物体的惯性课外拓展.docx
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物体的惯性课外拓展
稳度
建筑物、工厂的烟囱、书橱等都是在重力和支持力作用下保持静止的，它们都处于平衡状态．这些物体和支承物间的接触面叫做支面．
有支面的物体在什么条件下才能处于平衡状态呢？
一、稳度的概念
在平板上放着一个金属圆柱框架，在框架的重心处悬挂一根重垂线．在平板倾斜的时候（图1），只要重垂线通过支面，圆柱框架总是处于平衡状态的；重垂线不通过支面时，圆柱框架就要倾倒，就不能保持平衡了．
实验表明受到重力和支持力作用的有支面的物体，如果处于平衡状态，它的重力作用线必须通过支面．为了防止著名的意大利比萨斜塔倾斜程度逐年增大，目前正采取加固措施，使它的重力作用线仍通过支面，以确保斜塔屹立不倒．
将一个空玻璃瓶按图2的两种方法放在桌面上，玻璃瓶的重力作用线都通过支面，所以玻璃瓶都可以保持平衡．但是瓶口向上的玻璃瓶不易倾倒，稳定程度好；瓶口向下的玻璃瓶容易倾倒，稳定程度差．
物体的稳定程度叫做稳度．
二、影响物体稳度的因素
将两个高度相同（重心离支面的高度相同），支面不同的均匀木圆柱体放在一块平板上（图3），缓缓抬起平板的一端，可以发现，支面小的圆柱体比支面大的先翻倒．表明物体的支面越大，稳度越大．
将两个支面相同，高度不同（重心离支面的高度不同）的均匀木圆柱体放在一块平板上（图4）．缓缓抬起平板的一端，可以发现，重心高的那个圆柱体比重心低的先翻倒．表明物体的重心越低，稳度越大．
大量实验表明：
处于平衡状态的物体，支面越大、重心越低，稳度越大．
三、增大稳度的实际意义
我们周围的建筑物、工厂的机器设备、车辆等运输工具、家庭中的家具和物品等，放置时都要考虑稳度的大小，研究物体的稳度在生产和生活中是很有意义的．
为了增大物体的稳度，有时采用降低重心的办法．例如，装运货物时，要把重的货物装在下面，轻的装在上面；图5中的厚底玻璃杯、图6中压有铁板的扬谷风扇等都是降低重心的例子．有时采用增大支面的办法．例如，高大建筑物、古塔的底层基础做得很大；图7中的三脚架、图8中的人字梯、图9中的电视塔等都是增大支面的例子．一般情况下采用既降低重心，又增大支面的办法来增大物体的稳度．例如落地风扇的底座做得既重又大；图10中的铁架台、图11中的双杠、图12中的赛车等都是既降低重心又增大支面的例子．
物体的稳度大，稳定性能就好．但在科研和生产实践中也常用稳度小的物体有“一触即倒”的特性，来解决一些实际问题．
伽利略近代物理学之父
在近代科学的开创者行列里，伽利略最为突出，是他创造并示范了新的科学实验传统，以追究事物之量的数学关系为目标的研究纲领，以及将实验与数学相结合的科学方法．正是他的工作将近代物理学乃至近代科学引上了历史的舞台．
伽利略·伽利莱1564年2月15日生于意大利的比萨，文艺复兴时期著名的艺术家米开朗其罗是在他出世后三天逝世的，这也许是文艺复兴由艺术转入科学的一种征兆．伽利略是他的名字，据说将姓氏略作变化作为长子的姓名是当地的一个风俗．伽利略的父亲文森西奥·伽利莱是当时一位著名的音乐家和数学家，他的学术研究对伽利略有很大的影响，但他希望儿子学医而不是数学，因为这样会有一个好的收入．1581年，伽利略被送进比萨大学学习医学，1583年，由于听了几次关于欧几里德几何学的演讲，伽利略很快对数学着迷，他执意不学习医学，结果未取得学位就于1585年离开了比萨大学．
伽利略倾心研究欧几里德几何学和阿基米德的物理学，很快声名远扬，朋友们都称他为“新时代的阿基米德”．1589年，伽利略获得了比萨大学数学教授的职位，三年后，转到帕多瓦大学，在这里度过了十八年比较稳定的生活，1610年又回到佛罗伦萨，继续从事他的物理学和天文学研究．由于望远镜的使用，使伽利略明确表示赞同哥白尼体系，结果引起麻烦．1624至1630年间，伽利略断断续续地写作他的著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，该书出版也颇费周折，最终于1632年问世，但很快就遭到罗马教会的传讯．1633年，教会因该对话判处他终身监禁，此后一直受监视住在佛罗伦萨城外阿切特里的一幢别墅里，在这里，伽利略继续他的力学研究．从1634年开始，他致力于撰写另一部著作——《两门新科学》，书稿于1637年最终完成后，找不到地方出版，因为罗马教廷裁决任何人不得出版伽利略的任何著作．最后，在朋友们的帮助下，该书于1638年在荷兰的莱顿出版．此时的伽利略已经双目失明，一位青年数学家维维安尼来到伽利略的别墅，为他处理日常事务，并记录了伽利略口述的一些生平佚事．1642年1月9日，伽利略在阿切特里的别墅里安然去世．次年牛顿出生．
伽利略1610年以前的早期工作主要是有关动力学的．可能是受父亲的影响，伽利略对物理实验十分着迷．传说他还是比萨大学的医科学生的时候，有一次在教堂里做礼拜，一盏吊灯的晃动引起了他的注意，因为有风，吊灯时而摆动幅度大一些，时而小一些，但是他发现，不管摆动幅度是大是小，摆动一次的时间总是相等的．当时还没有钟表之类的计时工具，伽利略用自己的脉博计时验证了自己的发现，回到家后，他又亲自动手做了两个长度一样的摆，让一个摆幅大一些，另一个小一些，结果极为准确地证实了这个发现．这个传说一般来说是靠不住的，已经考证出，比萨教堂的这盏灯是1587年制造的，而此时伽利略已经离开了比萨．但是，在1602年的一封信中，伽利略的确提到过单摆实验．在以后的研究生涯中，伽利略一直保持着对实验的兴趣，他自己设计了不少科学仪器，其中包括测温器（1593年）、比重秤（1586年），望远镜当然是其中最为重要的．
还是一个比萨大学学生的时候，伽利略就对亚里士多德的运动理论深表怀疑．亚里士多德认为，在落体运动中，重的物体先于轻的物体落到地面，而且速度与重量成正比．这种看法在经验中确实可以找到证据，比如一根羽毛就比一块石头后落到地面，但是也不难找到反例，比如一个同样大小的铁球和木球从等高处下落，几乎无法区分哪一个先落下．伽利略晚年的学生维维安尼曾经在他写的伽利略传记中提到，伽利略在比萨斜塔上做过落体实验，证实了所有物体均同时下落，这成了这一著名历史传闻的根源．但历史学家考证，没有任何理由表明伽利略做过这一实验，因为伽利略本人从未提起过．但是此前类似的实验已有人做过，1586年，荷兰物理学家斯台文用两个大小不同重量比为1比10的铅球，让它们从高30英尺的高度下落，结果两者几乎同时落在地面上的木板上，围观者可以清晰地听到两个铅球撞击木板时发出的声音．伽利略后来听说了这一实验，可能也亲自动手做过，但这种实验由于有空气阻力不太准确，而且真的做起来，结果不一定对伽利略有利．事实是，一位亚里士多德派的物理学家为了反驳伽利略，真的于1612年在比萨斜塔做了一个实验，结果表明，相同材料但重量不同的物体并不是在同一时刻到达地面的，伽利略在《两门新科学》中对此有一个辨护，意思是说，重量1比10的两个物体下落时只差很小的距离，可是亚里士多德却说差10倍，为什么忽视亚里士多德如此重大的失误却盯住我小小的误差不放呢？
这就表明伽利略并没有在比萨斜塔上做过传说的那个著名的判决性实验．
解释摆的等时性是伽利略设计斜面实验的一个主要的动机，为什么不论摆幅多大，摆动一个周期的时间总是相等的，是什么使得它自动调节自己的速度？
这真是一个令人着迷的问题．伽利略敏锐地感觉到单摆问题与自由落体问题有内在的联系，它们都是由于物体的重量造成的．他首先想到将单摆问题化为斜面问题，这相当于将摆弧的曲线化为斜面的直线来处理，斜面的倾角越大相当于摆幅越大，而斜面的倾角达到90度时，物体就成了自由落体．从1602年开始，伽利略着手研究这些相关的运动问题．1604年，伽利略设计了斜面实验，经过许多次努力之后，终于探清了在斜面上滚动的铜球的运动情况．他所面临的困难主要是没有准确的计时装置，先是用脉搏，再是用音乐节拍，最后用水钟．他先发现球滚过全程四分之一所花的时间，正是滚过全程所花时间的一半，最后更为精确地知道，在斜面上下落物体的下落距离同所用时间的平方成正比，这就是著名的落体定律．这个定律表明，落体下落的时间与物体重量无关．
伽利略面临的另一个更为主要的困难是概念上的，当时人们连速度的定量定义都没有．起初，伽利略虽然发现了落体定律但还是错误地以为速度与距离成正比，直到后来才认识到速度与时间成正比．因此，对伽利略来说，必须首先建立匀速运动和匀加速运动的定量概念．在《两门新科学》中，这样的概念终于以公理的形式被创造出来了：
“匀速运动是指运动质点在任何相等的时间间隔里经过的距离也相等．”“匀加速运动是指运动质点在相等的时间间隔里获得相等的速率增量”．有了这两个新的概念，从斜面实验中可以获得更多的教益．当铜球从斜面上滚下后继续延着桌面滚动，这时斜度为零重力的作用为零，不再有加速度，球就会永远保持它的匀速运动．这意味着，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因，这是对亚里士多德运动观念的重大变革．牛顿后来将之概括为运动第一和第二定律．
有了匀速运动和匀加速运动的概念，解释抛物体的运动就变得极为容易．此前人们都相信，抛射体在发射后沿直线运动，等到推力耗尽才垂直下落．伽利略引入了合成速度的概念，将抛物运动分解为水平的匀速运动和垂直方向的匀加速运动，证明了意大利数学家塔尔塔利亚（1499�1557年）早期的一个发现：
抛物体的仰角为45度时，射程最远．
伽利略在力学上的一系列开创性工作，使他在捍卫哥白尼学说方面处于一个十分优越的位置．实际上，伽利略早期并不是一个哥白尼学说的信奉者（据他与开普勒的通信讲，他直到1597年才相信哥白尼理论，但即使从这时起他也对哥白尼体系保持很久的沉默），但他一直是亚里士多德自然哲学理论包括宇宙理论的怀疑和反对者．1604年10月，天空出现了一颗超新星，亚里士多德派的自然哲学家们还是辩解说，这颗新星是某种静止的、没有彗尾的彗星，而彗星只是月下天的大气现象，而不是天界的变化，因为按照亚里士多德的理论，天界是纯净、没有变化的．实际上，早在1572年第谷就已经证明当时出现的一颗新星是一颗恒星．这一次，伽利略又以精确的测量证明它不是月下天的物体，而确实是一颗恒星，结果引起了与哲学家们的争论．
1608年，荷兰的眼镜匠利帕希（1570�1619年）造出了第一架望远镜．事情是极为偶然的，他的一个学徒没事干时拿两个透镜片在眼前对着看，结果发现远处的物体变得近在眼前而且清晰，学徒将这件怪事告诉了利帕希，利帕希经试验证明确实有这种效果，他就将两个透镜片装在筒里，制成了人类历史上第一架望远镜．他将这架望远镜卖给了荷兰政府，荷兰政府意识到这种新玩意儿在战争中可能会有用途，故而保密，但消息还是传出去了．第二年（1609年），伽利略就从荷兰的朋友那里知道了这种新仪器，他立即动手制作了一架，并且不断改进，于12月造出一架放大20倍的望远镜．
用这架望远镜，伽利略首先发现了月亮上的山脉和火山口，次年（1610年）1月，又发现了木星的四颗卫星．这一发现对于支持哥白尼学说具有重大的意义．托勒密学说的维护者们有一个很强的理由，他们说只有地球才可能有天体绕着转动，因为这些天体是地球的仆从．3月，伽利略将他的新发现写成了《星界的报告》一书，在书中报告了他用望远镜观察到的新天象：
月亮并不像亚里士多德所说的那样完美无缺；木星有四颗卫星，它们绕木星而不是绕地球转动；银河是由大量恒星组成的．《星界的报告》在知识界引起了巨大的反响，人们争相传诵：
“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙．”哥白尼学说一下子深入人心．但大多数传统的哲学家和天文学家对望远镜里的看到的现象持嘲笑的态度，认为那是伽利略弄虚作假，许多顽固的学者甚至拒绝用望远镜看天空．只有开普勒例外，他当时是德国皇家天文学家，公开撰文承认伽利略的发现是真实的．此后，他使用伽利略送来的望远镜亲自进行了观察，再一次写文章证实木星卫星的存在．当时伽利略与开普勒一直有友好的通信关系，在一封信中，伽利略这样写道：
“哦，我亲爱的开普勒，我多么希望我们能在一起开怀大笑！
在帕多瓦这地方，有一位重要的哲学教授，我一再急切地请求他用我的望远镜看看月亮和行星，他固执地拒绝了．为什么你不在这里？
对这种极顶的傻事我们将笑痛肚子！
要是听听比萨的这个哲学教授在大众面前所作的逻辑论证，似乎是魔术的符咒变出了天空中的新行星．”
1612年，伽利略用望远镜观察太阳，发现了太阳黑子，并且从黑子的缓慢移动推断太阳是在自转，周期为25天．次年，他将这些发现写在《关于太阳黑子的信札》一书中，书中还谈到了木星卫星的食问题．由于这些新的天文发现，使伽利略陷入长期的论战之中，教会的介入使他面临更大的压力．1616年，伽利略一本依据地球运动论述潮汐成因的书被教会谴责．书中，他明确主张太阳是宇宙的中心，而地球作周日和周年运动．宗教法庭委托的一个委员会裁决说：
“大家一致认为，根据《圣经》经文和神父、神学博士的一般解释，‘太阳是宇宙的中心’这个命题在哲学上是愚蠢和荒谬的，它在许多地方与《圣经》所表达的意见相抵触，因此在形式上是异端；大家一致认为：
‘地球既非宇宙中心也非不动，而是作周日和周年运动．’这个命题在哲学上也是愚蠢和荒谬的，考虑到神学的真实性，它至少在信仰上是错误的．”教会让贝拉明主教转告伽利略不得再坚持、辩护或讲授这些观点，否则，教会将公开勒令他不得如此．
1623年，伽利略发表《试金者》一书，对当时学术界的治学态度和方法作了入木三分的评论，他批评了以权威而不是事实作为最终论据的作法．此外，他更发表了近代自然数学化运动的宣言，阐述了近代机械自然观的基本立场：
“哲学被写在宇宙这部永远在我们眼前打开着的大书上，我们只有学会并熟悉它的书写语言和符号以后，才能读懂这本书．它是用数学语言写成的，字母是三角形、圆以及其它几何图形，没有这些，人类连一个字也读不懂．”
1624年，乌尔班八世当上了教皇，由于他是佛罗伦萨人而且对伽利略比较赞赏，所以伽利略拜访了他．乌尔班八世表示，只要说明地球运动只是一个资用假设，并无物理根据，运用它来解释一些现象还是可以的．听信了新教皇的话，伽利略开始撰写他的新著，历时六年直到1630年终于完成．伽利略原来准备将之命名为“关于潮汐的对话”，但教会反对，因为这强调了对地球运动进行物理学论证，所以最后改名为《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》．
这部科学史上伟大的著作采用对话体，因为当时对话体被广泛用于对普通民众进行教育的书籍中．此外，如果其中的观点受到谴责，作者也可以为自己开脱．书是用生动的意大利文写的，为的是使更多的意大利人读懂而不只是为拉丁学者而写．书中有三个人参与对话：
萨尔维阿蒂是伽利略的代言人，古代著名的亚里士多德注释者辛普里丘作为亚里士多德派学者出现，风趣而又无偏见的第三者是沙格列陀．对话分四天进行，第一天批评了亚里士多德自然哲学的基本原则，还讨论了月亮表面的地貌特征；第二天以运动的相对性，反驳了对地球自转的责难；第三天讨论了地球绕太阳的公转；第四天用地球的运动解释潮汐．伽利略的解释虽然是不正确的，但以此强调地球的运动却完全正确，因为要正确解释潮汐就必须首先承认地球的运动，虽然地球的运动尚不足以说明潮汐．
该书第三天的讨论只字没有提到开普勒的行星运动理论，这是令人感到惋惜的，行星的椭圆轨道没有为伽利略采纳．实际上，伽利略一直没有能将他创造的新力学运用到天体运动中，他还是相信天体作完美的正圆运动，惯性运动只是在局部地域才是可能的，天体并不作惯性运动．将天上的力学与地上的力学相统一是牛顿的工作．
《对话》于1632年3月获准出版，8月教会突然下令禁书而且传讯伽利略，次年2月伽利略来到了罗马，3月12日受到审判．伽利略为自己作了一些辩护，但无济于事．6月22日法庭判他终身监禁．据说在宣判之后，这位70岁的老人喃喃自语：
“可是，地球仍在转动呀！
”但这可能只是当时进步人士假托的心声．
被软禁后，伽利略继续早期从事的力学研究，于1637年写出了《两门新科学》，该书次年在荷兰出版．所谓两门新科学指的是材料力学和运动力学．关于第一门新科学，伽利略在书中提出物体的支掌能力不能依几何比例予以放大，例如，一只鹿如果按比例胀成大象那么大，那么它的腿肯定支撑不住自身的重量，一只小狗能背负两三只同自己一样重的狗，而马却很难驮动另一匹马．后一门新科学，就是他自己早年对落体运动研究的一种系统化．速度和加速度的概念、惯性的概念，就是在这本书中以公理的形式提出的．
爱因斯坦评论说：
“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端．”这个评价是十分恰当的．1979年，罗马教皇保罗二世提出为伽利略平反，1980年正式宣布当年教会压制伽利略的意见是错误的，虽然事隔了三百多年，但终究表明了真理是不可战胜的．
伽利略所开创的近代物理学奠基于当时一大批其他物理学家的工作．前面提到，早在伽利略之前斯台文就在静力学中做出了重要的贡献．西蒙·斯台文1548年生于比利时的布鲁日．据说他早先是当地的税务官，后来进荷兰的莱顿大学任教，他曾经为荷兰军队设计了一套堤堰的水闸系统，这套系统可以在敌人入侵时将全国淹没．
伽利略的理想实验
亚里士多德提出的必须有力作用在物体上物体才能运动，没有力的作用物体就要停下来的看法，在历史上延续了两千多年。
意大利的物理学家、天文学家伽利略最早对亚时士多德的观点提出了不同的看法。
他提出了一个理想实验：
如果在没有摩擦的情况下，让小球从斜面h高处由静止滑下，由于没有摩擦，小球将滚上右侧斜面相同的高度h（如图9-1-1a面）；如果减小右侧斜面的坡度，让小球仍从h高度滚下后，小球仍到达右侧斜面的同样高度h，只是小球在这个斜面上所通过的距离将长一些（如图b面）。
推理：
若将右侧的斜面与水平面的夹角进一步减小，则小球都应到达原来的高度，但是所通过的距离将更长。
如果右侧斜面与水平面的夹角变为零（如图c、d面），则由于小球总要到原有高度将沿水平面永远运动下去。
这就是伽利略的理想实验，伽利略由此实验总结出“物体的运动不需要力来维持的结论”。
这一规律是从实验事实出发经过深刻的推理思维得到的，这是一种很重要的科学认识方法。
伽利略的研究，对以后牛顿归纳、总结牛顿第一定律提供了重要的理论基础。
牛顿和他对科学的贡献
牛顿是一位极富传奇色彩的科学家，他的出生甚至就带有传奇性．1643年1月4日，牛顿在英国英格兰的林肯郡的偏僻农村——乌耳索浦的一个农民家里出生了．英国著名诗人波普有一句诗说道：
“自然和自然的规律隐藏在黑夜之中，上帝说‘牛顿降生吧！
’”．牛顿的父亲在结婚后仅几个月就去世了，留下了怀胎仅3个月的牛顿．牛顿出生时才3磅（1磅=0.907市斤）．接生婆说，我简直可以把他塞到奶瓶子里去．她没有料到他能够活下来，更没有料到他能够活到85岁高龄，而且是世上出类拔萃的科学家．
牛顿几乎创立了现代物理学，从而对文明生活方式影响之深远超过一些国家的兴衰存亡，凡是有资格作判断的人都一致认为，牛顿是人类历史上曾出现的极少数几个超天才之一．但他在人生的道路上却历尽艰辛．
牛顿3岁时，他的母亲改嫁给一个叫巴顿的牧师，从此牛顿就由外祖母抚养，和表兄妹一处长大．由于环境的影响，他从小就养成沉默寡言的性格．12岁进中学，开始成绩并不突出，但他喜欢动手做玩具．巴顿去世后，他的母亲领了两个妹妹和一个弟弟回到家．为生活所困的母亲希望他能放牧耕种，因此14岁的牛顿便停学在家．
1661年，在舅舅和中学校长的支持下，牛顿考进了世界上著名的大学——剑桥大学三一学院．1665年，牛顿毕业后被留在学校里．这一年的6月，鼠疫流行，学校关门，牛顿回到家里．回家这两年，他才智横溢，风华正茂，作出了人类思想史上无与伦比的发现：
指数为负数和分数的二项式级数；微分学和积分学；作为了解太阳系钥匙的万有引力定律的萌芽；用三棱镜把白光分解为可见光谱，借此解释彩虹的由来．1667年3月，他回校当了巴罗教授的研究生，他的老师巴罗是这样明确无误地认清了他那独一无二的才能，竟使他在1669年毅然辞去他的教授职位而让给他的学生（这在学术界是空前绝后之举！
）．此后27年间就安身立命于剑桥大学．
1684年8月，牛顿的同学哈雷（即哈雷彗星的发现者）在研究天体运动时对天体的椭圆形轨道的结果无法解释，发觉牛顿早已解决了这个问题．但却找不到这个手稿．哈雷资助了出版费用，1687年7月出版了《自然哲学的数学原理》（以下简称《原理》）．这本被誉为影响世界的十本书之一的科学巨著，在科学史上享有极高的威望，它标志着经典物理学建立．牛顿胜利完成了哥白尼、开普勒和伽利略所开创的学说，这一胜利是如此的全面，以致使此后200年间，这一领域内最伟大科学家的工作，相形之下，显得只不过是这部巨著的一些脚注．由于他使用语言的讳涩难懂，《原理》一书成为物理学上的一席盛宴，他的后继者只能慢慢地勉为其难地加以消化．
麻烦终于发生了，首先，在万有引力定律的发现权上，与皇家学会的创始人之一的胡克发生了激烈的争论．最后还是牛顿作出了让步，答应在第三卷之后将胡克与别人一起提了一下．紧接着在微积分的发明权上又与德国的莱布尼兹发生了争论．公正地说，他们是各自独立地发明了微积分．其实，牛顿和莱布尼兹曾有过友好的书信往来，而后出于民族的偏见，在牛顿和莱布尼兹的门徒之间，展开了一场绵延100多年的无谓争论．德国人挖苦英国人，说他们不是什么科学家，只是冒牌货：
“英国人声称他们在月球上发现了一只象，而事实上，他们看到的不过是望远镜头上的一只苍绳”．
《原理》出版后的一天，牛顿独自到剑桥大学附近的一个幽静的旅馆里休息一下，但他怎么也静不下来．见到人家洗衣盆里的肥皂泡在阳光下呈现美丽的色彩，寻思着这里究竟是怎样的一个光学原理．于是，他就用麦杆吹起肥皂泡来．店主看了，颇为他婉惜：
“一位快50岁的挺体面的先生，竟疯成这样，整天在吹肥皂泡”．他很快在光学领域里取得了进展，发现包括光的色散在内的很多现象，只凭他在光学上的贡献，就可称得上是一位伟大的科学家．
他在《光和颜色的新理论》一文中提出了光的粒子性，与胡克的波动说发生了冲突，于是引起了一场大论战（这场论战持续了近300年，一直到本世纪20年代光被认为具有波粒二象性才告一段落）．
1688年，牛顿被选为议员，可是他缺少辨才．在一次关于宪政论会上，牛顿只发过一次言——要求会场中招待员关一关窗户．后来因英国的货币制度混乱，在国内外失去信用．1696年，当时任财政大臣的牛顿的同学蒙特洛请他当造币局的副局长，牛顿极尽职守，工作很有成效，1699年被提升为造币局局长．
虽然他的兴趣和环境有了这些变化，但他那无比的智力丝毫未见减退．例如，一天下午，他在造币局忙碌了一天回到家中，获悉约翰·伯努利的速降线问题——“向全世界最精明的数学家”挑战的一个问题，他在睡觉前就解了出来．而当时全世界只有4个人解出了这个题目，这就是牛顿、莱布尼兹、约翰·伯努利本人和他的哥哥雅可布·伯努利．
像牛顿这样聪明的人也有糊涂的时候，传说牛顿在盖房子时，坚持要留大小两个猫洞，好让大猫走大洞、小猫走小洞．当然，这只是个传说，不足为据．不过牛顿喜欢养猫倒是真的．由于牛顿终身未婚，猫成了他生活中不可缺少的伙伴，但猫也给他惹了不小的麻烦，1692年牛顿母亲去世使他极其痛苦．一天早晨，他为了平静一下，到剑桥大学礼拜堂做礼拜时，忘了熄灭蜡烛，可能是猫闯的祸，蜡烛翻倒后，把摆在桌上的光学、化学手稿和其他论文化为灰烬．
1703年，即胡克去世的这一年，60岁的牛顿被推选为英国皇家学会的会长．1704年他又整理出版了《光学》，在这本书的探讨部分，有这样两句话：
“物体能否从远处对光起作用，并通过这种作用使光线弯曲？
”以及“发亮的物体和光是不是可以转化呢？
”他在给一个朋友的信中有这样一句难以捉摸的话：
“根据我获得这一认识的源泉，它对我是一清二楚的，但
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