Știți deja că există forțe atractive între toate corpurile, numite forțele gravitației universale.
Acțiunea lor se manifestă, de exemplu, prin faptul că corpurile cad pe Pământ, Luna se învârte în jurul Pământului, iar planetele se învârt în jurul Soarelui. Dacă forțele gravitaționale ar dispărea, Pământul ar zbura departe de Soare (Fig. 14.1).
Legea gravitației universale a fost formulată în a doua jumătate a secolului al XVII-lea de Isaac Newton.
Două puncte materiale de masă m 1 și m 2 situate la distanța R sunt atrase cu forțe direct proporționale cu produsul maselor lor și invers proporționale cu pătratul distanței dintre ele. Modulul fiecărei forțe
Se numește factorul de proporționalitate G constantă gravitațională. (Din latinescul „gravitas” - greutate.) Măsurătorile au arătat că
G = 6,67 * 10 -11 N * m 2 / kg 2. (2)
Legea gravitației universale relevă o altă proprietate importantă a masei corporale: este o măsură a nu numai a inerției corpului, ci și a proprietăților sale gravitaționale.
1. Care sunt forțele de atracție între două puncte de material cântărind 1 kg fiecare, situate la o distanță de 1 m unul de celălalt? De câte ori este această forță mai mare sau mai mică decât greutatea unui țânțar a cărui masă este de 2,5 mg?
O valoare atât de mică a constantei gravitaționale explică de ce nu observăm atracția gravitațională dintre obiectele din jurul nostru.
Forțele gravitaționale se manifestă vizibil numai atunci când cel puțin unul dintre corpurile care interacționează are o masă uriașă - de exemplu, este o stea sau o planetă.
3. Cum se va schimba forța de atracție dintre două puncte materiale dacă distanța dintre ele este mărită de 3 ori?
4. Două puncte materiale de masă m fiecare sunt atrase cu o forță F. Cu ce forță sunt atrase punctele materiale de masă 2m și 3m, situate la aceeași distanță?
2. Mișcarea planetelor în jurul Soarelui
Distanța de la Soare la orice planetă este de multe ori mai multe dimensiuni Sorii și planetele. Prin urmare, atunci când se ia în considerare mișcarea planetelor, acestea pot fi considerate puncte materiale. Prin urmare, forța de atracție a planetei către Soare
unde m este masa planetei, M С este masa Soarelui, R este distanța de la Soare la planetă.
Vom presupune că planeta se mișcă în jurul Soarelui uniform într-un cerc. Atunci viteza de mișcare a planetei poate fi găsită dacă ținem cont de faptul că accelerația planetei a = v 2 /R se datorează acțiunii forței gravitaționale F a Soarelui și faptului că, conform celei de-a doua legi a lui Newton , F = ma.
5. Demonstrați că viteza planetei
cu cât raza orbitală este mai mare, cu atât viteza planetei este mai mică.
6. Raza orbitei lui Saturn este de aproximativ 9 ori mai mare decât raza orbitei Pământului. Găsiți oral care este aproximativ viteza lui Saturn dacă Pământul se mișcă pe orbita sa cu o viteză de 30 km/s?
Într-un timp egal cu o perioadă de revoluție T, planeta, mișcându-se cu viteza v, acoperă o cale egală cu lungimea unui cerc cu raza R.
7. Demonstrați că perioada orbitală a planetei
Din această formulă rezultă că cu cât raza orbitală este mai mare, cu atât perioada orbitală a planetei este mai lungă.
9. Demonstrează că pentru toate planetele sistem solar
Cheie. Utilizați formula (5).
Din formula (6) rezultă că Pentru toate planetele din Sistemul Solar, raportul dintre cubul razei orbitale și pătratul perioadei orbitale este același. Acest model (se numește a treia lege a lui Kepler) a fost descoperit de omul de știință german Johannes Kepler pe baza rezultatelor multor ani de observații ale astronomului danez Tycho Brahe.
3. Condiții de aplicabilitate a formulei pentru legea gravitației universale
Newton a demonstrat că formula
F = G(m 1 m 2 /R 2)
Pentru forța de atracție dintre două puncte materiale, puteți utiliza și:
– pentru bile și sfere omogene (R este distanța dintre centrele bilelor sau sferelor, Fig. 14.2, a);
– pentru o bilă (sferă) omogenă și un punct material (R este distanța de la centrul bilei (sferei) până la punctul material, Fig. 14.2, b).
4. Gravitația și legea gravitației universale
A doua dintre condițiile de mai sus înseamnă că folosind formula (1) puteți găsi forța de atracție a unui corp de orice formă la o minge omogenă, care este mult mai mare decât acest corp. Prin urmare, folosind formula (1), este posibil să se calculeze forța de atracție către Pământ a unui corp situat pe suprafața sa (Fig. 14.3, a). Obținem o expresie pentru gravitație:
(Pământul nu este o sferă omogenă, dar poate fi considerată simetrică sferic. Acest lucru este suficient pentru posibilitatea aplicării formulei (1).)
10. Demonstrați că aproape de suprafața Pământului
Unde M Pământul este masa Pământului, R Pământul este raza acestuia.
Cheie. Folosiți formula (7) și faptul că F t = mg.
Folosind formula (1), puteți găsi accelerația gravitației la o înălțime h deasupra suprafeței Pământului (Fig. 14.3, b).
11. Demonstrează că
12. Care este accelerația gravitației la o înălțime deasupra suprafeței Pământului egală cu raza acestuia?
13. De câte ori este accelerația gravitației pe suprafața Lunii mai mică decât pe suprafața Pământului?
Cheie. Folosiți formula (8), în care înlocuiți masa și raza Pământului cu masa și raza Lunii.
14. Raza unei stele pitice albe poate fi egală cu raza Pământului, iar masa acesteia poate fi egală cu masa Soarelui. Care este greutatea unui kilogram de greutate pe suprafața unui astfel de „pitic”?
5. Prima viteză de evacuare
Să ne imaginăm chiar asta munte înalt Au instalat un tun imens și l-au tras în direcție orizontală (Fig. 14.4).
Cu cât viteza inițială a proiectilului este mai mare, cu atât va cădea mai departe. Nu va cădea deloc dacă viteza inițială este selectată astfel încât să se miște în jurul Pământului într-un cerc. Zburând pe o orbită circulară, proiectilul va deveni apoi un satelit artificial al Pământului.
Lăsați proiectilul nostru satelit să se miște pe orbita joasă a Pământului (acesta este numele unei orbite a cărei rază poate fi luată egală cu raza Pământului R Pământului).
Cu mișcare uniformă într-un cerc, satelitul se mișcă cu accelerație centripetă a = v2/REPământ, unde v este viteza satelitului. Această accelerație se datorează acțiunii gravitației. În consecință, satelitul se deplasează cu accelerație gravitațională îndreptată spre centrul Pământului (Fig. 14.4). Prin urmare a = g.
15. Demonstrați că atunci când vă deplasați pe orbita joasă a Pământului, viteza satelitului
Cheie. Folosiți formula a = v 2 /r pentru accelerația centripetă și faptul că atunci când vă deplasați pe o orbită cu raza R Pământului, accelerația satelitului este egală cu accelerația gravitației.
Viteza v 1 care trebuie transmisă unui corp pentru ca acesta să se miște sub influența gravitației pe o orbită circulară în apropierea suprafeței Pământului se numește prima viteză de evacuare. Este aproximativ egală cu 8 km/s.
16. Exprimați prima viteză de evacuare în termeni de constantă gravitațională, masă și rază a Pământului.
Cheie. În formula obținută în sarcina anterioară, înlocuiți masa și raza Pământului cu masa și raza Lunii.
Pentru ca un corp să părăsească pentru totdeauna vecinătatea Pământului, trebuie să i se acorde o viteză de aproximativ 11,2 km/s. Se numește a doua viteză de evacuare.
6. Cum a fost măsurată constanta gravitațională
Dacă presupunem că accelerația gravitațională g lângă suprafața Pământului, masa și raza Pământului sunt cunoscute, atunci valoarea constantei gravitaționale G poate fi determinată cu ușurință folosind formula (7). Problema este însă că până la sfârșitul secolului al XVIII-lea masa Pământului nu a putut fi măsurată.
Prin urmare, pentru a afla valoarea constantei gravitaționale G a fost necesar să se măsoare forța de atracție a două corpuri de masă cunoscută situate la o anumită distanță unul de celălalt. La sfârșitul secolului al XVIII-lea, omul de știință englez Henry Cavendish a fost capabil să realizeze un astfel de experiment.
A suspendat o tijă orizontală ușoară cu bile mici de metal a și b pe un fir elastic subțire și, folosind unghiul de rotație al firului, a măsurat forțele de atracție care acționează asupra acestor bile din bile mari de metal A și B (Fig. 14.5). Omul de știință a măsurat unghiuri mici de rotație ale firului prin deplasarea „iepurașului” din oglinda atașată de fir.
Experimentul lui Cavendish a fost numit figurativ „cântărirea Pământului”, deoarece acest experiment a făcut posibilă pentru prima dată măsurarea masei Pământului.
18. Exprimați masa Pământului în termeni de G, g și R Pământ.
Întrebări și sarcini suplimentare
19. Două nave cu o greutate de 6000 de tone fiecare sunt atrase de forțe de 2 mN. Care este distanța dintre nave?
20. Cu ce forță atrage Soarele Pământul?
21. Cu ce forță atrage Soarele o persoană care cântărește 60 kg?
22. Care este accelerația gravitației la o distanță de suprafața Pământului egală cu diametrul acestuia?
23. De câte ori este accelerația Lunii, datorată gravitației Pământului, mai mică decât accelerația gravitației de pe suprafața Pământului?
24. Accelerația căderii libere pe suprafața lui Marte este de 2,65 ori mai mică decât accelerația căderii libere pe suprafața Pământului. Raza lui Marte este de aproximativ 3400 km. De câte ori este masa lui Marte mai mică decât masa Pământului?
25. Care este perioada orbitală a unui satelit artificial Pământului pe orbita joasă a Pământului?
26. Care este primul viteza de evacuare pentru Marte? Masa lui Marte este de 6,4 * 10 23 kg, iar raza este de 3400 km.
Isaac Newton a sugerat că există forțe de atracție reciprocă între orice corp din natură. Aceste forțe sunt numite de forțele gravitaționale sau forțele gravitației universale. Forța gravitației nenaturale se manifestă în spațiu, în sistemul solar și pe Pământ.
Legea gravitației
Newton a generalizat legile mișcării corpuri cereștiși am aflat că forța \(F\) este egală cu:
\[ F = G \dfrac(m_1 m_2)(R^2) \]
unde \(m_1\) și \(m_2\) sunt masele corpurilor care interacționează, \(R\) este distanța dintre ele, \(G\) este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională. Valoarea numerică a constantei gravitaționale a fost determinată experimental de Cavendish prin măsurarea forței de interacțiune între bile de plumb.
Sensul fizic al constantei gravitaționale decurge din legea gravitației universale. Dacă \(m_1 = m_2 = 1 \text(kg)\), \(R = 1 \text(m) \) , apoi \(G = F \) , adică constanta gravitațională este egală cu forța cu care sunt atrase două corpuri de 1 kg fiecare la o distanță de 1 m.
Valoare numerică:
\(G = 6,67 \cdot() 10^(-11) N \cdot() m^2/ kg^2 \) .
Forțele gravitației universale acționează între orice corp din natură, dar ele devin vizibile la mase mari (sau dacă cel puțin masa unuia dintre corpuri este mare). Legea gravitației universale este îndeplinită numai pentru punctele materiale și bile (în acest caz, distanța dintre centrele bilelor este luată ca distanță).
Gravitatie
Un anumit tip de forță gravitațională universală este forța de atracție a corpurilor către Pământ (sau către o altă planetă). Această forță se numește gravitatie. Sub influența acestei forțe, toate corpurile capătă accelerație de cădere liberă.
În conformitate cu a doua lege a lui Newton \(g = F_T /m\) , prin urmare, \(F_T = mg \) .
Dacă M este masa Pământului, R este raza acestuia, m este masa unui corp dat, atunci forța gravitațională este egală cu
\(F = G \dfrac(M)(R^2)m = mg \) .
Forța gravitației este întotdeauna îndreptată spre centrul Pământului. În funcție de înălțimea \(h\) deasupra suprafeței Pământului și de latitudinea geografică a poziției corpului, accelerația căderii libere devine sensuri diferite. Pe suprafața Pământului și la latitudini medii, accelerația gravitației este de 9,831 m/s 2 .
Greutate corporala
Conceptul de greutate corporală este utilizat pe scară largă în tehnologie și viața de zi cu zi.
Greutate corporala notată cu \(P\) . Unitatea de greutate este newton (N). Deoarece greutatea este egală cu forța cu care corpul acționează asupra suportului, atunci, în conformitate cu a treia lege a lui Newton, cea mai mare greutate a corpului este egală cu forța de reacție a suportului. Prin urmare, pentru a afla greutatea corpului, este necesar să se determine cu ce este egală forța de reacție a suportului.
În acest caz, se presupune că corpul este nemișcat față de suport sau suspensie.
Greutatea unui corp și forța gravitației diferă în natură: greutatea unui corp este o manifestare a acțiunii forțelor intermoleculare, iar forța gravitațională este de natură gravitațională.
Se numește starea unui corp în care greutatea sa este zero imponderabilitate. Starea de imponderabilitate se observă într-un avion sau o navă spațială atunci când se deplasează cu accelerație în cădere liberă, indiferent de direcția și valoarea vitezei de mișcare a acestora. In afara atmosfera pământului la oprire motoare cu reactie pe nava spatiala Doar forța gravitației universale acționează. Sub influența acestei forțe, nava și toate corpurile din ea se mișcă cu aceeași accelerație, prin urmare se observă o stare de imponderabilitate în navă.
Javascript este dezactivat în browserul dvs.Pentru a efectua calcule, trebuie să activați controalele ActiveX!
Acest articol se va concentra pe istoria descoperirii legii gravitației universale. Aici ne vom familiariza cu informații biografice din viața omului de știință care a descoperit această dogmă fizică, luăm în considerare principalele sale prevederi, relația cu gravitația cuantică, cursul dezvoltării și multe altele.
Geniu
Sir Isaac Newton este un om de știință originar din Anglia. La un moment dat, el a dedicat multă atenție și efort unor științe precum fizica și matematica și, de asemenea, a adus o mulțime de lucruri noi mecanicii și astronomiei. El este considerat pe drept unul dintre primii fondatori ai fizicii în modelul său clasic. Este autorul lucrării fundamentale „Principii matematice ale filosofiei naturale”, unde a prezentat informații despre cele trei legi ale mecanicii și legea gravitației universale. Isaac Newton a pus bazele mecanicii clasice cu aceste lucrări. El a dezvoltat, de asemenea, un tip integral, teoria luminii. De asemenea, a adus contribuții majore la optica fizică și a dezvoltat multe alte teorii în fizică și matematică.
Lege
Legea gravitației universale și istoria descoperirii ei se întorc în trecutul îndepărtat. formă clasică- aceasta este o lege cu ajutorul căreia sunt descrise interacțiuni de tip gravitațional care nu depășesc cadrul mecanicii.
Esența sa a fost că indicatorul forței F de împingere gravitațională care apare între 2 corpuri sau puncte ale materiei m1 și m2, separate între ele printr-o anumită distanță r, menține proporționalitatea în raport cu ambii indicatori de masă și este invers proporțional cu pătratul distanței dintre corpuri:
F = G, unde simbolul G indică constanta gravitațională egală cu 6.67408(31).10 -11 m 3 /kgf 2.
gravitația lui Newton
Înainte de a lua în considerare istoria descoperirii legii gravitației universale, să ne familiarizăm mai detaliat cu caracteristicile sale generale.
În teoria creată de Newton, toate corpurile cu masă mare ar trebui să genereze un câmp special în jurul lor, care să atragă alte obiecte spre sine. Se numește câmp gravitațional și are potențial.
Un corp cu simetrie sferică formează un câmp în afara lui, similar cu cel creat de un punct material de aceeași masă situat în centrul corpului.
Direcția traiectoriei unui astfel de punct din câmpul gravitațional creat de un corp cu o masă mult mai mare se supune.Obiectele universului, cum ar fi, de exemplu, o planetă sau o cometă, se supun și ele, mișcându-se de-a lungul unei elipse sau hiperbolă. Distorsiunea pe care o creează alte corpuri masive este luată în considerare folosind prevederile teoriei perturbațiilor.
Analizând acuratețea
După ce Newton a descoperit legea gravitației universale, aceasta a trebuit să fie testată și dovedită de mai multe ori. În acest scop s-au făcut o serie de calcule și observații. După ce a ajuns la acord cu prevederile sale și pe baza acurateței indicatorului său, forma experimentală de evaluare servește ca o confirmare clară a relativității generale. Măsurând interacțiunile cvadrupolului unui corp care se rotește, dar antenele acestuia rămân staționare, ne arată că procesul de creștere a δ depinde de potențialul r -(1+δ), la o distanță de câțiva metri și se află în limită (2,1±). 6.2) .10 -3 . O serie de alte confirmări practice au permis acestei legi să se consolideze și să ia o singură formă, fără modificări. În 2007, această dogmă a fost reverificată la o distanță mai mică de un centimetru (55 microni-9,59 mm). Luând în considerare erorile experimentului, oamenii de știință au examinat intervalul de distanță și nu au găsit abateri evidente în această lege.
Observarea orbitei Lunii în raport cu Pământul a confirmat, de asemenea, valabilitatea acesteia.
Spațiul euclidian
Teoria clasică a gravitației a lui Newton este asociată cu spațiul euclidian. Egalitatea efectivă cu o precizie destul de mare (10 -9) a indicatorilor măsurării distanței în numitorul egalității discutate mai sus ne arată baza euclidiană a spațiului mecanicii newtoniene, cu o formă fizică tridimensională. Într-un astfel de punct al materiei, aria suprafeței sferice are proporționalitate exactă față de pătratul razei sale.
Date din istorie
Sa luam in considerare rezumat istoria descoperirii legii gravitației universale.
Ideile au fost prezentate de alți oameni de știință care au trăit înainte de Newton. Epicur, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens și alții s-au gândit la asta. Kepler a emis ipoteza că forța gravitației este invers proporțională cu distanța de la Soare și se extinde numai în planurile ecliptice; după Descartes, a fost o consecință a activității vârtejurilor în grosimea eterului. Au existat o serie de ipoteze care reflectau ipotezele corecte despre dependența de distanță.
O scrisoare de la Newton către Halley conținea informații că predecesorii lui Sir Isaac însuși erau Hooke, Wren și Buyot Ismael. Cu toate acestea, înaintea lui, nimeni nu a fost capabil să conecteze clar, folosind metode matematice, legea gravitației și mișcarea planetară.
Istoria descoperirii legii gravitației universale este strâns legată de lucrarea „Principii matematice ale filosofiei naturale” (1687). În această lucrare, Newton a putut deriva legea în cauză datorită legii empirice a lui Kepler, care era deja cunoscută în acel moment. El ne arată că:
- forma de mișcare a oricărei planete vizibile indică prezența unei forțe centrale;
- forţa de atracţie de tip central formează orbite eliptice sau hiperbolice.
Despre teoria lui Newton
Inspecţie scurt istoric Descoperirea legii gravitației universale ne poate indica și o serie de diferențe care o deosebesc de ipotezele anterioare. Newton nu numai că a publicat formula propusă pentru fenomenul luat în considerare, dar a propus și un model matematic în întregime:
- poziție pe legea gravitației;
- prevedere privind legea mișcării;
- sistematica metodelor de cercetare matematică.
Această triadă ar putea studia destul de precis chiar și cele mai complexe mișcări ale obiectelor cerești, creând astfel baza pentru mecanica cerească. Până când Einstein și-a început munca, acest model nu a necesitat un set fundamental de corecții. Numai aparatul matematic trebuia îmbunătățit semnificativ.
Obiect pentru discuție
Legea descoperită și dovedită de-a lungul secolului al XVIII-lea a devenit subiect celebru litigii active si controale scrupuloase. Cu toate acestea, secolul s-a încheiat cu acordul general cu postulatele și afirmațiile sale. Folosind calculele legii, a fost posibil să se determine cu exactitate căile de mișcare a corpurilor în ceruri. Verificarea directă a fost efectuată în 1798. A făcut asta folosind o balanță de tip torsiune cu o mare sensibilitate. În istoria descoperirii legii universale a gravitației, este necesar să se acorde un loc special interpretărilor introduse de Poisson. El a dezvoltat conceptul de potențial gravitațional și ecuația Poisson, cu ajutorul cărora a fost posibil să se calculeze acest potențial. Acest tip de model a făcut posibilă studierea câmpului gravitațional în prezența unei distribuții arbitrare a materiei.
Teoria lui Newton a avut multe dificultăți. Principalul ar putea fi considerat inexplicabilitatea acțiunii la distanță lungă. A fost imposibil să răspund cu exactitate la întrebarea cum sunt trimise forțele gravitaționale prin spațiul vid cu o viteză infinită.
„Evoluția” dreptului
În următoarele două sute de ani, și chiar mai mult, mulți fizicieni au încercat să propună diferite modalități de a îmbunătăți teoria lui Newton. Aceste eforturi s-au încheiat cu triumf în 1915, și anume crearea Teoriei Generale a Relativității, care a fost creată de Einstein. El a reușit să depășească toată gama de dificultăți. În conformitate cu principiul corespondenței, teoria lui Newton s-a dovedit a fi o abordare a începutului lucrării asupra unei teorii mai mult vedere generala, care poate fi folosit dacă sunt îndeplinite anumite condiții:
- Potențialul naturii gravitaționale nu poate fi prea mare în sistemele studiate. Sistemul solar este un exemplu de respectare a tuturor regulilor de mișcare a corpurilor cerești. Fenomenul relativist se regăsește într-o manifestare notabilă a deplasării periheliului.
- Viteza de mișcare în acest grup de sisteme este nesemnificativă în comparație cu viteza luminii.
Dovada că într-un câmp gravitațional staționar slab, calculele de relativitate generală iau forma celor newtoniene este prezența unui potențial gravitațional scalar într-un câmp staționar cu caracteristici de forță slab exprimate, care este capabil să satisfacă condițiile ecuației Poisson.
Scara cuantică
Cu toate acestea, în istorie descoperire științifică legea gravitației universale și nici Teoria generală a relativității ar putea servi drept teorie gravitațională finală, deoarece ambele nu descriu în mod satisfăcător procesele de tip gravitațional la scara cuantică. O încercare de a crea o teorie gravitațională cuantică este una dintre cele mai importante sarcini ale fizicii moderne.
Din punctul de vedere al gravitației cuantice, interacțiunea dintre obiecte este creată prin schimbul de gravitoni virtuali. În conformitate cu principiul incertitudinii, potențialul energetic al gravitonilor virtuali este invers proporțional cu perioada de timp în care a existat, de la punctul de emisie de către un obiect până la momentul în care a fost absorbit de un alt punct.
Având în vedere acest lucru, se dovedește că, la scară mică, interacțiunea corpurilor implică schimbul de gravitoni de tip virtual. Datorită acestor considerații, este posibil să se încheie o afirmație despre legea potențialului lui Newton și dependența acesteia în conformitate cu indicele de proporționalitate inversă față de distanță. Analogia dintre legile lui Coulomb și legile lui Newton se explică prin faptul că greutatea gravitonilor este zero. Greutatea fotonilor are aceeași semnificație.
Concepție greșită
ÎN curiculumul scolar Răspunsul la întrebarea din istorie, cum a descoperit Newton legea gravitației universale, este povestea unui fruct de măr care căde. Potrivit acestei legende, a căzut pe capul omului de știință. Cu toate acestea, aceasta este o concepție greșită larg răspândită și, în realitate, totul a fost posibil fără un astfel de caz de posibilă rănire la cap. Newton însuși a confirmat uneori acest mit, dar în realitate legea nu a fost o descoperire spontană și nu a venit într-un acces de perspectivă de moment. După cum a fost scris mai sus, a fost dezvoltat de-a lungul timpului și a fost prezentat pentru prima dată în lucrările despre „Principiile matematice”, care au fost lansate publicului în 1687.
După ce lege ai de gând să mă spânzurezi?
- Și îi spânzurăm pe toți după o singură lege - legea gravitației universale.
Legea gravitației
Fenomenul gravitației este legea gravitației universale. Două corpuri acționează unul asupra celuilalt cu o forță care este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele și direct proporțională cu produsul maselor lor.
Matematic putem exprima această mare lege prin formula
Gravitația acționează pe distanțe mari în Univers. Dar Newton a susținut că toate obiectele sunt atrase reciproc. Este adevărat că oricare două obiecte se atrag unul pe celălalt? Imaginează-ți doar, se știe că Pământul te atrage stând pe un scaun. Dar te-ai gândit vreodată că un computer și un mouse se atrag unul pe celălalt? Sau un creion și un stilou întins pe masă? În acest caz, înlocuim masa stiloului și masa creionului în formulă, împărțim la pătratul distanței dintre ele, ținând cont de constanta gravitațională și obținem forța atracției lor reciproce. Dar va fi atât de mic (din cauza maselor mici ale stiloului și creionului) încât nu-i simțim prezența. Este o problemă diferită când vine vorba de Pământ și scaun, sau de Soare și Pământ. Masele sunt semnificative, ceea ce înseamnă că putem evalua deja efectul forței.
Să ne amintim de accelerația căderii libere. Aceasta este acțiunea legii atracției. Sub influența forței, un corp își schimbă viteza cu cât mai încet, cu atât este mai mare masa. Ca urmare, toate corpurile cad pe Pământ cu aceeași accelerație.
Ce cauzează această forță unică invizibilă? Astăzi este cunoscută și dovedită existența unui câmp gravitațional. Puteți afla mai multe despre natura câmpului gravitațional în material suplimentar Subiecte.
Gândește-te, ce este gravitația? De unde este? Ce este? Cu siguranță nu se poate ca planeta să privească Soarele, să vadă cât de departe este și să calculeze inversul pătratului distanței în conformitate cu această lege?
Direcția gravitației
Sunt două corpuri, să spunem corpul A și B. Corpul A atrage corpul B. Forța cu care acționează corpul A începe asupra corpului B și este îndreptată către corpul A. Adică „ia” corpul B și îl trage spre sine. . Corpul B „face” același lucru cu corpul A.
Fiecare corp este atras de Pământ. Pământul „ia” corpul și îl trage spre centrul său. Prin urmare, această forță va fi întotdeauna îndreptată vertical în jos și este aplicată din centrul de greutate al corpului, se numește forță de greutate.
Principalul lucru de reținut
Unele metode de explorare geologică, de predicție a mareelor și În ultima vreme calculul mișcării sateliților artificiali și a stațiilor interplanetare. Calculul în avans al pozițiilor planetare.
Putem realiza singuri un astfel de experiment și nu ghicim dacă planetele și obiectele sunt atrase?
O astfel de experiență directă făcută Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - fizician și chimist englez) folosind dispozitivul prezentat în figură. Ideea a fost să atârnăm o tijă cu două bile de un fir de cuarț foarte subțire și apoi să aduci două bile mari de plumb spre ele din lateral. Atracția bilelor va răsuci firul ușor - ușor, deoarece forțele de atracție dintre obiectele obișnuite sunt foarte slabe. Cu ajutorul unui astfel de dispozitiv, Cavendish a reușit să măsoare direct forța, distanța și magnitudinea ambelor mase și, astfel, să determine constanta gravitațională G.
Descoperirea unică a constantei gravitaționale G, care caracterizează câmpul gravitațional din spațiu, a făcut posibilă determinarea masei Pământului, a Soarelui și a altor corpuri cerești. Prin urmare, Cavendish a numit experiența sa „cântărirea Pământului”.
Interesant este că diversele legi ale fizicii au unele aspecte comune. Să ne întoarcem la legile electricității (forța Coulomb). Forțele electrice sunt, de asemenea, invers proporționale cu pătratul distanței, dar între sarcini, și apare involuntar gândul că există un sens profund ascuns în acest tipar. Până acum, nimeni nu și-a putut imagina gravitația și electricitatea ca două diferite manifestări aceeași entitate.
Forța aici variază și invers cu pătratul distanței, dar diferența de mărime a forțelor electrice și gravitaționale este izbitoare. Încercând să stabilim natura generală a gravitației și a electricității, descoperim o asemenea superioritate a forțelor electrice față de forțele gravitației, încât este greu de crezut că ambele au aceeași sursă. Cum poți spune că unul este mai puternic decât celălalt? La urma urmei, totul depinde de care este masa și care este sarcina. Când discutați cât de puternic acționează gravitația, nu aveți dreptul să spuneți: „Hai să luăm o masă de așa și așa dimensiune”, pentru că o alegi singur. Dar dacă luăm ceea ce ne oferă Natura însăși (numerele și măsurile ei proprii, care nu au nicio legătură cu centimetrii, anii, cu măsurile noastre), atunci vom putea compara. Luăm o particulă încărcată elementară, cum ar fi un electron. Două particule elementare, doi electroni, datorită sarcinii electrice, se resping cu o forță invers proporțională cu pătratul distanței dintre ei, iar datorită gravitației sunt atrași unul de celălalt cu o forță invers proporțională cu pătratul distanței.
Întrebare: Care este raportul dintre forța gravitațională și forța electrică? Gravitația este la repulsie electrică, așa cum unul este la un număr cu 42 de zerouri. Acest lucru provoacă cea mai profundă nedumerire. De unde ar putea veni un număr atât de mare?
Oamenii caută acest coeficient uriaș în alte fenomene naturale. Trec prin tot felul de numere mari si daca ai nevoie număr mare, de ce să nu luăm, să zicem, raportul dintre diametrul Universului și diametrul protonului - în mod surprinzător, acesta este și un număr cu 42 de zerouri. Și așa spun ei: poate acest coeficient egal cu raportul diametrul unui proton la diametrul Universului? Aceasta este o idee interesantă, dar pe măsură ce Universul se extinde treptat, constanta gravitațională trebuie să se schimbe și ea. Deși această ipoteză nu a fost încă infirmată, nu avem nicio dovadă în favoarea ei. Dimpotrivă, unele dovezi sugerează că constanta gravitațională nu s-a schimbat în acest fel. Acest număr mare rămâne un mister până astăzi.
Einstein a trebuit să modifice legile gravitației în conformitate cu principiile relativității. Primul dintre aceste principii afirmă că o distanță x nu poate fi depășită instantaneu, în timp ce, conform teoriei lui Newton, forțele acționează instantaneu. Einstein a trebuit să schimbe legile lui Newton. Aceste modificări și clarificări sunt foarte mici. Una dintre ele este aceasta: deoarece lumina are energie, energia este echivalentă cu masa și toate masele sunt atrase, lumina este și ea atrasă și, prin urmare, trecând pe lângă Soare, trebuie deviată. Așa se întâmplă de fapt. Forța gravitației este, de asemenea, ușor modificată în teoria lui Einstein. Dar această schimbare foarte ușoară a legii gravitației este suficientă pentru a explica unele dintre neregulile aparente în mișcarea lui Mercur.
Fenomenele fizice din microlume sunt supuse unor legi diferite de fenomenele din lume pe scară largă. Apare întrebarea: cum se manifestă gravitația în lumea la scară mică? Teoria cuantică a gravitației îi va răspunde. Dar nu există încă o teorie cuantică a gravitației. Oamenii nu au avut încă prea mult succes în a crea o teorie a gravitației care este pe deplin în concordanță cu principiile mecanicii cuantice și cu principiul incertitudinii.
Secolele XVI-XVII sunt pe bună dreptate numite de multe dintre cele mai glorioase perioade din lume.În acest moment au fost puse în mare măsură bazele, fără de care dezvoltarea ulterioară a acestei științe ar fi fost pur și simplu de neconceput. Copernic, Galileo, Kepler au făcut o treabă grozavă în stabilirea fizicii ca știință care poate răspunde la aproape orice întrebare. Într-o serie întreagă de descoperiri se află legea gravitației universale, a cărei formulare finală aparține remarcabilului om de știință englez Isaac Newton.
Semnificația principală a lucrării acestui om de știință nu consta în descoperirea forței gravitației universale - atât Galileo, cât și Kepler au vorbit despre prezența acestei cantități chiar înainte de Newton, ci în faptul că el a fost primul care a demonstrat că aceleași forțe acționează. atât pe Pământ cât şi în spaţiul cosmic.aceleaşi forţe de interacţiune între corpuri.
Newton a confirmat în practică și a fundamentat teoretic faptul că absolut toate corpurile din Univers, inclusiv cele situate pe Pământ, interacționează între ele. Această interacțiune se numește gravitațională, în timp ce procesul gravitației universale în sine se numește gravitație.
Această interacțiune are loc între corpuri deoarece există un tip special, diferit de materie, care în știință se numește câmp gravitațional. Acest câmp există și funcționează în jurul oricărui obiect și nu există protecție față de acesta, deoarece are capacitatea unică de a pătrunde în orice material.
Forța gravitației universale, a cărei definiție și formulare a fost dată, este direct dependentă de produsul maselor corpurilor care interacționează și invers dependentă de pătratul distanței dintre aceste obiecte. Conform opiniei lui Newton, confirmată irefutat de cercetările practice, forța gravitației universale se găsește după următoarea formulă:
În ea, de o importanță deosebită este constanta gravitațională G, care este aproximativ egală cu 6,67*10-11(N*m2)/kg2.
Forța gravitației universale cu care corpurile sunt atrase de Pământ este caz special Legea lui Newton se numește gravitație. În acest caz, constanta gravitațională și masa Pământului însuși pot fi neglijate, astfel încât formula pentru găsirea forței gravitaționale va arăta astfel:
Aici g nu este altceva decât o accelerație a cărei valoare numerică este aproximativ egală cu 9,8 m/s2.
Legea lui Newton explică nu numai procesele care au loc direct pe Pământ, ci răspunde la multe întrebări legate de structura întregului sistem solar. În special, forța gravitației universale are o influență decisivă asupra mișcării planetelor pe orbitele lor. O descriere teoretică a acestei mișcări a fost făcută de Kepler, dar justificarea ei a devenit posibilă abia după ce Newton și-a formulat celebra sa lege.
Newton însuși a legat fenomenele gravitației terestre și extraterestre la exemplu simplu: Când este tras, nu zboară drept, ci de-a lungul unei traiectorii arcuite. Mai mult, cu o creștere a încărcăturii de praf de pușcă și a masei miezului, acesta din urmă va zbura din ce în ce mai departe. În cele din urmă, dacă presupunem că este posibil să obțineți atât de mult praf de pușcă și să construiți un astfel de tun, astfel încât ghiulele să zboare în jurul globului, atunci, după ce a făcut această mișcare, nu se va opri, ci își va continua mișcarea circulară (elipsoidală), transformându-se într-una artificială.În consecință, forța gravitației universale este aceeași în natură atât pe Pământ, cât și în spațiul cosmic.