Гравитация: формула, дефиниция. реферат

Абсолютно всички тела във Вселената са засегнати от магическа сила, която по някакъв начин ги привлича към Земята (по-точно към нейното ядро). Няма къде да избягаш, няма къде да се скриеш от всеобхватната магическа гравитация: нашата планета слънчева системасе привличат не само към огромното Слънце, но и един към друг, всички обекти, молекули и най-малките атоми също се привличат взаимно. известен дори на малките деца, посветил живота си на изучаването на този феномен, той установи един от най-великите закони - закона за всемирното притегляне.

Какво е гравитацията?

Определението и формулата отдавна са известни на мнозина. Припомнете си, че гравитацията е определена величина, едно от естествените прояви на универсалната гравитация, а именно: силата, с която всяко тяло неизменно се привлича към Земята.

Силата на гравитацията е обозначена латинска буква F тежък

Гравитация: формула

Как да изчислим насочено към определено тяло? Какви други количества трябва да знаете, за да направите това? Формулата за изчисляване на гравитацията е доста проста, изучава се в 7 клас средно училище, в началото на курса по физика. За да го научите не само, но и да го разберете, трябва да се изхожда от факта, че силата на гравитацията, неизменно действаща върху тялото, е право пропорционална на неговата количествена стойност (маса).

Единицата за гравитация е кръстена на великия учен Нютон.

Той винаги е насочен строго надолу към центъра на земното ядро, поради неговото влияние всички тела падат надолу с равномерно ускорение. Явленията на гравитацията в ЕжедневиетоНие наблюдаваме навсякъде и постоянно:

предмети, случайно или специално освободени от ръцете, задължително падат на земята (или на която и да е повърхност, предотвратяваща свободното падане);
спътник, изстрелян в космоса, не отлита от нашата планета на неопределено разстояние перпендикулярно нагоре, а остава в орбита;
всички реки текат от планини и не могат да бъдат обърнати;
случва се човек да падне и да се нарани;
най-малките прахови частици седят върху всички повърхности;
въздухът е концентриран на повърхността на земята;
трудни за носене чанти;
дъжд вали от облаци и облаци, вали сняг, градушка.

Наред с понятието "гравитация" се използва терминът "телесно тегло". Ако тялото е поставено върху плоска хоризонтална повърхност, тогава теглото и гравитацията му са числено равни, така че тези две понятия често се заменят, което изобщо не е правилно.

Ускорение на гравитацията

Концепцията за „ускорение свободно падане"(с други думи, тя е свързана с термина" гравитация. "Формулата показва: за да изчислите силата на гравитацията, трябва да умножите масата по g (ускорение на St. p.).

"g" = 9,8 N/kg, това е постоянна стойност. По-точните измервания обаче показват, че поради въртенето на Земята стойността на ускорението на St. п. не е същото и зависи от географската ширина: на северния полюс е = 9,832 N / kg, а на знойния екватор = 9,78 N / kg. Оказва се, в различни местапланети върху тела с еднаква маса, е насочена различна сила на гравитацията (формулата mg все още остава непроменена). За практически изчисления беше решено да се допуснат малки грешки в тази стойност и да се използва средната стойност от 9,8 N/kg.

Пропорционалността на такова количество като гравитацията (формулата доказва това) ви позволява да измерите теглото на обект с динамометър (подобно на обикновения домакински бизнес). Моля, имайте предвид, че устройството показва само силата, тъй като за да се определи точно теглотялото трябва да знае регионалната стойност на "g".

Действа ли гравитацията на някакво (близко и далечно) разстояние от центъра на Земята? Нютон е предположил, че той действа върху тялото дори на значително разстояние от Земята, но стойността му намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието от обекта до ядрото на Земята.

Гравитацията в Слънчевата система

Има ли определение и формула по отношение на други планети запазват своето значение. Само с една разлика в значението на "g":

на Луната = 1,62 N/kg (шест пъти по-малко, отколкото на Земята);
на Нептун = 13,5 N/kg (почти един и половина пъти по-висок, отколкото на Земята);
на Марс = 3,73 N/kg (повече от два пъти и половина по-малко, отколкото на нашата планета);
на Сатурн = 10,44 N/kg;
на живак = 3,7 N/kg;
на Венера = 8,8 N/kg;
на Уран = 9,8 N/kg (практически същото като нашето);
на Юпитер = 24 N/kg (почти два пъти и половина по-високо).

Не само най-загадъчните природни силино и най-мощният.

Човек на път към прогреса

В исторически план е било така човекдокато се движите напред пътища на прогресовладял все по-мощните природни сили. Той започна, когато нямаше нищо освен пръчка в юмрук и собствената си физическа сила.

Но той беше мъдър и донесе физическата сила на животните в службата си, правейки ги домашни. Конят ускори бягането си, камилата направи пустинята проходима, слонът — блатистата джунгла. Но физическите сили дори на най-силните животни са неизмеримо малки в сравнение със силите на природата.

Първото лице подчини елемента на огъня, но само в най-отслабените му версии. Първоначално – в продължение на много векове – той използва само дърва като гориво – много нискоенергиен вид гориво. Малко по-късно той се научи да използва вятърната енергия от този източник на енергия, човек вдигна бялото крило на платното във въздуха - и лек кораб прелетя като птица над вълните.

Платноходка по вълните

Той нагласи остриетата срещу поривите на вятъра вятърна мелница- и тежките камъни на воденичните камъни се завъртяха, пестиците на зърната затракаха. Но за всички е ясно, че енергията на въздушните струи далеч не е концентрирана. Освен това и платното, и вятърната мелница се страхуваха от удари на вятъра: бурята разкъса платната и потопи корабите, бурята счупи крилете и преобърна мелниците.

Още по-късно човекът започна да покорява течащата вода. Колелото е не само най-примитивното устройство, способно да преобразува енергията на водата във въртеливо движение, но и най-слабото в сравнение с различни.

Човекът се изкачи по стълбата на прогреса и имаше нужда от всичко големи количестваенергия.
Той започна да използва нови видове гориво - вече преходът към изгаряне на въглища увеличи енергийната интензивност на килограм гориво от 2500 kcal на 7000 kcal - почти три пъти. След това дойде време за нефт и газ. Отново енергийното съдържание на всеки килограм изкопаеми горива се е увеличило с един и половина до два пъти.

За смяна парни двигателипристигнаха парни турбини; мелничарските колела бяха заменени с хидравлични турбини. Тогава мъжът протегна ръка към делящия се уранов атом. Първото използване на нов вид енергия обаче има трагични последици - ядреният пламък на Хирошима през 1945 г. изпепелява 70 хиляди човешки сърца за минути.

През 1954 г. започва работа първата в света съветска атомна електроцентрала, която превръща силата на урана в лъчиста мощност на електрическия ток. И трябва да се отбележи, че килограм уран съдържа два милиона пъти повече енергия от килограм най-доброто масло.

Беше фундаментално нов огън, което би могло да се нарече физически, защото именно физиците са изследвали процесите, водещи до раждането на такива приказни количества енергия.
Уранът не е единственото ядрено гориво. Вече се използва по-мощен вид гориво - водородни изотопи.

За съжаление човекът все още не е успял да покори водородно-хелиевия ядрен пламък. Той знае как моментално да запали своя пламтящ огън, подпалвайки реакцията във водородна бомба с проблясък на уранова експлозия. Но все по-близо и по-близо учените виждат водороден реактор, който ще роди електричествов резултат на сливането на ядра от водородни изотопи в хелиеви ядра.

Отново количеството енергия, което човек може да вземе от всеки килограм гориво, ще се увеличи почти десетократно. Но дали тази стъпка ще бъде последната в предстоящата история на човешката власт над природните сили?

Не! Напред - овладяването на гравитационната форма на енергия. Тя е дори по-благоразумно опакована от природата, отколкото дори енергията на водородно-хелиевия синтез. Днес това е най-концентрираната форма на енергия, за която човек може дори да се досети.

Там все още не се вижда нищо повече отвъд острието на науката. И въпреки че можем уверено да кажем, че електроцентралите ще работят за човек, преработвайки гравитационната енергия в електрически ток (или може би в струя газ, излитаща от дюзата на реактивния двигател, или в планираната трансформация на вездесъщите атоми силиций и кислород в атоми на ултра-редки метали), все още не можем да кажем нищо за подробностите за такава електроцентрала ( ракетен двигател, физически реактор).

Силата на универсалната гравитация в началото на раждането на галактиките

Силата на универсалната гравитация е в основата на раждането на галактикитеот предзвездната материя, както е убеден академик В. А. Амбарцумян. Той също така гаси звездите, които са изгорили времето си, след като са изразходвали звездното гориво, отредено им при раждането.

Да, огледайте се: всичко на Земята до голяма степен се контролира от тази сила.

Именно тя определя слоевата структура на нашата планета - редуването на литосферата, хидросферата и атмосферата. Тя държи дебел слойгазове на въздуха, на дъното на които и благодарение на които всички ние съществуваме.

Ако нямаше гравитация, Земята веднага щеше да излезе от орбитата си около Слънцето, а самото земно кълбо щеше да се разпадне, разкъсано от центробежни сили. Трудно е да се намери нещо, което в една или друга степен не би било зависимо от силата на универсалната гравитация.

Разбира се, древните философи, много наблюдателни хора, не можеха да не забележат, че един камък, хвърлен нагоре, винаги се връща. Платон през 4-ти век пр. н. е. обяснява това с факта, че всички вещества на Вселената клонят към мястото, където са концентрирани повечето подобни вещества: хвърлен камък пада на земята или отива на дъното, разлятата вода се просмуква в най-близкото езерце или в река, която си пробива път към морето, димът на огъня се втурва към сродните му облаци.

Ученикът на Платон, Аристотел, изяснява, че всички тела имат специални свойства на тежест и лекота. Тежките тела - камъни, метали - се втурват към центъра на Вселената, светлината - огън, дим, пари - към периферията. Тази хипотеза, която обяснява някои от явленията, свързани със силата на универсалната гравитация, съществува повече от 2 хиляди години.

Учени за силата на гравитацията

Вероятно първият, който повдига въпроса за сила на тежесттанаистина научен, беше гений на Ренесанса - Леонардо да Винчи. Леонардо провъзгласи, че гравитацията е характерна не само за Земята, че има много центрове на тежестта. И той също така предположи, че силата на тежестта зависи от разстоянието до центъра на тежестта.

Творбите на Коперник, Галилей, Кеплер, Робърт Хук доближиха все повече и повече до идеята за закона за универсалното привличане, но в окончателната си формулировка този закон завинаги се свързва с името на Исак Нютон.

Исак Нютон за силата на гравитацията

Роден на 4 януари 1643 г. Завършва университета в Кеймбридж, става бакалавър, след това - магистър на науките.

Исак Нютон

Всичко, което следва, е безкрайно богатство от научни трудове. Но основната му работа е „Математическите принципи на естествената философия“, публикувана през 1687 г. и обикновено наричана просто „Начало“. Именно в тях е формулирано великото. Сигурно всички го помнят от гимназията.

Всички тела се привличат едно към друго със сила, която е право пропорционална на произведението на масите на тези тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях ...

Някои разпоредби от тази формулировка биха могли да бъдат предвидени от предшествениците на Нютон, но тя все още не е предоставена на никого в нейната цялост. Гениалността на Нютон беше необходима, за да събере тези фрагменти в едно цяло, за да разпространи привличането на Земята към Луната, а Слънцето - към цялата планетарна система.

От закона за всемирното привличане Нютон извежда всички закони за движение на планетите, открити преди това от Кеплер. Те бяха просто неговите последствия. Нещо повече, Нютон показа, че не само законите на Кеплер, но и отклоненията от тези закони (в света на три или повече тела) са резултат от универсалната гравитация... Това беше голям триумф на науката.

Изглеждаше, че най-накрая е открита и математически описана основната сила на природата, която движи световете, силата, на която са подчинени молекулите на въздуха, ябълките и Слънцето. Гигантска, неизмеримо огромна беше стъпката, предприета от Нютон.

Първият популяризатор на творчеството на блестящ учен, френският писател Франсоа Мари Аруе, световноизвестен под псевдонима Волтер, каза, че Нютон внезапно се досещал за съществуването на закон, наречен на негово име, когато гледал падаща ябълка.

Самият Нютон никога не е споменавал тази ябълка. И едва ли си струва да губите време днес, за да опровергаете това красива легенда. И очевидно Нютон е стигнал до разбирането на великата сила на природата чрез логически разсъждения. Вероятно е бил включен в съответната глава на „Началата“.

Силата на гравитацията влияе върху полета на ядрото

Да предположим, че за много висока планина, толкова високо, че горната му част вече е извън атмосферата, монтирахме гигантско артилерийско оръдие. Цевта му беше поставена строго успоредно на повърхността на земното кълбо и изстреляна. Описване на дъгата ядрото пада на земята.

Увеличаваме заряда, подобряваме качеството на барута, по един или друг начин караме ядрото да се движи с по-висока скорост след следващия изстрел. Дъгата, описана от сърцевината, става по-плоска. Ядрото пада много по-далеч от подножието на нашата планина.

Също така увеличаваме заряда и стреляме. Ядрото лети по толкова нежна траектория, че се спуска успоредно на повърхността на земното кълбо. Ядрото вече не може да падне на Земята: със същата скорост, с която пада, Земята се измъква изпод него. И след като е описал пръстена около нашата планета, ядрото се връща към изходната точка.

Междувременно пистолетът може да бъде изваден. В крайна сметка полетът на ядрото около земното кълбо ще отнеме повече от час. И тогава ядрото бързо ще помете върха на планината и ще отиде в нов кръг около Земята. Паднете, ако, както се договорихме, ядрото не изпитва никакво въздушно съпротивление, то никога няма да може.

Основната скорост за това трябва да бъде близо 8 km/sec. И ако увеличите скоростта на полета на ядрото? Първо ще лети в дъга, по-нежна от кривината на земната повърхност, и ще започне да се отдалечава от Земята. В същото време скоростта му под влияние на гравитацията на Земята ще намалее.

И накрая, обръщайки се, ще започне сякаш да пада обратно към Земята, но ще прелети покрай нея и вече няма да завършва кръг, а елипса. Ядрото ще се движи около Земята точно по същия начин, както Земята се движи около Слънцето, а именно по елипса, в един от фокусите на която ще се намира центърът на нашата планета.

Ако допълнително увеличим първоначалната скорост на ядрото, елипсата ще се окаже по-разтегната. Възможно е тази елипса да се разтегне по такъв начин, че ядрото да достигне лунната орбита или дори много по-далеч. Но докато началната скорост на това ядро не надвиши 11,2 km/s, то ще остане спътник на Земята.

Ядрото, което получи скорост над 11,2 km/s при изстрел, завинаги ще отлети от Земята по параболична траектория. Ако елипсата е затворена крива, тогава параболата е крива, която има два клона, отиващи до безкрайност. Движейки се по елипса, колкото и издължена да е тя, неизбежно ще се връщаме систематично към началната точка. Движейки се по парабола, ние никога няма да се върнем към началната точка.

Но след като напусна Земята с тази скорост, ядрото все още няма да може да лети до безкрайност. Мощната гравитация на Слънцето ще извие траекторията на своя полет, ще се затвори около себе си като траекторията на планета. Ядрото ще стане сестра на Земята, малка планета в нашето собствено семейство планети.

За да насочите ядрото извън планетарната система, за да преодолеете слънчевото привличане, е необходимо да му кажете скорост над 16,7 km / s и да го насочите така, че скоростта на собственото движение на Земята да се добави към тази скорост .

Скорост от около 8 km / s (тази скорост зависи от височината на планината, от която нашето оръжие стреля) се нарича кръгова скорост, скоростите от 8 до 11,2 km / s са елиптични, от 11,2 до 16,7 km / s са параболични, а над това число - освобождаващи скорости.

Тук трябва да се добави, че дадените стойности на тези скорости са валидни само за Земята. Ако живеехме на Марс, кръговата скорост би била много по-лесна за постигане - там е само около 3,6 km/s, а параболичната скорост е малко повече от 5 km/s.

От друга страна, би било много по-трудно да изпратим ядрото в космически полет от Юпитер, отколкото от Земята: кръговата скорост на тази планета е 42,2 km/s, а параболичната скорост е дори 61,8 km/s!

Най-трудно би било за жителите на Слънцето да напуснат своя свят (ако, разбира се, такъв може да съществува). Кръговата скорост на този гигант трябва да бъде 437,6, а скоростта на разделяне - 618,8 km / s!

И така, Нютон в края на 17-ти век, сто години преди първия полет, изпълнен с топъл въздух балон с горещ въздухБратя Монголфие, двеста години преди първите полети на самолета на братя Райт и почти четвърт хилядолетие преди излитането на първите течни ракети, посочиха пътя към небето за спътници и космически кораби.

Силата на гравитацията е присъща на всяка сфера

Като се използва закон на гравитациятаса открити неизвестни планети, създадени са космогонични хипотези за произхода на Слънчевата система. Основната сила на природата, която управлява звездите, планетите, ябълките в градината и газовите молекули в атмосферата, е открита и математически описана.

Но ние не знаем механизма на универсалната гравитация. Нютоновата гравитация не обяснява, но визуално представя текущото състояние на планетарното движение.

Не знаем какво причинява взаимодействието на всички тела на Вселената. И не може да се каже, че Нютон не се е интересувал от тази причина. Дълги години той размишляваше върху възможния му механизъм.

Между другото, това наистина е изключително мистериозна сила. Сила, която се проявява през стотици милиони километри пространство, лишено на пръв поглед от каквито и да било материални образувания, с помощта на което би могло да се обясни пренасянето на взаимодействие.

Хипотезите на Нютон

И Нютонприбягва до хипотезаза съществуването на определен етер, който уж изпълва цялата Вселена. През 1675 г. той обяснява привличането към Земята с факта, че етерът, изпълващ цялата Вселена, се втурва към центъра на Земята в непрекъснати потоци, улавяйки всички обекти в това движение и създавайки гравитационна сила. Същият поток от етер се втурва към Слънцето и, влачейки планетите, кометите, осигурява техните елипсовидни траектории...

Това не беше много убедителна, макар и абсолютно математически логична хипотеза. Но сега, през 1679 г., Нютон създава нова хипотеза, обясняваща механизма на гравитацията. Този път той дарява на етера със свойството да има различна концентрация близо до планетите и далеч от тях. Колкото по-далеч от центъра на планетата, толкова етерът е предполагаемо по-плътен. И има свойството да изтласква всички материални тела от техните по-плътни слоеве в по-малко плътни. И всички тела са изтласкани на повърхността на Земята.

През 1706 г. Нютон рязко отрича самото съществуване на етера. През 1717 г. той отново се връща към хипотезата за изцеждането на етер.

Гениалният мозък на Нютон се бори за решението на голямата мистерия и не го намира. Това обяснява толкова рязко хвърляне от страна на страна. Нютон казваше:

Не правя хипотези.

И въпреки че, както само успяхме да проверим, това не е напълно вярно, определено можем да заявим нещо друго: Нютон успя да разграничи ясно неща, които са неоспорими, от нестабилни и противоречиви хипотези. И в Елементите има формула на великия закон, но няма опит да се обясни неговият механизъм.
Великият физик завеща тази гатанка на човека на бъдещето. Той умира през 1727 г.
Не е решен и днес.

Дискусията за физическата същност на закона на Нютон отне два века. И може би тази дискусия нямаше да засяга самата същност на закона, ако той отговори точно на всички поставени му въпроси.

Но фактът е, че с течение на времето се оказа, че този закон не е универсален. Че има случаи, когато не може да обясни това или онова явление. Да дадем примери.

Силата на гравитацията в изчисленията на Seeliger

Първият от тях е парадоксът на Зелигер. Смятайки, че Вселената е безкрайна и равномерно изпълнена с материя, Силигер се опитва да изчисли, според закона на Нютон, универсалната гравитационна сила, създадена от цялата безкрайно голяма маса на безкрайната Вселена в даден момент от нея.

Това не беше лесна задача от гледна точка на чистата математика. След като преодолява всички трудности на най-сложните трансформации, Зелигер открива, че желаната сила на универсалната гравитация е пропорционална на радиуса на Вселената. И тъй като този радиус е равен на безкрайност, тогава гравитационната сила трябва да бъде безкрайно голяма. Ние обаче не виждаме това на практика. Това означава, че законът за всемирното притегляне не важи за цялата Вселена.

Възможни са обаче и други обяснения за парадокса. Например, можем да предположим, че материята не запълва равномерно цялата Вселена, но нейната плътност постепенно намалява и накрая, някъде много далеч, изобщо няма материя. Но да си представим такава картина означава да допуснем възможността за съществуване на пространство без материя, което като цяло е абсурдно.

Можем да предположим, че силата на гравитацията отслабва по-бързо, отколкото квадратът на разстоянието се увеличава. Но това поставя под съмнение изненадващата хармония на закона на Нютон. Не, и това обяснение не удовлетвори учените. Парадоксът си остана парадокс.

Наблюдения на движението на Меркурий

Друг факт, действието на силата на универсалната гравитация, необяснено от закона на Нютон, доведе наблюдение на движението на Меркурий- най-близо до планетата. Точните изчисления според закона на Нютон показват, че перехелионът - точката на елипсата, по която Меркурий се движи най-близо до Слънцето - трябва да се измести с 531 дъгови секунди за 100 години.

И астрономите са открили, че това изместване е равно на 573 дъгови секунди. Този излишък - 42 дъгови секунди - също не може да бъде обяснен от учените, използвайки само формули, произтичащи от закона на Нютон.

Той обясни както парадокса на Зелигер, така и изместването на перхелиона на Меркурий, и много други парадоксални явления и необясними факти Алберт Айнщайн, един от най-великите, ако не и най-великият физик на всички времена. Сред досадните малки неща беше въпросът за ефирен вятър.

Експерименти на Алберт Майкелсън

Изглежда, че този въпрос не засяга пряко проблема с гравитацията. Той се отнасяше към оптиката, към светлината. По-точно към определението за неговата скорост.

Датският астроном е първият, който определи скоростта на светлината. Олаф Ремернаблюдавайки затъмнението на луните на Юпитер. Това се случи още през 1675 г.

американски физик Алберт Майкълсънв края на 18 век той провежда серия от определяния на скоростта на светлината при земни условия, използвайки апарата, който е проектирал.

През 1927 г. той дава скоростта на светлината като 299796 + 4 km/s, което е отлична точност за онези времена. Но същността на въпроса е друга. През 1880 г. той решава да изследва ефирния вятър. Той искаше най-накрая да установи съществуването на точно този етер, с присъствието на който се опитаха да обяснят както предаването на гравитационно взаимодействие, така и предаването на светлинни вълни.

Майкълсън е може би най-забележителният експериментатор на своето време. Имаше отлично оборудване. И беше почти сигурен в успеха.

Същност на опита

Опитбеше замислен така. Земята се движи по орбитата си със скорост около 30 км/сек.. Движи се във въздуха. Това означава, че скоростта на светлината от източник, който е пред приемника спрямо движението на Земята, трябва да бъде по-голяма, отколкото от източник, който е от другата страна. В първия случай скоростта на ефирния вятър трябва да се добави към скоростта на светлината; във втория случай скоростта на светлината трябва да намалее с тази стойност.

Разбира се, скоростта на Земята в нейната орбита около Слънцето е само една десет хилядна от скоростта на светлината. Намирането на толкова малък термин е много трудно, но Майкелсън беше наречен краля на прецизността с причина. Той използва гениален начин да улови „неуловимата“ разлика в скоростите на светлинните лъчи.

Той раздели лъча на две равен потоки ги насочи във взаимно перпендикулярни посоки: по меридиана и по паралела. Отразени от огледалата, лъчите се върнаха. Ако лъчът, който върви по паралел, изпита влиянието на ефирния вятър, при добавянето му към меридионалния лъч би трябвало да възникнат интерференционни ресни, вълните на двата лъча щяха да бъдат изместени във фаза.

Въпреки това за Майкелсън беше трудно да измери пътищата на двата лъча с такава голяма точност, така че те да са абсолютно еднакви. Затова той построи апарата, така че да няма интерференционни ресни, и след това го обърна на 90 градуса.

Меридионалният лъч стана широчинен и обратно. Ако има ефирен вятър, под окуляра трябва да се появят черни и светли ивици! Но те не бяха. Може би, когато завърта устройството, ученият го премести.

Настрои го по обяд и го оправи. В крайна сметка, освен факта, че той също се върти около ос. И така в различно времедни, широчинният лъч заема различно положение спрямо настъпващия ефирен вятър. Сега, когато апаратът е строго неподвижен, човек може да се убеди в точността на експеримента.

Отново нямаше интерференционни ресни. Експериментът се провежда многократно и Майкелсън, а с него и всички физици от онова време, бяха изумени. Ефирният вятър не беше открит! Светлината се движеше във всички посоки с еднаква скорост!

Никой не успя да обясни това. Майкълсън повтаря експеримента отново и отново, подобрява оборудването и накрая постига почти невероятна точност на измерване, с порядък по-голяма от необходимата за успеха на експеримента. И пак нищо!

Експерименти на Алберт Айнщайн

Следващата голяма стъпка познания за силата на гравитациятаНаправих Алберт Айнщайн.
Веднъж Алберт Айнщайн беше попитан:

Как стигнахте до вашата специална теория на относителността? При какви обстоятелства ви хрумна брилянтна идея? Ученият отговори: „Винаги ми се струваше, че това е така.

Може би не искаше да бъде откровен, може би искаше да се отърве от досадния събеседник. Но е трудно да си представим, че идеята на Айнщайн за връзките на времето, пространството и скоростта е била вродена.

Не, разбира се, в началото имаше предчувствие, ярко като светкавица. След това започна развитието. Не, няма противоречия с познатите явления. И тогава се появиха онези пет страници, пълни с формули, които бяха публикувани във физическо списание. Отворени страници нова еравъв физиката.

Представете си космически кораб, който лети през космоса. Веднага ще ви предупредим: звездолетът е много особен, такъв, за който не сте чели в научно-фантастичните истории. Дължината му е 300 хиляди километра, а скоростта му е, да кажем, 240 хиляди km / s. И този космически кораб лети покрай една от междинните платформи в космоса, без да се спира на нея. На пълна скорост.

Един от пътниците стои на палубата на звездолета с часовник. И аз и ти, читателю, стоим на платформа - дължината й трябва да съответства на размера на звездолет, тоест 300 хиляди километра, иначе няма да може да се залепи за нея. И ние също имаме часовник в ръцете си.

Забелязваме, че в момента, когато носът на звездолета настигна задния край на нашата платформа, върху него проблясва фенер, осветявайки пространството около него. Секунда по-късно лъч светлина достигна предния ръб на нашата платформа. Ние не се съмняваме в това, защото знаем скоростта на светлината и сме успели да определим точно съответния момент на часовника. И на звезден кораб...

Но звездният кораб също полетя към лъча светлина. И съвсем определено видяхме, че светлината осветяваше кърмата му в момента, когато беше някъде близо до средата на платформата. Определено видяхме, че лъчът светлина не покрива 300 хиляди километра от носа до кърмата на кораба.

Но пътниците на палубата на звездолета са сигурни в нещо друго. Те са сигурни, че лъчът им е изминал цялото разстояние от носа до кърмата от 300 хиляди километра. В крайна сметка той отдели цяла секунда за това. Те също абсолютно точно го записаха на часовниците си. И как би могло да бъде иначе: в края на краищата скоростта на светлината не зависи от скоростта на източника ...

Как така? Виждаме ли едно нещо от фиксирана платформа, а друго за тях на палубата на звезден кораб? Какъв е проблема?

Теорията на относителността на Айнщайн

Веднага трябва да се отбележи: Теорията на относителността на Айнщайнна пръв поглед това абсолютно противоречи на нашата установена представа за структурата на света. Можем да кажем, че противоречи и на здравия разум, тъй като сме свикнали да го представяме. Това се е случвало много пъти в историята на науката.

Но откриването на сферичността на Земята противоречи на здравия разум. Как хората да живеят от другата страна и да не паднат в пропастта?

За нас сферичността на Земята е несъмнен факт, а от гледна точка на здравия разум всяко друго предположение е безсмислено и диво. Но отдръпнете се от времето си, представете си първата поява на тази идея и ще разберете колко трудно би било да я приемете.

Е, по-лесно ли беше да признаем, че Земята не е неподвижна, а лети по траекторията си десетки пъти по-бързо от гюле?

Всичко това бяха развалини на здравия разум. Следователно съвременните физици никога не се позовават на него.

Сега да се върнем към специалната теория на относителността. Светът я разпознава за първи път през 1905 г. от статия, подписана от малцина известно име- Алберт Айнщайн. А по това време той беше само на 26 години.

Айнщайн направи едно много просто и логично предположение от този парадокс: от гледна точка на наблюдател на платформата, в движеща се кола е минало по-малко време, отколкото измерва ръчният ви часовник. В колата протичането на времето се забави в сравнение с времето на неподвижната платформа.

От това предположение логично следваха доста удивителни неща. Оказа се, че човек, който пътува до работа в трамвай, в сравнение с пешеходец, който върви по същия начин, не само спестява време поради скоростта, но и върви по-бавно за него.

Не се опитвайте обаче да запазите вечната младост по този начин: дори да станете шофьор на файтон и да прекарате една трета от живота си в трамвай, за 30 години едва ли ще спечелите повече от една милионна част от секундата. За да може печалбата във времето да стане забележима, е необходимо да се движите със скорост, близка до скоростта на светлината.

Оказва се, че увеличаването на скоростта на телата се отразява в тяхната маса. Колкото по-близо е скоростта на тялото до скоростта на светлината, толкова по-голяма е неговата маса. При скоростта на тяло, равна на скоростта на светлината, неговата маса е равна на безкрайност, тоест тя е по-голяма от масата на Земята, Слънцето, Галактиката, цялата ни Вселена... Това е колко маса може да се концентрира в обикновен калдъръм, ускорявайки го до скорост
Света!

Това налага ограничение, което не позволява на нито едно материално тяло да развие скорост, равна на скоростта на светлината. В крайна сметка с нарастването на масата става все по-трудно да се разпръсне. И безкрайна маса не може да бъде преместена с никаква сила.

Природата обаче е направила много важно изключение от този закон за цял клас частици. Например за фотони. Те могат да се движат със скоростта на светлината. По-точно не могат да се движат с друга скорост. Немислимо е да си представим неподвижен фотон.

Когато е неподвижен, той няма маса. Освен това неутрините нямат маса на покой, а също така са обречени на вечен необуздан полет през космоса с максималната възможна скорост в нашата Вселена, без да изпреварват светлината и да са в крак с нея.

Не е ли вярно, че всяко едно от изброените от нас следствия на специалната теория на относителността е изненадващо, парадоксално! И всеки, разбира се, противоречи на "здравия разум"!

Но ето какво е интересно: не в своята конкретна форма, а като широка философска позиция, всички тези удивителни последици са предсказани от основателите на диалектическия материализъм. Какво казват тези следствия? За връзките, които свързват енергия и маса, маса и скорост, скорост и време, скорост и дължина на движещ се обект...

Откритието на Айнщайн за взаимозависимост, като цимент (още:), свързващ заедно армировка или фундаментни камъни, свърза неща и явления, които преди това изглеждаха независими едно от друго и създаде основата, върху която за първи път в историята на науката беше възможно да се изгради хармонична сграда. Тази сграда е представяне на това как работи нашата вселена.

Но първо, поне няколко думи за общата теория на относителността, също създадена от Алберт Айнщайн.

Алберт Айнщайн

Това име - общата теория на относителността - не отговаря съвсем на съдържанието на теорията, която ще бъде обсъдена. Той установява взаимозависимост между пространството и материята. Явно би било по-правилно да го наречем теория пространство-време, или теория на гравитацията.

Но това име е нараснало толкова тясно с теорията на Айнщайн, че дори повдигането на въпроса за замяната му сега изглежда неприлично за много учени.

Общата теория на относителността установява взаимозависимостта между материята и времето и пространството, които я съдържат. Оказа се, че пространството и времето не само не могат да се представят като съществуващи отделно от материята, но техните свойства зависят и от материята, която ги изпълва.

Отправна точка на дискусията

Следователно може само да се уточни отправна точка на дискусиятаи да направи някои важни изводи.

В началото на космическото пътуване неочаквана катастрофа унищожи библиотеката, филмовия фонд и други хранилища на ума, паметта на хората, летящи в космоса. А природата на родната планета се забравя в смяната на вековете. Забравен е дори законът за всемирното привличане, защото ракетата лети в междугалактическото пространство, където почти не се усеща.

Двигателите на кораба обаче работят превъзходно, захранването с енергия в батериите е практически неограничено. През повечето време корабът се движи по инерция, а жителите му са свикнали с безтегловност. Но понякога те включват двигателите и забавят или ускоряват движението на кораба. Когато струйните дюзи пламнат в празнотата с безцветен пламък и корабът се движи с ускорена скорост, жителите усещат, че телата им стават тежки, принудени са да обикалят около кораба, а не да летят по коридорите.

И сега полетът е близо до завършване. Корабът лети до една от звездите и попада в орбитите на най-подходящата планета. Звездолетите излизат, вървят по свежа зелена земя, постоянно изпитват същото чувство на тежест, познато от времето, когато корабът се движеше с ускорени темпове.

Но планетата се движи равномерно. Не може да лети към тях с постоянно ускорение от 9,8 m/s2! И те имат първото предположение, че гравитационното поле (гравитационната сила) и ускорението дават същия ефект и може би имат общ характер.

Никой от нашите земни съвременници не е бил на толкова дълъг полет, но много хора усетиха феномена на „утежняване” и „олекчаване” на телата си. Вече обикновен асансьор, когато се движи с ускорени темпове, създава това усещане. При спускане усещате внезапна загуба на тегло, при изкачване, напротив, подът притиска краката ви с по-голяма сила от обикновено.

Но едно чувство не доказва нищо. В крайна сметка усещанията се опитват да ни убедят, че Слънцето се движи в небето около неподвижната Земя, че всички звезди и планети са на еднакво разстояние от нас, в небосвода и т.н.

Учените подложиха усещанията на експериментална проверка. Дори Нютон се замисли за странната идентичност на двата феномена. Той се опита да им даде числени характеристики. След като измери гравитационните и , той се убеди, че техните стойности винаги са строго равни една на друга.

От каквито и материали да е направил махалата на пилотния завод: от сребро, олово, стъкло, сол, дърво, вода, злато, пясък, пшеница. Резултатът беше същият.

Принцип на еквивалентност, за който говорим, е в основата на общата теория на относителността, въпреки че съвременната интерпретация на теорията вече не се нуждае от този принцип. Пропускайки математическите изводи, които следват от този принцип, нека преминем директно към някои следствия от общата теория на относителността.

Наличието на големи маси от материя оказва силно влияние върху околното пространство. Това води до такива изменения в него, които могат да се определят като нехомогенности на пространството. Тези нехомогенности насочват движението на всякакви маси, които са близо до привличащото тяло.

Обикновено се прибягва до такава аналогия. Представете си платно, опънато плътно върху рамка, успоредна на земната повърхност. Сложете тежка тежест върху него. Това ще бъде нашата голяма привличаща маса. Тя, разбира се, ще огъне платното и ще се окаже в някаква вдлъбнатина. Сега превъртете топката върху това платно по такъв начин, че част от пътя му да лежи до привличащата маса. В зависимост от това как ще бъде изстреляна топката са възможни три варианта.

Топката ще лети достатъчно далеч от вдлъбнатината, създадена от отклонението на платното и няма да промени движението си.
Топката ще докосне вдлъбнатината и линиите на нейното движение ще се огъват към привличащата маса.
Топката ще падне в тази дупка, няма да може да излезе от нея и ще направи един или два оборота около гравитиращата маса.

Не е ли вярно, че третият вариант много красиво моделира улавянето от звезда или планета на чуждо тяло, небрежно влетяло в тяхното поле на привличане?

И вторият случай е огъването на траекторията на тяло, летящо със скорост, по-голяма от възможната скорост на улавяне! Първият случай е подобен на летене извън практическия обсег на гравитационното поле. Да, практично е, защото теоретично гравитационното поле е неограничено.

Разбира се, това е много далечна аналогия, главно защото никой не може да си представи отклонението на нашето триизмерно пространство. Какво физическо значениетова отклонение или кривина, както често казват, никой не знае.

От общата теория на относителността следва, че всяко материално тяло може да се движи в гравитационно поле само по извити линии. Само в специални случаи кривата се превръща в права линия.

Лъчът светлина също се подчинява на това правило. В крайна сметка той се състои от фотони, които имат определена маса в полет. И гравитационното поле оказва влияние върху него, както и върху молекула, астероид или планета.

Друг важен изводе, че гравитационното поле също променя хода на времето. В близост до голяма привличаща маса, в силно гравитационно поле, създадено от нея, времето трябва да бъде по-бавно, отколкото далеч от нея.

Виждате ли, и общата теория на относителността е изпълнена с парадоксални заключения, които могат да преобърнат идеите ни за „здрав разум“ отново и отново!

Гравитационен колапс

Нека поговорим за невероятно явление от космическа природа - за гравитационния колапс (катастрофално компресиране). Това явление се случва в гигантски натрупвания на материя, където гравитационните сили достигат толкова огромни величини, че никакви други сили, съществуващи в природата, не могат да им устоят.

Спомнете си известната формула на Нютон: колкото по-голяма е силата на гравитацията, толкова по-малък е квадратът на разстоянието между гравитиращите тела. По този начин, колкото по-плътно става материалното образувание, колкото по-малък е неговият размер, толкова по-бързо се увеличават гравитационните сили, толкова по-неизбежно е тяхното разрушително прегръщане.

Има хитър трик, с помощта на които природата се бори с привидно безграничното компресиране на материята. За да направи това, той спира самия ход на времето в сферата на действие на свръхгигантските гравитационни сили, а окованите маси от материя са сякаш изключени от нашата Вселена, замръзнали в странен летаргичен сън.

Първата от тези "черни дупки" на космоса вероятно вече е открита. Според предположението на съветските учени О. Х. Хусейнов и А. Ш. Новрузова, това е делтата на Близнаци - двойна звезда с един невидим компонент.

Видимият компонент има маса 1,8 слънчева, а невидимият му „партньор“ според изчисленията трябва да бъде четири пъти по-масивен от видимия. Но от нея няма следи: вижте невероятно творениеприродата, "черна дупка", е невъзможна.

Съветският учен професор К. П. Станюкович, както се казва, „на върха на писалката“, показа чрез чисто теоретични конструкции, че частиците от „замръзнала материя“ могат да бъдат много разнообразни по размер.

Неговите гигантски образувания са възможни, подобно на квазарите, непрекъснато излъчващи толкова енергия, колкото излъчват всичките 100 милиарда звезди на нашата Галактика.
Възможни са много по-скромни бучки, равни само на няколко слънчеви маси. И тези, и други обекти могат да възникнат от обикновена, а не от „спяща“ материя.
И са възможни образувания от съвсем различен клас, съизмерими по маса с елементарни частици.

За да възникнат, е необходимо първо да се подложи материята, която ги прави, на гигантски натиск и да се забие в сферата на Шварцшилд – сфера, в която времето за външен наблюдател спира напълно. И дори ако след това налягането дори бъде премахнато, частиците, за които времето е спряло, ще продължат да съществуват независимо от нашата Вселена.

планкеони

Планкеоните са много специален клас частици. Те имат, според К. П. Станюкович, изключително интересен имот: те носят материя в себе си непроменена, каквато е била преди милиони и милиарди години. Поглеждайки вътре в планкеона, можем да видим материята такава, каквато е била по време на раждането на нашата вселена. Според теоретичните изчисления във Вселената има около 1080 планкеона, приблизително един планкеон в куб пространство със страна 10 сантиметра. Между другото, по същото време като Станюкович и (независимо от него хипотезата за планкеоните е изложена от акад. М. А. Марков. Само Марков им дава различно име - максимони.

Специални свойства на планкеоните могат да се използват и за обяснение на понякога парадоксални трансформации на елементарни частици. Известно е, че при сблъсък на две частици никога не се образуват фрагменти, но възникват други елементарни частици. Това е наистина невероятно: в обикновения свят, счупвайки ваза, никога няма да получим цели чаши или дори розетки. Но да предположим, че в дълбините на всяка елементарна частица има планкеон, един или няколко, а понякога и много планкеони.

В момента на сблъсък на частици плътно завързаната „торба“ на планкеона се отваря леко, някои частици ще „паднат“ в нея и вместо да „изскочат“ тези, които считаме за възникнали при сблъсъка. В същото време планкеонът, като старателен счетоводител, ще осигури всички "закони за опазване", приети в света на елементарните частици.
Е, какво общо има механизмът на универсалната гравитация?

"Отговорни" за гравитацията, според хипотезата на К. П. Станюкович, са малките частици, така наречените гравитони, непрекъснато излъчвани от елементарни частици. Гравитоните са толкова по-малки от последните, колкото прашинка, танцуваща в слънчев лъч, е по-малка от земното кълбо.

Излъчването на гравитоните се подчинява на редица закономерности. По-специално, те са по-лесни за летене в този регион на космоса. Което съдържа по-малко гравитони. Така че ако са две небесни телаа, и двете ще излъчват гравитони предимно "навън", в посоки, противоположни един на друг. Това създава импулс, който кара телата да се приближават едно към друго, да се привличат.

Гравитационната сила е силата, с която телата с определена маса се привличат едно към друго, разположени на определено разстояние едно от друго.

Английският учен Исак Нютон през 1867 г. открива закона за всемирното привличане. Това е един от основните закони на механиката. Същността на този закон е следната:всякакви две материални частици се привличат една към друга със сила, която е право пропорционална на произведението на техните маси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

Силата на привличане е първата сила, която човек усети. Това е силата, с която Земята действа върху всички тела, разположени на нейната повърхност. И всеки човек чувства тази сила като собствена тежест.

Закон за гравитацията

Има легенда, че Нютон открива закона за всемирното привличане съвсем случайно, разхождайки се вечер в градината на родителите си. Творчески хорапостоянно търсят научни открития- това не е мигновено прозрение, а плод на дълга умствена работа. Седейки под едно ябълково дърво, Нютон мислеше за друга идея и изведнъж една ябълка падна на главата му. За Нютон беше ясно, че ябълката падна в резултат на гравитацията на Земята. „Но защо луната не пада на Земята? той помисли. "Това означава, че някаква друга сила действа върху него, като го държи в орбита." Ето как известният закон на гравитацията.

Учените, които преди това са изследвали въртенето на небесните тела, вярват, че небесните тела се подчиняват на съвсем различни закони. Тоест се предполагаше, че има напълно различни закони на привличането на повърхността на Земята и в космоса.

Нютон комбинира тези предполагаеми видове гравитация. Анализирайки законите на Кеплер, описващи движението на планетите, той стига до заключението, че силата на привличане възниква между всякакви тела. Тоест, както падналата в градината ябълка, така и планетите в космоса са засегнати от сили, които се подчиняват на един и същ закон – закона за всемирното привличане.

Нютон открива, че законите на Кеплер работят само ако между планетите има сила на привличане. И тази сила е право пропорционална на масите на планетите и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

Силата на привличане се изчислява по формулата F=G m 1 m 2 / r 2

м 1 е масата на първото тяло;

m2е масата на второто тяло;

r е разстоянието между телата;

г е коефициентът на пропорционалност, който се нарича гравитационна константаили гравитационна константа.

Стойността му е определена експериментално. г\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Ако две материални точкис маса, равна на единица маса, са на разстояние, равно на едноразстояние, те се привличат със сила, равна наг.

Силите на привличане са гравитационните сили. Те също се наричат земно притегляне. Те са подчинени на закона за универсалното привличане и се появяват навсякъде, тъй като всички тела имат маса.

Земно притегляне

Гравитационната сила близо до повърхността на Земята е силата, с която всички тела се привличат към Земята. Обаждат й се земно притегляне. Счита се за постоянно, ако разстоянието на тялото от земната повърхност е малко в сравнение с радиуса на Земята.

Тъй като гравитацията, която е гравитационната сила, зависи от масата и радиуса на планетата, тя ще бъде различна на различните планети. Тъй като радиусът на Луната е по-малък от радиуса на Земята, тогава силата на привличане на Луната е по-малка от тази на Земята с 6 пъти. А на Юпитер, напротив, гравитацията е 2,4 пъти по-голяма от гравитацията на Земята. Но телесното тегло остава постоянно, независимо къде се измерва.

Много хора бъркат значението на тежестта и гравитацията, вярвайки, че гравитацията винаги е равна на теглото. Но не е така.

Силата, с която тялото натиска опората или разтяга окачването, това е теглото. Ако опората или окачването се отстранят, тялото ще започне да пада с ускорението на свободното падане под действието на гравитацията. Силата на гравитацията е пропорционална на масата на тялото. Изчислява се по формулатаФ= m ж , където м- телесна маса, г-ускорение на гравитацията.

Телесното тегло може да се промени, а понякога и да изчезне напълно. Представете си, че сме в асансьор на последния етаж. Асансьорът си заслужава. В този момент нашето тегло P и силата на гравитацията F, с които Земята ни дърпа, са равни. Но веднага щом асансьорът започна да се движи надолу с ускорение а , теглото и гравитацията вече не са равни. Според втория закон на Нютонmg+ P = ma . P = m g -ма.

От формулата се вижда, че теглото ни намалява, докато се движим надолу.

В момента, когато асансьорът набра скорост и започна да се движи без ускорение, теглото ни отново равно на силатаземно притегляне. И когато асансьорът започна да забавя движението си, ускорение астана отрицателно и теглото се увеличи. Има претоварване.

И ако тялото се движи надолу с ускорението на свободното падане, тогава теглото напълно ще стане равно на нула.

В а=ж Р=mg-ma= mg - mg=0

Това е състояние на безтегловност.

Така че, без изключение, всички материални тела във Вселената се подчиняват на закона за всемирното притегляне. И планетите около Слънцето, и всички тела, които са близо до повърхността на Земята.

XVI - XVII в. мнозина с право наричат един от най-славните периоди в него. Именно по това време до голяма степен са положени основите, без които по-нататъчно развитиетази наука би била просто немислима. Коперник, Галилей, Кеплер са свършили страхотна работа, за да обявят физиката за наука, която може да отговори на почти всеки въпрос. Отделно в цяла поредица от открития стои законът за всемирното привличане, чиято окончателна формулировка принадлежи на изключителния английски учен Исак Нютон.

Основното значение на работата на този учен не беше в откриването му на силата на универсалната гравитация - и Галилей, и Кеплер говореха за наличието на тази величина още преди Нютон, а във факта, че той беше първият, който доказа, че и двете на Земята и вътре космическо пространстводействат едни и същи сили на взаимодействие между телата.

Нютон на практика потвърди и теоретично обоснова факта, че абсолютно всички тела във Вселената, включително тези, разположени на Земята, взаимодействат помежду си. Това взаимодействие се нарича гравитационно, докато самият процес на универсална гравитация се нарича гравитация.
Това взаимодействие възниква между телата, тъй като има специален вид материя, за разлика от другите, която в науката се нарича гравитационно поле. Това поле съществува и действа около абсолютно всеки обект, като няма защита от него, тъй като има несравнима способност да прониква във всякакви материали.

Силата на универсалната гравитация, чието определение и формулировка той даде, е пряко зависима от произведението на масите на взаимодействащите тела и обратно от квадрата на разстоянието между тези обекти. Според Нютон, неопровержимо потвърдено от практически изследвания, силата на универсалната гравитация се намира по следната формула:

В него от особено значение принадлежи гравитационната константа G, която е приблизително равна на 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Гравитационната сила, с която телата се привличат към земята, е специален случайЗаконът на Нютон се нарича сила на гравитацията. В този случай гравитационната константа и масата на самата Земя могат да бъдат пренебрегнати, така че формулата за намиране на силата на гравитацията ще изглежда така:

Тук g не е нищо повече от ускорение, чиято числена стойност е приблизително равна на 9,8 m/s2.

Законът на Нютон обяснява не само процесите, протичащи директно на Земята, той дава отговор на много въпроси, свързани със структурата на цялата Слънчева система. По-специално, силата на универсалната гравитация между тях има решаващо влияние върху движението на планетите в техните орбити. Теоретичното описание на това движение е дадено от Кеплер, но обосновката му става възможно едва след като Нютон формулира своя знаменит закон.

Самият Нютон свързва явленията на земната и извънземната гравитация прост пример: при изстрел от него не лети направо, а по дъговидна траектория. В същото време, с увеличаване на заряда на барута и масата на ядрото, последното ще лети все по-далеч. И накрая, ако приемем, че е възможно да се получи толкова много барут и да се конструира такова оръдие, че гюлето да лети около земното кълбо, тогава, след като направи това движение, то няма да спре, а ще продължи своето кръгово (елипсоидно) движение, превръщайки се в изкуствен.В резултат на това силата на универсалната гравитация е еднаква в природата както на Земята, така и в космоса.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Законът за всемирното привличане е открит от И. Нютон:

Две тела се привличат едно към друго с , което е право пропорционално на техния продукт и обратно пропорционално на квадрата на разстоянието между тях:

Описание на закона за гравитацията

Коефициентът е гравитационната константа. В системата SI гравитационната константа има стойност:

Тази константа, както се вижда, е много малка, така че гравитационните сили между телата с малки маси също са малки и практически не се усещат. Движението на космическите тела обаче се определя изцяло от гравитацията. Наличието на универсална гравитация или, с други думи, гравитационно взаимодействие обяснява какво „държат“ Земята и планетите и защо се движат около Слънцето по определени траектории, а не отлитат от него. Законът за универсалното привличане ни позволява да определим много характеристики на небесните тела - масите на планетите, звездите, галактиките и дори черните дупки. Този закон ви позволява да изчислявате орбитите на планетите с голяма точност и да създавате математически моделВселената.

С помощта на закона за всемирното притегляне е възможно да се изчислят и космическите скорости. Например минималната скорост, с която тяло, движещо се хоризонтално над земната повърхност, няма да падне върху него, а ще се движи по кръгова орбита, е 7,9 km/s (първата космическа скорост). За да напусне Земята, т.е. за да преодолее своето гравитационно привличане, тялото трябва да има скорост от 11,2 km/s (втората космическа скорост).

Гравитацията е един от най-удивителните природни феномени. При липса на гравитационни сили съществуването на Вселената би било невъзможно, Вселената дори не би могла да възникне. Гравитацията е отговорна за много процеси във Вселената – нейното раждане, съществуването на ред вместо хаос. Природата на гравитацията все още не е напълно разбрана. Досега никой не е успял да разработи достоен механизъм и модел на гравитационно взаимодействие.

Земно притегляне

Специален случай на проявление гравитационни силие силата на гравитацията.

Гравитацията винаги е насочена вертикално надолу (към центъра на Земята).

Ако силата на гравитацията действа върху тялото, тогава тялото действа. Видът на движение зависи от посоката и модула на началната скорост.

Ние се справяме със силата на гравитацията всеки ден. , след известно време е на земята. Книгата, пусната от ръцете, пада. След като скочи, човек не влетя космическо пространствои се спуска на земята.

Като се има предвид свободното падане на тяло близо до земната повърхност в резултат на гравитационното взаимодействие на това тяло със Земята, можем да запишем:

откъдето е ускорението на свободно падане:

Ускорението на свободното падане не зависи от масата на тялото, а зависи от височината на тялото над Земята. Земяталеко сплескана на полюсите, така че телата близо до полюсите са разположени малко по-близо до центъра на Земята. В тази връзка ускорението на свободното падане зависи от географската ширина на района: на полюса е малко по-голямо, отколкото на екватора и други географски ширини (на екватора m / s, на екватора на Северния полюс m / s.

Същата формула ви позволява да намерите ускорението на свободно падане на повърхността на всяка планета с маса и радиус.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1 (проблемът с "претеглянето" на Земята)

Упражнение

Радиусът на Земята е km, ускорението на свободното падане на повърхността на планетата е m/s. Използвайки тези данни, оценете приблизителната маса на Земята.

Решение

Ускорение на свободното падане на повърхността на Земята:

откъде е масата на Земята:

В системата C, радиусът на Земята м.

Заместване на числови стойности във формулата физически величиниНека изчислим масата на Земята:

Отговор

Маса на Земята кг.

ПРИМЕР 2

Упражнение

Спътник на Земята се движи по кръгова орбита на височина 1000 km от земната повърхност. Колко бързо се движи сателитът? Колко време отнема на един спътник да направи един пълен оборот около Земята?

Решение

Според , силата, действаща върху спътника от Земята, е равна на произведението на масата на спътника и ускорението, с което се движи: