Simili argumentatione probari potest, quod si gravitas particularum Fluidi

diminuatur in triplicata ratione distantiarum a centro; & quadratorum

distantiarum SA, SB, SC, &c. reciproca (nempe SA cub. ÷ SAq., SA cub. ÷

SBq., SA cub. ÷ SCq.) sumantur in progressione Arithmetica; densitates AH,

BI, CK, &c. erunt in progressione Geometrica. Et si gravitas diminuatur in

quadruplicata ratione distantiarum, & cuborum distantiarum reciproca (puta

SA qq. ÷ SA cub., SA qq. ÷ SB cub., SA qq. ÷ SC cub.) sumantur in

progressione Arithmetica; densitates AH, BI, CK, &c. erunt in progressione

Geometrica. Et sic in infinitum. Rursus si gravitas particularum Fluidi in

omnibus distantiis eadem sit, & distantiæ sint in progressione Arithmetica,

densitates erunt in progressione Geometrica, uti Vir Cl.\ _Edmundus

Halleius_ invenit. Si gravitas sit ut distantia, & quadrata distantiarum

sint in progressione Arithmetica, densitates erunt in progressione

Geometrica. Et sic in infinitum. Hæc ita se habent ubi Fluidi compressione

condensati densitas est ut vis compressionis, vel, quod perinde est,

spatium a Fluido occupatum reciproce ut hæc vis. Fingi possunt aliæ

condensationis leges, ut quod cubus vis comprimentis sit ut

quadrato-quadratum densitatis, seu triplicata ratio Vis æqualis

quadruplicatæ rationi densitatis. Quo in casu, si gravitas est reciproce ut

quadratum distantiæ a centro, densitas erit reciproce ut cubus distantiæ.

Fingatur quod cubus vis comprimentis sit ut quadrato-cubus densitatis, & si

gravitas est reciproce ut quadratum distantiæ, densitas erit reciproce in

sesquiplicata ratione distantiæ. Fingatur quod vis comprimens sit in

duplicata ratione densitatis, & gravitas reciproce in ratione duplicata

distantiæ, & densitas erit reciproce ut distantia. Casus omnes percurrere

longum esset.

Prop. XXIII. Theor. XVII.

_Particulæ viribus quæ sunt reciproce proportionales distantiis

centrorum suorum se mutuo fugientes componunt Fluidum Elasticum, cujus

densitas est compressioni proportionalis. Et vice versa, si Fluidi ex

particulis se mutuo fugientibus compositi densitas sit ut compressio,

vires centrifugæ particularum sunt reciproce proportionales distantiis

centrorum._

[Illustration]

Includi intelligatur Fluidum in spatio cubico ACE, dein compressione redigi

in spatium cubicum minus ace; & particularum similem situm inter se in

utroque spatio obtinentium distantiæ erunt ut cuborum latera AB, ab; &

Medii densitates reciproce ut spatia continentia AB cub. & ab cub. In

latere cubi majoris ABCD capiatur quadratum DP æquale lateri cubi minoris

db; & ex Hypothesi, pressio qua quadratum DP urget Fluidum inclusum, erit

ad pressionem qua latus illud quadratum db urget Fluidum inclusum, ut Medii

densitates ad invicem, hoc est ab cub. ad AB cub. Sed pressio qua quadratum

DB urget Fluidum inclusum, est ad pressionem qua quadratum DP urget idem

Fluidum, ut quadratum DB ad quadratum DP, hoc est ut AB quad. ad ab quad.

Ergo ex æquo pressio qua latus DB urget Fluidum, est ad pressionem qua

latus db urget Fluidum, ut ab ad AB. Planis FGH, fgh per media cuborum

ductis distinguatur Fluidum in duas partes, & hæ se mutuo prement iisdem

viribus, quibus premuntur a planis AC, ac, hoc est in proportione ab ad AB:

adeoque vires centrifugæ, quibus hæ pressiones sustinentur, sunt in eadem

ratione. Ob eundem particularum numerum similemq; situm in utroque cubo,

vires quas particulæ omnes secundum plana FGH, fgh exercent in omnes, sunt

ut vires quas singulæ exercent in singulas. Ergo vires, quas singulæ

exercent in singulas secundum planum FGH in cubo majore, sunt ad vires quas

singulæ exercent in singulas secundum planum fgh in cubo minore ut ab ad

AB, hoc est reciproce ut distantiæ particularum ad invicem. _Q. E. D._

Et vice versa, si vires particularum singularum sunt reciproce ut

distantiæ, id est reciproce ut cuborum latera AB, ab; summæ virium erunt in

eadem ratione, & pressiones laterum DB, db ut summæ virium; & pressio

quadrati DP ad pressionem lateris DB ut ab quad. ad AB quad. Et ex æquo

pressio quadrati DP ad pressionem lateris db ut ab cub. ad AB cub. id est

vis compressionis ad vim compressionis ut densitas ad densitatem.

_Q. E. D._

_Scholium._

Simili argumento si particularum vires centrifugæ sint reciproce in

duplicata ratione distantiarum inter centra, cubi virium comprimentium

erunt ut quadrato-quadrata densitatum. Si vires centrifugæ sint reciproce

in triplicata vel quadruplicata ratione distantiarum, cubi virium

comprimentium erunt ut quadrato-cubi vel cubo-cubi densitatum. Et

universaliter, si D ponatur pro distantia, & E pro densitate Fluidi

compressi, & vires centrifugæ sint reciproce ut distantiæ dignitas quælibet

Dn, cujus index est numerus n; vires comprimentes erunt ut latera cubica

Dignitatis E^{n + 2}, cujus index est numerus n + 2; & contra. Intelligenda

vero sunt hæc omnia de particularum Viribus centrifugis quæ terminantur in

particulis proximis, aut non longe ultra diffunduntur. Exemplum habemus in

corporibus Magneticis. Horum Virtus attractiva terminatur fere in sui

generis corporibus sibi proximis. Magnetis virtus per interpositam laminam

ferri contrahitur, & in lamina fere terminatur. Nam corpora ulteriora non

tam a Magnete quam a lamina trahuntur. Ad eundem modum si particulæ fugant

alias sui generis particulas sibi proximas, in particulas autem remotiores

virtutem nullam nisi forte per particulas intermedias virtute illa auctas

exerceant, ex hujusmodi particulis componentur Fluida de quibus actum est

in hac propositione. Quod si particulæ cujusq; virtus in infinitum

propagetur, opus erit vi majori ad æqualem condensationem majoris

quantitatis Fluidi. Ut si particula unaquæq; vi sua, quæ sit reciproce ut

distantia locorum a centro suo, fugat alias omnes particulas in infinitum;

Vires quibus Fluidum in vasis similibus æqualiter comprimi & condensari

possit, erunt ut quadrata diametrorum vasorum: ideoque vis, qua Fluidum in

eodem vase comprimitur, erit reciproce ut latus cubicum quadrato-cubi

densitatis. An vero Fluida Elastica ex particulis se mutuo fugantibus

constent, Quæstio Physica est. Nos proprietatem Fluidorum ex ejusmodi

particulis constantium Mathematice demonstravimus, ut Philosophis ansam

præbeamus Quæstionem illam tractandi.

* * * * *

SECT. VI.

_De Motu & resistentia Corporum Funependulorum._

Prop. XXIV. Theor. XVIII.

_Quantitates materiæ in corporibus funependulis, quorum centra

oscillationum a centro suspensionis æqualiter distant, sunt in ratione

composita ex ratione ponderum & ratione duplicata temporum

oscillationum in vacuo._

Nam velocitas, quam data vis in data materia dato tempore generare potest,

est ut vis & tempus directe, & materia inverse. Quo major est vis vel majus

tempus vel minor materia, eo major generabitur velocitas. Id quod per motus

Legem secundam manifestum est. Jam vero si pendula ejusdem sint

longitudinis, vires motrices in locis a perpendiculo æqualiter distantibus

sunt ut pondera: ideoque si corpora duo oscillando describant arcus

æquales, & arcus illi dividantur in partes æquales; cum tempora quibus

corpora describant singulas arcuum partes correspondentes sint ut tempora

oscillationum totarum, erunt velocitates ad invicem in correspondentibus

oscillationum partibus, ut vires motrices & tota oscillationum tempora

directe & quantitates materiæ reciproce: adeoque quantitates materiæ ut

vires & oscillationum tempora directe & velocitates reciproce. Sed

velocitates reciproce sunt ut tempora, atque adeo tempora directe &

velocitates reciproce sunt ut quadrata temporum, & propterea quantitates

materiæ sunt ut vires motrices & quadrata temporum, id est ut pondera &

quadrata temporum. _Q. E. D._

_Corol. 1._ Ideoque si tempora sunt æqualia, quantitates materiæ in

singulis corporibus erunt ut pondera.

_Corol. 2._ Si pondera sunt æqualia, quantitates materiæ erunt ut quadrata

temporum.

_Corol. 3._ Si quantitates materiæ æquantur, pondera erunt reciproce ut

quadrata temporum.

_Corol. 4._ Unde cum quadrata temporum cæteris paribus sint ut longitudines

pendulorum; si & tempora & quantitates materiæ æqualia sunt, pondera erunt

ut longitudines pendulorum.

_Corol. 5._ Et universaliter, quantitas materiæ pendulæ est ut pondus &

quadratum temporis directe, & longitudo penduli inverse.

_Corol. 6._ Sed & in Medio non resistente quantitas Materiæ pendulæ est ut

pondus comparativum & quadratum temporis directe & longitudo penduli

inverse. Nam pondus comparativum est vis motrix corporis in Medio quovis

gravi, ut supra explicui; adeoque idem præstat in tali Medio non resistente

atque pondus absolutum in vacuo.

_Corol. 7._ Et hinc liquet ratio tum comparandi corpora inter se, quoad

quantitatem materiæ in singulis, tum comparandi pondera ejusdem corporis in

diversis locis, ad cognoscendam variationem gravitatis. Factis autem

experimentis quam accuratissimis inveni semper quantitatem materiæ in

corporibus singulis eorum ponderi proportionalem esse.

Prop. XXV. Theor. XIX.

_Corpora Funependula quæ in Medio quovis resistuntur in ratione

momentorum temporis, quæque in ejusdem gravitatis specificæ Medio non

resistente moventur, oscillationes in Cycloide eodem tempore peragunt,

& arcuum partes proportionales simul describunt._

[Illustration]

Sit AB Cycloidis arcus, quem corpus D tempore quovis in Medio non

resistente oscillando describit. Bisecetur idem in C, ita ut C sit infimum

ejus punctum; & erit vis acceleratrix qua corpus urgetur in loco quovis D

vel d vel E ut longitudo arcus CD vel Cd vel CE. Exponatur vis illa per

eundem arcum; & cum resistentia sit ut momentum temporis, adeoque detur,

exponatur eadem per datam arcus Cycloidis partem CO, & sumatur arcus Od in

ratione ad arcum CD quam habet arcus OB ad arcum CB: & vis qua corpus in d

urgetur in Medio resistente, cum sit excessus vis Cd supra resistentiam CO,

exponetur per arcum Od, adeoque erit ad vim qua corpus D urgetur in Medio

non resistente, in loco D, ut arcus Od ad arcum CD; & propterea etiam in

loco B ut arcus OB ad arcum CB. Proinde si corpora duo, D, d exeant de loco

B & his viribus urgeantur: cum vires sub initio sint ut arcus CB & OB,

erunt velocitates primæ & arcus primo descripti in eadem ratione. Sunto

arcus illi BD & Bd, & arcus reliqui CD, Od erunt in eadem ratione. Proinde

vires ipsis CD, Od proportionales manebunt in eadem ratione ac sub initio,

& propterea corpora pergent arcus in eadem ratione simul describere. Igitur

vires & velocitates & arcus reliqui CD, Od semper erunt ut arcus toti CD,

OB, & propterea arcus illi reliqui simul describentur. Quare corpora duo D,

d simul pervenient ad loca C & O, alterum quidem in Medio non resistente ad

locum C, & alterum in Medio resistente ad locum O. Cum autem velocitates in

C & O sint ut arcus CB & OB; erunt arcus quos corpora ulterius pergendo

simul describunt, in eadem ratione. Sunto illi CE & Oe. Vis qua corpus D in

Medio non resistente retardatur in E est ut CE, & vis qua corpus d in Medio

resistente retardatur in e est ut summa vis Ce & resistentiæ CO, id est ut

Oe; ideoque vires, quibus corpora retardantur, sunt ut arcubus CE, Oe

proportionales arcus CB, OB; proindeque velocitates in data illa ratione

retardatæ manent in eadem illa data ratione. Velocitates igitur & arcus

iisdem descripti semper sunt ad invicem in data illa ratione arcuum CB &

OB; & propterea si sumantur arcus toti AB, aB in eadem ratione, corpora D,

d simul describent hos arcus, & in locis A & a motum omnem simul amittent.

Isochronæ sunt igitur oscillationes totæ, & arcubus totis BA, BE

proportionales sunt arcuum partes quælibet BD, Bd vel BE, Be quæ simul

describuntur. _Q. E. D._

_Corol._ Igitur motus velocissimus in Medio resistente non incidit in

punctum infimum C, sed reperitur in puncto illo O, quo arcus totus

descriptus aB bisecatur. Et corpus subinde pergendo ad a, iisdem gradibus

retardatur quibus antea accelerabatur in descensu suo a B ad O.

Prop. XXVI. Theor. XX.

_Corporum Funependulorum, quæ resistuntur in ratione velocitatum,

oscillationes in Cycloide sunt Isochronæ._

Nam si corpora duo a centris suspensionum æqualiter distantia, oscillando

describant arcus inæquales, & velocitates in arcuum partibus

correspondentibus sint ad invicem ut arcus toti; resistentiæ velocitatibus

proportionales erunt etiam ad invicem ut iidem arcus. Proinde si viribus

motricibus a gravitate oriundis, quæ sint ut iidem arcus auferantur,

conferantur vel addantur hæ resistentiæ, erunt differentiæ vel summæ ad

invicem in eadem arcuum ratione: cumque velocitatum incrementa vel

decrementa sint ut hæ differentiæ vel summæ, velocitates semper erunt ut

arcus toti: Igitur velocitates, si sint in aliquo casu ut arcus toti,

manebunt semper in eadem ratione. Sed in principio motus, ubi corpora

incipiunt descendere & arcus illos describere, vires, cum sint arcubus

proportionales, generabunt velocitates arcubus proportionales. Ergo

velocitates semper erunt ut arcus toti describendi, & propterea arcus illi

simul describentur. _Q. E. D._

Prop. XXVII. Theor. XXI.

_Si corpora Funependula resistuntur in duplicata ratione velocitatum,

differentiæ inter tempora oscillationum in Medio resistente ac tempora

oscillationum in ejusdem gravitatis specificæ Medio non resistente,

erunt arcubus oscillando descriptis proportionales, quam proxime._

Nam pendulis æqualibus in Medio resistente describantur arcus inæquales A,

B; resistentia corporis in arcu A, erit ad resistentiam corporis in parte

correspondente arcus B, in duplicata ratione velocitatum, id est ut A quad.

ad B quad. quamproxime. Si resistentia in arcu B esset ad resistentiam in

arcu A ut rectangulum AB ad A quad. tempora in arcubus A & B forent æqualia

per Propositionem superiorem. Ideoque resistentia A quad. in arcu A, vel AB

in arcu B, efficit excessum temporis in arcu A supra tempus in Medio non

resistente; & resistentia BB efficit excessum temporis in arcu B supra

tempus in Medio non resistente. Sunt autem excessus illi ut vires

efficientes AB & BB quam proxime, id est ut arcus A & B. _Q. E. D._

_Corol. 1._ Hinc ex oscillationum temporibus, in Medio resistente in

arcubus inæqualibus factarum, cognosci possunt tempora oscillationum in

ejusdem gravitatis specificæ Medio non resistente. Nam si verbi gratia

arcus sit altero duplo major, differentia temporum erit ad excessum

temporis in arcu minore supra tempus in Medio non resistente, ut

differentia arcuum ad arcum minorem.

_Corol. 2._ Oscillationes breviores sunt magis Isochronæ, & brevissimæ

iisdem temporibus peraguntur ac in Medio non resistente, quam proxime.

Earum vero quæ in majoribus arcubus fiunt, tempora sunt paulo majora,

propterea quod resistentia in descensu corporis qua tempus producitur,

major sit pro ratione longitudinis in descensu descriptæ, quam resistentia

in ascensu subsequente qua tempus contrahitur. Sed & tempus oscillationum

tam brevium quam longarum nonnihil produci videtur per motum Medii. Nam

corpora tardescentia paulo minus resistuntur pro ratione velocitatis, &

corpora accelerata paulo magis quam quæ uniformiter progrediuntur: id adeo

quia Medium, eo quem a corporibus accepit motu, in eandem plagam pergendo,

in priore casu magis agitatur, in posteriore minus; ac proinde magis vel

minus cum corporibus motis conspirat. Pendulis igitur in descensu magis

resistit, in ascensu minus quam pro ratione velocitatis, & ex utraque causa

tempus producitur.

Prop. XXVIII. Theor. XXII.

_Si corpus Funependulum in Cycloide oscillans resistitur in ratione

momentorum temporis, erit ejus resistentia ad vim gravitatis ut

excessus arcus descensu toto descripti supra arcum ascensu subsequente

descriptum, ad penduli longitudinem duplicatam._

Designet BC arcum descensu descriptum, Ca arcum ascensu descriptum, & Aa

differentiam arcuum: & stantibus quæ in Propositione XXV. constructa &

demonstrata sunt, erit vis qua corpus oscillans urgetur in loco quovis D,

ad uim resistentia ut arcus CD ad arcum CO, qui semissis est differentiæ

illius Aa. Ideoque vis qua corpus oscillans urgetur in Cycloidis principio

seu puncto altissimo, id est vis gravitatis, erit ad resistentiam ut arcus

Cycloidis inter punctum illud supremum & punctum infimum C ad arcum CO; id

est (si arcus duplicentur) ut Cycloidis totius arcus, seu dupla penduli

longitudo, ad arcum Aa. _Q. E. D._

Prop. XXIX. Prob. VII.

_Posito quod corpus in Cycloide oscillans resistitur in duplicata

ratione velocitatis: invenire resistentiam in locis singulis._

[Illustration]

Sit Ba (_Fig. Prop. XXV._) arcus oscillatione integra descriptus, sitque C

infimum Cycloidis punctum, & CZ semissis arcus Cycloidis totius,

longitudini Penduli æqualis; & quæratur resistentia corporis in loco quovis

D. Secetur recta infinita OQ in punctis O, C, P, Q ea lege ut (si erigantur

perpendicula OK, CT, PI, QE, centroque O & Asymptotis OK, OQ describatur

Hyperbola TIGE secans perpendicula CT, PI, QE in T, I & E, & per punctum I

agatur KF occurrens Asymptoto OK in K, & perpendiculis CT & QE in L & F)

fuerit area Hyperbolica PIEQ ad aream Hyperbolicam PITC ut arcus BC

descensu corporis descriptus ad arcum Ca ascensu descriptum, & area IEF ad

aream ILT ut OQ ad OC. Dein perpendiculo MN abscindatur area Hyperbolica

PINM quæ sit ad aream Hyperbolicam PIEQ ut arcus CZ ad arcum BC descensu

descriptum. Et si perpendiculo RG abscindatur area Hyperbolica PIGR, quæ

sit ad aream PIEQ ut arcus quilibet CD ad arcum BC descensu toto

descriptum: erit resistentia in loco D ad vim gravitatis, ut area {OR ÷ OQ}

IEF - IGH ad aream PIENM.

Nam cum vires a gravitate oriundæ quibus corpus in locis Z, B, D, a

urgetur, sint ut arcus CZ, CB, CD, Ca, & arcus illi sint ut areæ PINM,

PIEQ, PIGR, PITC; exponatur tum arcus tum vires per has areas respective.

Sit insuper Dd spatium quam minimum a corpore descendente descriptum, &

exponatur idem per aream quam minimam RGgr parallelis RG, rg comprehensam;

& producatur rg ad h, ut sint GHhg, & RGgr contemporanea arearum IGH, PIGR

decrementa. Et areæ {OR ÷ OQ} IEF - IGH incrementum GHhg - {Rr ÷ OQ} IEF,

seu Rr × HG - {Rr ÷ OQ} IEF, erit ad areæ PIGR decrementum RGgr seu Rr ×

RG, ut HG - {IEF ÷ OQ} ad RG; adeoque ut OR × HG - {OR ÷ OQ} IEF ad OR × GR

seu OP × PI: hoc est (ob æqualia OR × HG, OR × HR - OR × GR, ORHK - OPIK,

PIHR & PIGR + IGH) ut PIGR + IGH - {OR ÷ OQ} IEF ad OPIK. Igitur si area

{OR ÷ OQ} IEF - IGH dicatur Y, atque areæ PIGR decrementum RGgr detur, erit

incrementum areæ Y ut PIGR - Y.

Quod si V designet vim a gravitate oriundam arcui describendo CD

proportionalem, qua corpus urgetur in D; & R pro resistentia ponatur: erit

V - R vis tota qua corpus urgetur in D, adeoque ut incrementum velocitatis

in data temporis particula factum. Est autem resistentia R (per Hypothesin)

ut quadratum velocitatis, & inde (per Lem. II.) incrementum resistentiæ ut

velocitas & incrementum velocitatis conjunctim, id est ut spatium data

temporis particula descriptum & V - R conjunctim; atque adeo, si momentum

spatii detur, ut V - R; id est, si pro vi V scribatur ejus exponens PIGR, &

resistentia R exponatur per aliam aliquam aream Z, ut PIGR - Z.

Igitur area PIGR per datorum momentorum subductionem uniformiter

decrescente, crescunt area Y in ratione PIGR - Y, & area Z in ratione PIGR

- Z. Et propterea si areæ Y & Z simul incipiant & sub initio æquales sint,

hæ per additionem æqualium momentorum pergent esse æquales, & æqualibus

itidem momentis subinde decrescentes simul evanescent. Et vicissim, si

simul incipiunt & simul evanescunt, æqualia habebunt momenta & semper erunt

æquales: id adeo quia si resistentia Z augeatur, velocitas una cum arcu

illo Ca, qui in ascensu corporis describitur, diminuetur; & puncto in quo

motus omnis una cum resistentia cessat propius accedente ad punctum C,

resistentia citius evanescet quam area Y. Et contrarium eveniet ubi

resistentia diminuitur.

Jam vero area Z incipit desinitque ubi resistentia nulla est, hoc est, in

principio & fine motus, ubi arcus CD, CD arcubus CB & Ca æquantur, adeoque

ubi recta RG incidit in rectas QE & CT. Et area Y seu {OR ÷ OQ} IEF - IGH

incipit desinitque ubi nulla est, adeoque ubi {OR ÷ OQ} IEF & IGH æqualia

sunt: hoc est (per constructionem) ubi recta RG incidit in rectam QE & CT.

Proindeque areæ illæ simul incipiunt & simul evanescunt, & propterea semper

sunt æquales. Igitur area {OR ÷ OQ} IEF - IGH æqualis est areæ Z, per quam

resistentia exponitur, & propterea est ad aream PINM per quam gravitas

exponitur, ut resistentia ad gravitatem. _Q. E. D._

_Corol. 1._ Est igitur resistentia in loco infimo C ad vim gravitatis, ut

area {OP ÷ OQ} IEF ad aream PINM.

_Corol. 2._ Fit autem maxima, ubi area PIHR est ad aream IEF ut OR ad OQ.

Eo enim in casu momentum ejus (nimirum PIGR - Y) evadit nullum.

_Corol. 3._ Hinc etiam innotescit velocitas in locis singulis: quippe quæ

est in dimidiata ratione resistentiæ, & ipso motus initio æquatur

velocitati corporis in eadem Cycloide absque omni resistentia oscillantis.

Cæterum ob difficilem calculum quo resistentia & velocitas per hanc

Propositionem inveniendæ sunt, visum est Propositionem sequentem

subjungere, quæ & generalior sit & ad usus Philosophicos abunde satis

accurata.

Prop. XXX. Theor. XXIII.

_Si recta aB æqualis sit Cycloidis arcui quem corpus oscillando

describit, & ad singula ejus puncta D erigantur perpendicula DK, quæ

sint ad longitudinem Penduli ut resistentia corporis in arcus punctis

correspondentibus ad vim gravitatis: dico quod differentia inter arcum

descensu toto descriptum, & arcum ascensu toto subsequente descriptum,

ducta in arcuum eorundem semisummam, æqualis erit areæ BKaB a

perpendiculis omnibus DK occupatæ, quamproxime._

[Illustration]

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica · 第 19 / 33 段