natuurraaisels
verklaar nie. Newton self kon nie toepassings van sy wet ten volle uitput
nie. Selfs in ons tyd sou sterrekundiges, drie eeue later, steeds besig
wees om nuwe toepassings van die wet te vind. Newton
se drie wette van beweging
DIE
verskynsel van beweging het reeds die antieke Grieke verbyster en selfs
die befaamde Aristoteles kon dit nie op ’n aanvaarbare manier verklaar
nie. Eeue later was die groot Italiaanse fisikus en sterrekundige
Galileo
Galilei (1564-1642) een van die eerste wetenskaplikes wat die
grondbeginsels van beweging begryp het. Dit was egter Newton wat hierdie
beginsels uiteindelik in die vorm van drie natuurwetenskaplike wette
uiteengesit het—wat vandag steeds as Newton se Wette van Beweging
bekend staan.
Die Eerste Wet van Beweging• DAAR
word baiemaal ook na hierdie wet verwys as die Wet van Traagheid. Dit gaan
oor die neiging van ’n liggaam om op dieselfde plek te bly, ’n neiging
wat toeneem hoe groter die massa van die liggaam is. Ons ken almal die
verskynsel baie goed: hoe groter die massa van ’n liggaam is, hoe meer
krag het ons nodig om dit op te lig of te beweeg. Om ’n liggaam te
beweeg is krag nodig, want as geen krag op ’n liggaam uitgeoefen word
nie, bly dit óf in ’n toestand van rus óf (in die geval van bewegende
liggame) die snelheid en bewegingsrigting bly konstant.
Die Tweede Wet van Beweging • DIE
versnelling wat ’n liggaam ondergaan is, volgens hierdie wet, regstreeks
eweredig met die krag wat daarop uitgeoefen word en die beweging vind in
die rigting van die krag plaas. Met, sê maar, twee metaalballe waarvan
die een dubbel so swaar as die ander is, moet jy dubbel soveel krag op die
swaarder bal uitoefen om die twee balle met dieselfde versnelling oor ’n
gelyk oppervlak te laat rol. Dieselfde geld as ’n mens ’n voorwerp
gooi: hoe groter die massa van ’n klip is, hoe meer krag is nodig om dit
net so ver as ’n ligte klippie te gooi.
Die Derde Wet van Beweging • VAN
hierdie wet is ons moontlik die minste bewus en tog vorm dit die
grondslag van talle alledaagse verskynsels. Daarom is dit een van die
belangrikste grondbeginsels van die fisika. Dit lui: Die kragte wat twee
liggame op mekaar uitoefen, is steeds ewe groot, maar teenoorgesteld
gerig. Kom ons verklaar dit aan die hand van ’n paar voorbeelde. Gestel
ons het ’n glasplaat waarvan die oppervlak absoluut gelyk is. Op die
glasplaat staan twee speelgoedkarretjies. Hulle is ewe groot en het
dieselfde massa. Plaas nou ’n spiraalveer tussen die karretjies en
verbind die veer en die motortjies op só ’n manier met ’n garedraad
dat die veer saamgedruk is, d.w.s. onder spanning verkeer. Brand die
garedraad met ’n vuurhoutjie af en kyk wat gebeur: altwee motortjies
beweeg met dieselfde snelheid van mekaar af weg en kom ewe ver van die
beginpunt tot stilstand. Wat
het gebeur? Sodra die garedraad afgebrand is, oefen die veer ’n krag
op die motortjie aan, sê, die regterkant uit. Vanweë sy traagheid begin
beweeg hy stadig en oefen op sy beurt deur die veer ’n krag op die
motortjie aan die linkerkant uit. Hierdie krag is die reaksie van die
motortjie aan die regterkant op die druk van die veer. Aangesien die
motortjie aan die linkerkant net soveel weerstand teen beweging bied as
die motortjie aan die regterkant, beweeg hy net so vinnig en oefen hy deur
die veer dieselfde reaksie op die motortjie aan die regterkant uit. Kom
ons kyk wat gebeur as ons die eksperiment ’n klein bietjie wysig. Gestel
ons neem die motortjie aan die regterkant heeltemal weg en verbind nou die
veer op so ’n manier met ’n garedraad dat die veer styf gespan is.
As ons nou die garedraad afbrand, ontspan die veer onmiddellik na regs,
aangesien daar aan dié kant geen weerstand is nie. Die motortjie aan die
linkerkant beweeg glad nie. Aangesien die veer geen trae liggaam aan die
regterkant teëgekom het waarop dit ’n aksie kon uitoefen nie, kan daar
nou ook geen sprake wees van ’n reaksie op die motortjie aan die
linkerkant nie, en daar werk dus geen krag daarop in nie. Daarom
word die Derde Wet van Beweging ook die beginsel van aksie en reaksie
genoem. Soos reeds gesê, lui dit soos volg:
Die
kragte wat twee liggame op mekaar uitoefen, is steeds ewe groot, maar
teenoorgesteld gerig. Die
Derde Wet van Beweging word uitstekend geïllustreer deur ’n
toutrekwedstryd. Wanneer twee min of meer ewe sterk toutrekspanne teen
mekaar meeding, staan die tou die meeste van die tyd doodstil, want die
krag wat die twee spanne op die tou uitoefen, is ewe groot en teenoorgesteld
gerig. As span A ’n bietjie sterker begin trek, moet span B ook
sterker trek—om te verseker dat die reaksie (span B) gelyk bly aan die
aksie (span A). ’n
Verdere voorbeeld van hierdie verskynsel waarmee ons elke dag te doen kry,
is die vashou van ’n voorwerp met die hand. Die aksie is in dié geval
die swaartekrag van die aarde, wat probeer om die voorwerp in die
rigting van die middelpunt van die aarde te versnel. Om dit te voorkom,
moet ons ’n teenkrag of reaksie daarstel. Ons hou dus instinktief die
voorwerp op so ’n manier vas dat die reaksie net so sterk is as die
aksie, met die gevolg dat die swaartekrag opgehef word. Dikwels word ’n onderlaag gebruik om die taak van die hand te verrig, byvoorbeeld ’n tafel, ’n stoel of die plankvloer van ’n vertrek. Dan kan dit natuurlik gebeur dat die Derde Wet van Newton nie bevredig word nie, soos wanneer ’n stoel te swak is om die swaar man te dra wat daarop gaan sit. In dié geval is die aksie nie langer gelyk aan die reaksie nie, aangesien die onderlaag (stoel) nie in staat is om die nodige reaksiekrag te lewer nie. En
daar val mnr. De Groot! NEWTON is op 31 Maart 1727 in Londen oorlede en in die Westminster-abdy begrawe, ’n ryk en gesiene lid van die samelewing wat hom, benewens as wetenskaplike, ook as meester van die munt onderskei het. In hierdie rol het hy die Engelse muntstelsel hervorm. Hy het ook twee termyne lank die Universiteit van Cambridge in die Britse Laerhuis verteenwoordig. In 1705 is hy tot ridder geslaan. Die digter Alexander Pope het die beskouing van Newton deur sy tydgenote in die volgende koeplet opgesom:
Newton se eie siening van homself was meer beskeie: "Dit lyk of ek slegs soos ’n seun was wat op die seestrand speel en my nou en dan vermaak deur ’n gladder klippie of ’n mooier skulp as die gewone te vind, terwyl die groot Oseaan van Waarheid heeltemal onontdek voor my lê."
HOOFBRONNE: ALLE GRAFIKA IN DIE ARTIKEL IS OPENBARE BESIT, MEESTAL VANWEë DIE VERVAL VAN KOPIEREG WEENS OUDERDOM (“PUBLIC DOMAIN / OLD”) |
REGS: ’n Jong Newton kyk na ’n vallende appel en begin wonder...
(Hoewel navorsers self wonder of die voorval van die appel werklik so
gebeur het soos altyd vertel word, lyk dit tog of daar waarheid in kan steek. Maar dat die
appel op sy kop sou geval het, word as ’n blote versinsel van
spotprenttekenaars afgemaak!)
N
REGS:
Die titelblad van die eerste uitgawe van Newton se beroemde boek. Soos
alle wetenskaplike boeke van destyds is dit in Latyn geskrywe, wat dit
des te moeiliker gemaak het om te begryp.