Gravité : formule, définition. référence

Absolument tous les corps de l'Univers sont affectés par une force magique qui les attire d'une manière ou d'une autre vers la Terre (plus précisément vers son noyau). Il n'y a nulle part où s'échapper, nulle part où se cacher de la gravité magique qui englobe tout: les planètes de notre système solaire sont attirées non seulement par l'immense Soleil, mais aussi les unes par les autres, tous les objets, molécules et les plus petits atomes sont également mutuellement attirés . connu même des petits enfants, ayant consacré sa vie à l'étude de ce phénomène, il a établi l'une des plus grandes lois - la loi de la gravitation universelle.

Qu'est-ce que la gravité ?

La définition et la formule sont connues depuis longtemps de beaucoup. Rappelons que la gravité est une certaine quantité, l'une des manifestations naturelles de la gravitation universelle, à savoir : la force avec laquelle tout corps est invariablement attiré vers la Terre.

La force de gravité est désignée par la lettre latine F lourd.

Gravité : formule

Comment calculer dirigé vers un certain corps? Quelles autres quantités devez-vous connaître pour le faire ? La formule de calcul de la gravité est assez simple, elle est étudiée en 7e année d'une école polyvalente, au début d'un cours de physique. Afin non seulement de l'apprendre, mais aussi de le comprendre, il faut partir du fait que la force de gravité, agissant invariablement sur un corps, est directement proportionnelle à sa valeur quantitative (masse).

L'unité de gravité porte le nom du grand scientifique Newton.

Il est toujours dirigé strictement vers le centre du noyau terrestre, en raison de son influence, tous les corps tombent avec une accélération uniforme. Nous observons partout et constamment les phénomènes de gravité dans la vie de tous les jours :

les objets, accidentellement ou spécialement libérés des mains, tombent nécessairement sur la Terre (ou sur toute surface empêchant la chute libre);
un satellite lancé dans l'espace ne s'éloigne pas de notre planète sur une distance indéfinie perpendiculairement vers le haut, mais reste en orbite ;
toutes les rivières coulent des montagnes et ne peuvent pas être inversées ;
il arrive qu'une personne tombe et se blesse;
les plus petites particules de poussière reposent sur toutes les surfaces;
l'air est concentré à la surface de la terre ;
sacs difficiles à transporter;
la pluie tombe des nuages et des nuages, la neige tombe, la grêle.

Parallèlement au concept de "gravité", le terme "poids corporel" est utilisé. Si le corps est placé sur une surface horizontale plane, alors son poids et sa gravité sont numériquement égaux, donc ces deux concepts sont souvent remplacés, ce qui n'est pas du tout correct.

Accélération de la gravité

Le concept d '«accélération de la chute libre» (en d'autres termes, est associé au terme «gravité». La formule montre: pour calculer la force de gravité, vous devez multiplier la masse par g (accélération de St. p .).

"g" = 9,8 N/kg, c'est une valeur constante. Cependant, des mesures plus précises montrent qu'en raison de la rotation de la Terre, la valeur de l'accélération de St. p n'est pas le même et dépend de la latitude : au pôle Nord, il est = 9,832 N / kg, et à l'équateur étouffant = 9,78 N / kg. Il s'avère qu'à différents endroits de la planète, une force de gravité différente est dirigée vers des corps de masse égale (la formule mg reste toujours inchangée). Pour les calculs pratiques, il a été décidé de tenir compte des erreurs mineures dans cette valeur et d'utiliser la valeur moyenne de 9,8 N/kg.

La proportionnalité d'une quantité telle que la gravité (la formule le prouve) vous permet de mesurer le poids d'un objet avec un dynamomètre (similaire aux affaires domestiques ordinaires). Veuillez noter que l'instrument n'affiche que la force, car la valeur "g" locale doit être connue pour déterminer le poids corporel exact.

La gravité agit-elle à n'importe quelle distance (à la fois proche et éloignée) du centre de la Terre ? Newton a émis l'hypothèse qu'il agit sur le corps même à une distance considérable de la Terre, mais sa valeur diminue inversement avec le carré de la distance de l'objet au noyau terrestre.

La gravité dans le système solaire

Existe-t-il une définition et une formule concernant les autres planètes qui conservent leur pertinence. Avec une seule différence dans la signification de "g":

sur la Lune = 1,62 N/kg (six fois moins que sur Terre) ;
sur Neptune = 13,5 N/kg (presque une fois et demie plus élevée que sur Terre) ;
sur Mars = 3,73 N/kg (plus de deux fois et demie moins que sur notre planète) ;
sur Saturne = 10,44 N/kg ;
sur Mercure = 3,7 N/kg ;
sur Vénus = 8,8 N/kg ;
sur Uranus = 9,8 N/kg (pratiquement la même que la nôtre) ;
sur Jupiter = 24 N/kg (près de deux fois et demie plus élevée).

Non seulement le plus mystérieux forces de la nature mais aussi le plus puissant.

L'homme sur le chemin du progrès

Historiquement, il a été Humain au fur et à mesure que vous avancez chemins de progrès maîtrisé les forces de plus en plus puissantes de la nature. Il a commencé alors qu'il n'avait rien d'autre qu'un bâton dans le poing et sa propre force physique.

Mais il était sage, et il a mis la force physique des animaux à son service, les rendant domestiques. Le cheval accélérait sa course, le chameau rendait le désert praticable, l'éléphant la jungle marécageuse. Mais les forces physiques des animaux, même les plus forts, sont incommensurablement petites comparées aux forces de la nature.

La première personne a subjugué l'élément feu, mais seulement dans ses versions les plus affaiblies. Au départ - pendant de nombreux siècles - il n'utilisait que du bois comme combustible - un type de combustible à très faible consommation d'énergie. Un peu plus tard, il a appris à utiliser l'énergie éolienne à partir de cette source d'énergie, un homme a levé l'aile blanche de la voile dans les airs - et un navire léger a volé comme un oiseau au-dessus des vagues.

Voilier sur les flots

Il a exposé les pales du moulin à vent aux rafales de vent - et les lourdes pierres des meules ont tourné, les pilons des gruaux ont secoué. Mais il est clair pour tout le monde que l'énergie des jets d'air est loin d'être concentrée. De plus, la voile et le moulin à vent avaient peur des coups de vent : la tempête a déchiré les voiles et coulé les navires, la tempête a brisé les ailes et renversé les moulins.

Même plus tard, l'homme a commencé à conquérir l'eau qui coule. La roue est non seulement le plus primitif des dispositifs capables de convertir l'énergie de l'eau en mouvement de rotation, mais aussi le plus sous-alimenté par rapport à d'autres.

L'homme avançait sur l'échelle du progrès et avait besoin de plus en plus d'énergie.
Il a commencé à utiliser de nouveaux types de combustibles - déjà la transition vers la combustion du charbon a augmenté l'intensité énergétique d'un kilogramme de combustible de 2500 kcal à 7000 kcal - presque trois fois. Puis vint le temps du pétrole et du gaz. Encore une fois, le contenu énergétique de chaque kilogramme de combustibles fossiles a augmenté d'une fois et demie à deux fois.

Les machines à vapeur ont été remplacées par des turbines à vapeur ; les roues du moulin ont été remplacées par des turbines hydrauliques. Puis l'homme tendit la main vers l'atome d'uranium fissile. Cependant, la première utilisation d'un nouveau type d'énergie a eu des conséquences tragiques - la flamme nucléaire d'Hiroshima en 1945 a incinéré 70 000 cœurs humains en quelques minutes.

En 1954, la première centrale nucléaire soviétique au monde est entrée en service, transformant la puissance de l'uranium en puissance rayonnante du courant électrique. Et il convient de noter qu'un kilogramme d'uranium contient deux millions de fois plus d'énergie qu'un kilogramme du meilleur pétrole.

C'était un feu fondamentalement nouveau, que l'on pourrait qualifier de physique, car ce sont des physiciens qui ont étudié les processus conduisant à la naissance de ces quantités fabuleuses d'énergie.
L'uranium n'est pas le seul combustible nucléaire. Un type de carburant plus puissant est déjà utilisé - les isotopes de l'hydrogène.

Malheureusement, l'homme n'a pas encore réussi à maîtriser la flamme nucléaire hydrogène-hélium. Il sait comment allumer momentanément son feu brûlant, mettant le feu à la réaction d'une bombe à hydrogène avec un éclair d'explosion d'uranium. Mais de plus en plus près, les scientifiques voient un réacteur à hydrogène, qui générera un courant électrique à la suite de la fusion de noyaux d'isotopes d'hydrogène en noyaux d'hélium.

Encore une fois, la quantité d'énergie qu'une personne peut tirer de chaque kilogramme de carburant sera presque décuplé. Mais cette étape sera-t-elle la dernière dans l'histoire à venir du pouvoir humain sur les forces de la nature ?

Pas! Ahead - la maîtrise de la forme d'énergie gravitationnelle. Elle est encore plus prudemment emballée par nature que même l'énergie de la fusion hydrogène-hélium. Aujourd'hui, c'est la forme d'énergie la plus concentrée qu'une personne puisse même deviner.

Rien de plus n'est encore visible là-bas, au-delà de la pointe de la science. Et bien que nous puissions dire avec confiance que les centrales électriques fonctionneront pour une personne, transformant l'énergie gravitationnelle en courant électrique (ou peut-être en un jet de gaz sortant d'une tuyère de moteur à réaction, ou en la transformation planifiée des atomes omniprésents de silicium et d'oxygène en atomes de métaux ultra-rares), on ne peut encore rien dire sur les détails d'une telle centrale (moteur-fusée, réacteur physique).

La force de gravitation universelle à l'origine de la naissance des galaxies

La force de gravitation universelle est à l'origine de la naissance des galaxies de la matière préstellaire, comme en est convaincu l'académicien V.A. Ambartsumyan. Il éteint également les étoiles qui ont brûlé leur temps, ayant dépensé le carburant stellaire qui leur a été attribué à la naissance.

Oui, regardez autour de vous : tout sur Terre est largement contrôlé par cette force.

C'est elle qui détermine la structure en couches de notre planète - l'alternance de la lithosphère, de l'hydrosphère et de l'atmosphère. C'est elle qui garde une épaisse couche de gaz de l'air, au fond de laquelle et grâce à laquelle nous existons tous.

S'il n'y avait pas de gravité, la Terre sortirait immédiatement de son orbite autour du Soleil et le globe lui-même s'effondrerait, déchiré par les forces centrifuges. Il est difficile de trouver quoi que ce soit qui ne soit, à un degré ou à un autre, dépendant de la force de gravitation universelle.

Bien sûr, les anciens philosophes, gens très observateurs, ne pouvaient manquer de remarquer qu'une pierre lancée vers le haut revient toujours. Platon au IVe siècle av. J.-C. l'a expliqué par le fait que toutes les substances de l'Univers tendent là où se concentrent la plupart des substances similaires : une pierre lancée tombe au sol ou va au fond, l'eau renversée s'infiltre dans l'étang le plus proche ou dans une rivière qui se dirige vers la mer, la fumée d'un incendie se précipite vers ses nuages apparentés.

Un étudiant de Platon, Aristote, a précisé que tous les corps ont des propriétés particulières de lourdeur et de légèreté. Les corps lourds - pierres, métaux - se précipitent vers le centre de l'univers, la lumière - feu, fumée, vapeurs - vers la périphérie. Cette hypothèse, qui explique certains des phénomènes associés à la force de gravitation universelle, existe depuis plus de 2 mille ans.

Scientifiques sur la force de gravité

Probablement le premier à soulever la question de la force de la gravité vraiment scientifique, était le génie de la Renaissance - Léonard de Vinci. Léonard a proclamé que la gravitation n'est pas seulement caractéristique de la Terre, qu'il existe de nombreux centres de gravité. Et il a également suggéré que la force de gravité dépend de la distance au centre de gravité.

Les travaux de Copernic, Galilée, Kepler, Robert Hooke se sont rapprochés de plus en plus de l'idée de la loi de la gravitation universelle, mais dans sa formulation finale cette loi est à jamais associée au nom d'Isaac Newton.

Isaac Newton sur la force de gravité

Né le 4 janvier 1643. Il est diplômé de l'Université de Cambridge, est devenu un baccalauréat, puis - une maîtrise en sciences.

Isaac Newton

Tout ce qui suit est une richesse inépuisable de travaux scientifiques. Mais son ouvrage principal est les "Principes mathématiques de la philosophie naturelle", publiés en 1687 et généralement appelés simplement "Beginnings". C'est en eux que se formule le grand. Probablement tout le monde se souvient de lui depuis le lycée.

Tous les corps sont attirés les uns vers les autres avec une force qui est directement proportionnelle au produit des masses de ces corps et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare...

Certaines dispositions de cette formulation pouvaient être anticipées par les prédécesseurs de Newton, mais elle n'a encore été donnée à personne dans son intégralité. Le génie de Newton a été nécessaire pour assembler ces fragments en un seul ensemble afin de répandre l'attraction de la Terre sur la Lune et le Soleil - sur l'ensemble du système planétaire.

De la loi de la gravitation universelle, Newton a dérivé toutes les lois du mouvement des planètes, découvertes auparavant par Kepler. Ils n'en étaient que les conséquences. De plus, Newton a montré que non seulement les lois de Kepler, mais aussi les écarts par rapport à ces lois (dans le monde de trois corps ou plus) sont le résultat de la gravitation universelle... Ce fut un grand triomphe de la science.

Il semblait que la force principale de la nature, qui déplace les mondes, était enfin découverte et décrite mathématiquement, la force à laquelle les molécules d'air, les pommes et le soleil sont soumis. Géant, incommensurablement immense fut le pas franchi par Newton.

Le premier vulgarisateur des travaux d'un brillant scientifique, l'écrivain français François Marie Arouet, mondialement connu sous le pseudonyme de Voltaire, a déclaré que Newton avait soudainement deviné l'existence d'une loi portant son nom en regardant une pomme qui tombait.

Newton lui-même n'a jamais mentionné cette pomme. Et cela ne vaut guère la peine de s'attarder aujourd'hui sur la réfutation de cette belle légende. Et, apparemment, Newton en est venu à comprendre la grande puissance de la nature par un raisonnement logique. Il est probable qu'il ait été inclus dans le chapitre correspondant des "Débuts".

La force de gravité affecte le vol du noyau

Supposons que sur une très haute montagne, si haute que son sommet soit déjà hors de l'atmosphère, nous ayons dressé une gigantesque pièce d'artillerie. Son canon était placé strictement parallèlement à la surface du globe et tiré. Description de l'arc le noyau tombe au sol.

Nous augmentons la charge, améliorons la qualité de la poudre à canon, d'une manière ou d'une autre, nous faisons bouger le noyau à une vitesse plus élevée après le prochain tir. L'arc décrit par le noyau devient plus plat. Le noyau tombe beaucoup plus loin du pied de notre montagne.

Nous augmentons également la charge et tirons. Le noyau vole le long d'une trajectoire si douce qu'il descend parallèlement à la surface du globe. Le noyau ne peut plus tomber sur la Terre : avec la même vitesse à laquelle il tombe, la Terre s'échappe de dessous. Et, après avoir décrit l'anneau autour de notre planète, le noyau revient au point de départ.

Le pistolet peut être retiré entre-temps. Après tout, le vol du noyau autour du globe prendra plus d'une heure. Et puis le noyau balayera rapidement le sommet de la montagne et ira dans un nouveau cercle autour de la Terre. Chute, si, comme nous en avons convenu, le noyau ne subit aucune résistance à l'air, il ne pourra jamais le faire.

La vitesse de base pour cela devrait être proche de 8 km/sec. Et si vous augmentiez la vitesse de vol du noyau ? Il volera d'abord en arc de cercle, plus doux que la courbure de la surface terrestre, et commencera à s'éloigner de la Terre. Dans le même temps, sa vitesse sous l'influence de la gravité terrestre diminuera.

Et, enfin, en se retournant, il commencera, pour ainsi dire, à retomber sur la Terre, mais il passera devant elle et ne fera plus un cercle, mais une ellipse. Le noyau se déplacera autour de la Terre exactement de la même manière que la Terre se déplace autour du Soleil, à savoir le long d'une ellipse, dans l'un des foyers de laquelle se situera le centre de notre planète.

Si nous augmentons encore la vitesse initiale du noyau, l'ellipse se révélera plus étirée. Il est possible d'étirer cette ellipse de manière à ce que le noyau atteigne l'orbite lunaire ou même beaucoup plus loin. Mais tant que la vitesse initiale de ce noyau ne dépassera pas 11,2 km/s, il restera un satellite de la Terre.

Le noyau, qui a reçu une vitesse de plus de 11,2 km / s lors du tir, s'envolera à jamais de la Terre le long d'une trajectoire parabolique. Si une ellipse est une courbe fermée, alors une parabole est une courbe qui a deux branches allant vers l'infini. En se déplaçant le long d'une ellipse, aussi allongée soit-elle, on reviendra inévitablement systématiquement au point de départ. En se déplaçant le long d'une parabole, nous ne reviendrons jamais au point de départ.

Mais, ayant quitté la Terre à cette vitesse, le noyau ne pourra pas encore voler à l'infini. La puissante gravitation du Soleil va courber la trajectoire de son vol, se refermer sur lui-même comme la trajectoire d'une planète. Le noyau deviendra la sœur de la Terre, une petite planète dans notre propre famille de planètes.

Afin d'orienter le noyau hors du système planétaire, pour vaincre l'attraction solaire, il faut lui indiquer une vitesse supérieure à 16,7 km/s, et l'orienter de manière à ce que la vitesse du mouvement propre de la Terre s'ajoute à cette vitesse .

Une vitesse d'environ 8 km/s (cette vitesse dépend de la hauteur de la montagne d'où notre canon tire) est appelée vitesse circulaire, les vitesses de 8 à 11,2 km/s sont elliptiques, de 11,2 à 16,7 km/s sont paraboliques, et au-dessus de ce nombre - des vitesses libératrices.

Ici, il convient d'ajouter que les valeurs données de ces vitesses ne sont valables que pour la Terre. Si nous vivions sur Mars, la vitesse circulaire serait beaucoup plus facile à atteindre - elle n'est que d'environ 3,6 km / s là-bas et la vitesse parabolique n'est que légèrement supérieure à 5 km / s.

En revanche, il serait beaucoup plus difficile d'envoyer le noyau en vol spatial depuis Jupiter que depuis la Terre : la vitesse circulaire sur cette planète est de 42,2 km/s, et la vitesse parabolique est même de 61,8 km/s !

Il serait très difficile pour les habitants du Soleil de quitter leur monde (si, bien sûr, cela pouvait exister). La vitesse circulaire de ce géant devrait être de 437,6 et la vitesse de séparation - 618,8 km / s!

Ainsi Newton à la fin du XVIIe siècle, cent ans avant le premier vol du ballon des frères Montgolfier rempli d'air chaud, deux cents ans avant les premiers vols de l'avion des frères Wright, et près d'un quart de millénaire avant le décollage des premières fusées à liquide, a ouvert la voie vers le ciel pour les satellites et les vaisseaux spatiaux.

La force de gravité est inhérente à chaque sphère

Passant par loi de la gravité des planètes inconnues ont été découvertes, des hypothèses cosmogoniques sur l'origine du système solaire ont été créées. La principale force de la nature, qui contrôle les étoiles, les planètes, les pommes dans le jardin et les molécules de gaz dans l'atmosphère, a été découverte et décrite mathématiquement.

Mais nous ne connaissons pas le mécanisme de la gravitation universelle. La gravitation newtonienne n'explique pas, mais représente visuellement l'état actuel du mouvement planétaire.

Nous ne savons pas ce qui cause l'interaction de tous les corps de l'Univers. Et on ne peut pas dire que Newton n'était pas intéressé par cette raison. Pendant de nombreuses années, il a réfléchi à son mécanisme possible.

Soit dit en passant, c'est en effet un pouvoir extrêmement mystérieux. Une force qui se manifeste à travers des centaines de millions de kilomètres d'espace, dépourvus de toute formation matérielle à première vue, à l'aide desquels on pourrait expliquer le transfert d'interaction.

Les hypothèses de Newton

Et newton eu recours à hypothèse sur l'existence d'un certain éther qui remplit prétendument l'univers entier. En 1675, il expliqua l'attraction de la Terre par le fait que l'éther remplissant tout l'Univers se précipite vers le centre de la Terre en flots continus, capturant tous les objets dans ce mouvement et créant une force gravitationnelle. Le même flux d'éther se précipite vers le Soleil et, entraînant les planètes, les comètes, assure leurs trajectoires elliptiques...

Ce n'était pas une hypothèse très convaincante, bien qu'absolument mathématiquement logique. Mais maintenant, en 1679, Newton a créé une nouvelle hypothèse expliquant le mécanisme de la gravité. Cette fois, il dote l'éther de la propriété d'avoir une concentration différente près des planètes et loin d'elles. Plus on s'éloigne du centre de la planète, plus l'éther est censé être dense. Et il a la propriété de presser tous les corps matériels de leurs couches les plus denses vers des couches moins denses. Et tous les corps sont pressés à la surface de la Terre.

En 1706, Newton nie catégoriquement l'existence même de l'éther. En 1717, il revient à nouveau sur l'hypothèse de l'extraction de l'éther.

L'ingénieux cerveau de Newton s'est disputé la solution du grand mystère et ne l'a pas trouvée. Cela explique un lancer si net d'un côté à l'autre. Newton disait :

Je ne fais pas d'hypothèses.

Et bien que, comme nous n'avons pu que le vérifier, cela ne soit pas tout à fait vrai, nous pouvons certainement affirmer autre chose : Newton a pu clairement distinguer les choses indiscutables des hypothèses instables et controversées. Et dans les Éléments, il y a une formule de la grande loi, mais il n'y a aucune tentative d'expliquer son mécanisme.
Le grand physicien a légué cette énigme à l'homme du futur. Il mourut en 1727.
Il n'a pas été résolu même aujourd'hui.

La discussion sur l'essence physique de la loi de Newton a duré deux siècles. Et peut-être cette discussion ne porterait-elle pas sur l'essence même de la loi, s'il répondait exactement à toutes les questions qui lui étaient posées.

Mais le fait est qu'avec le temps, il s'est avéré que cette loi n'est pas universelle. Qu'il y a des cas où il ne peut pas expliquer tel ou tel phénomène. Donnons des exemples.

La force de gravité dans les calculs de Seeliger

Le premier d'entre eux est le paradoxe de Seeliger. Considérant l'Univers comme infini et uniformément rempli de matière, Seeliger a essayé de calculer, selon la loi de Newton, la force gravitationnelle universelle créée par toute la masse infiniment grande de l'Univers infini en certains de ses points.

Ce n'était pas une tâche facile du point de vue des mathématiques pures. Ayant surmonté toutes les difficultés des transformations les plus complexes, Seeliger a constaté que la force de gravitation universelle souhaitée est proportionnelle au rayon de l'Univers. Et puisque ce rayon est égal à l'infini, alors la force gravitationnelle doit être infiniment grande. Cependant, nous ne voyons pas cela dans la pratique. Cela signifie que la loi de la gravitation universelle ne s'applique pas à l'univers entier.

Cependant, d'autres explications du paradoxe sont également possibles. Par exemple, nous pouvons supposer que la matière ne remplit pas uniformément tout l'Univers, mais sa densité diminue progressivement et, finalement, quelque part très loin, il n'y a plus de matière du tout. Mais imaginer un tel tableau signifie admettre la possibilité de l'existence d'un espace sans matière, ce qui est généralement absurde.

On peut supposer que la force de gravité s'affaiblit plus vite que le carré de la distance n'augmente. Mais cela jette un doute sur la surprenante harmonie de la loi de Newton. Non, et cette explication n'a pas satisfait les scientifiques. Le paradoxe est resté un paradoxe.

Observations du mouvement de Mercure

Un autre fait, l'action de la force de gravitation universelle, non expliquée par la loi de Newton, a amené observation du mouvement de Mercure- le plus proche de la planète. Des calculs précis selon la loi de Newton ont montré que le perehelion - le point de l'ellipse le long duquel Mercure se rapproche le plus du Soleil - devrait se déplacer de 531 secondes d'arc en 100 ans.

Et les astronomes ont trouvé que ce décalage est égal à 573 secondes d'arc. Cet excès - 42 secondes d'arc - n'a pas non plus pu être expliqué par les scientifiques, en utilisant uniquement des formules issues de la loi de Newton.

Il a expliqué à la fois le paradoxe de Seeliger et le déplacement du perhélion de Mercure, ainsi que de nombreux autres phénomènes paradoxaux et faits inexplicables. Albert Einstein, l'un des plus grands, sinon le plus grand physicien de tous les temps. Parmi les petites choses ennuyeuses figurait la question de vent éthéré.

Expériences d'Albert Michelson

Il semblait que cette question ne concernait pas directement le problème de la gravitation. Il était lié à l'optique, à la lumière. Plus précisément, à la définition de sa vitesse.

L'astronome danois a été le premier à déterminer la vitesse de la lumière. Olaf Remer regarder l'éclipse des lunes de Jupiter. Cela s'est produit dès 1675.

physicien américain Albert Michelsonà la fin du XVIIIe siècle, il effectue une série de déterminations de la vitesse de la lumière dans des conditions terrestres, à l'aide de l'appareil qu'il a conçu.

En 1927, il donna la vitesse de la lumière à 299796 + 4 km/s, ce qui était une excellente précision pour l'époque. Mais l'essence de la question est différente. En 1880, il décida d'étudier le vent éthéré. Il voulait enfin établir l'existence même de l'éther, dont la présence tentait d'expliquer à la fois la transmission de l'interaction gravitationnelle et la transmission des ondes lumineuses.

Michelson était probablement l'expérimentateur le plus remarquable de son temps. Il avait un excellent équipement. Et il était presque sûr du succès.

Essence d'expérience

Vivre a été conçu comme ça. La terre se déplace sur son orbite à une vitesse d'environ 30 km/sec.. Se déplace dans les airs. Cela signifie que la vitesse de la lumière provenant d'une source située devant le récepteur par rapport au mouvement de la Terre doit être supérieure à celle provenant d'une source située de l'autre côté. Dans le premier cas, la vitesse du vent éthéré doit être ajoutée à la vitesse de la lumière ; dans le second cas, la vitesse de la lumière doit diminuer de cette valeur.

Bien sûr, la vitesse de la Terre sur son orbite autour du Soleil n'est que d'un dix millième de la vitesse de la lumière. Trouver un si petit terme est très difficile, mais Michelson a été appelé le roi de la précision pour une raison. Il a utilisé un moyen ingénieux pour saisir la différence "insaisissable" dans les vitesses des rayons de lumière.

Il a divisé le faisceau en deux flux égaux et les a dirigés dans des directions mutuellement perpendiculaires : le long du méridien et le long du parallèle. Réfléchis par les miroirs, les rayons revenaient. Si le faisceau passant le long de la parallèle subissait l'influence du vent éthéré, lorsqu'il s'ajoutait au faisceau méridien, des franges d'interférence auraient dû apparaître, les ondes des deux faisceaux auraient été déphasées.

Cependant, il était difficile pour Michelson de mesurer les trajectoires des deux rayons avec une telle précision pour qu'ils soient exactement les mêmes. Par conséquent, il a construit l'appareil de manière à ce qu'il n'y ait pas de franges d'interférence, puis l'a tourné de 90 degrés.

Le faisceau méridien est devenu latitudinal et vice versa. S'il y a un vent éthéré, des rayures noires et claires doivent apparaître sous l'oculaire ! Mais ils ne l'étaient pas. Peut-être qu'en tournant l'appareil, le scientifique l'a déplacé.

Il l'a installé à midi et l'a réparé. Après tout, outre le fait qu'il tourne également autour d'un axe. Et donc, à différents moments de la journée, le faisceau latitudinal occupe une position différente par rapport au vent éthéré venant en sens inverse. Or, lorsque l'appareil est rigoureusement immobile, on peut être convaincu de la justesse de l'expérience.

Il n'y avait plus de franges d'interférence. L'expérience a été répétée à plusieurs reprises et Michelson, et avec lui tous les physiciens de l'époque, ont été stupéfaits. Le vent éthéré n'a pas été détecté ! La lumière voyageait dans toutes les directions à la même vitesse !

Personne n'a été capable d'expliquer cela. Michelson a répété l'expérience encore et encore, a amélioré l'équipement et a finalement atteint une précision de mesure presque incroyable, un ordre de grandeur supérieur à ce qui était nécessaire pour le succès de l'expérience. Et encore rien !

Expériences d'Albert Einstein

La prochaine grande étape dans connaissance de la force de gravité fabriqué Albert Einstein.
On a demandé un jour à Albert Einstein :

Comment en êtes-vous arrivé à votre théorie restreinte de la relativité ? Dans quelles circonstances avez-vous eu une idée brillante ? Le scientifique a répondu : « Il m'a toujours semblé que c'était le cas.

Peut-être qu'il ne voulait pas être franc, peut-être qu'il voulait se débarrasser de l'interlocuteur ennuyeux. Mais il est difficile d'imaginer que l'idée d'Einstein des liens entre le temps, l'espace et la vitesse était innée.

Non, bien sûr, au début il y avait une intuition, brillante comme l'éclair. Puis le développement a commencé. Non, il n'y a pas de contradictions avec les phénomènes connus. Et puis ces cinq pages pleines de formules sont apparues, qui ont été publiées dans un journal physique. Des pages qui ont ouvert une nouvelle ère en physique.

Imaginez un vaisseau spatial volant dans l'espace. Nous vous prévenons tout de suite : le vaisseau spatial est très particulier, le genre dont vous n'avez pas entendu parler dans les histoires de science-fiction. Sa longueur est de 300 000 kilomètres et sa vitesse est, disons, de 240 000 km / s. Et ce vaisseau spatial passe devant l'une des plates-formes intermédiaires dans l'espace, sans s'y arrêter. À pleine vitesse.

L'un des passagers se tient debout sur le pont du vaisseau spatial avec une montre. Et toi et moi, lecteur, nous nous tenons sur une plate-forme - sa longueur doit correspondre à la taille d'un vaisseau spatial, soit 300 000 kilomètres, sinon il ne pourra pas s'y tenir. Et nous avons aussi une montre entre les mains.

Nous remarquons qu'au moment où la proue du vaisseau a rattrapé le bord arrière de notre plate-forme, une lanterne a clignoté dessus, éclairant l'espace qui l'entoure. Une seconde plus tard, un faisceau de lumière atteignit le bord avant de notre plate-forme. Nous n'en doutons pas, car nous connaissons la vitesse de la lumière, et nous avons réussi à repérer exactement l'instant correspondant sur l'horloge. Et sur un vaisseau...

Mais le vaisseau a également volé vers le faisceau de lumière. Et nous avons très bien vu que la lumière éclairait sa poupe au moment où elle se trouvait quelque part près du milieu de la plate-forme. Nous avons définitivement vu que le faisceau de lumière ne couvrait pas 300 000 kilomètres de la proue à la poupe du navire.

Mais les passagers sur le pont du vaisseau spatial sont sûrs d'autre chose. Ils sont sûrs que leur faisceau couvrait toute la distance de la proue à la poupe de 300 000 kilomètres. Après tout, il y a passé une seconde entière. Eux aussi l'ont enregistré avec une précision absolue sur leurs montres. Et comment pourrait-il en être autrement : après tout, la vitesse de la lumière ne dépend pas de la vitesse de la source...

Comment? Nous voyons une chose depuis une plate-forme fixe, et une autre pour eux sur le pont d'un vaisseau spatial ? Quel est le problème?

La théorie de la relativité d'Einstein

Il convient de noter immédiatement : La théorie de la relativité d'Einsteinà première vue, cela contredit absolument notre idée établie de la structure du monde. On peut dire que cela contredit aussi le bon sens, tel que nous avons l'habitude de le présenter. Cela s'est produit plusieurs fois dans l'histoire des sciences.

Mais la découverte de la sphéricité de la Terre était contraire au bon sens. Comment les gens peuvent-ils vivre de l'autre côté et ne pas tomber dans l'abîme ?

Pour nous, la sphéricité de la Terre est un fait incontestable, et du point de vue du bon sens, toute autre hypothèse est dénuée de sens et sauvage. Mais prenez du recul par rapport à votre époque, imaginez la première apparition de cette idée, et vous comprendrez combien il serait difficile de l'accepter.

Eh bien, était-il plus facile d'admettre que la Terre n'est pas immobile, mais vole le long de sa trajectoire des dizaines de fois plus vite qu'un boulet de canon ?

Tout cela était des épaves de bon sens. Par conséquent, les physiciens modernes ne s'y réfèrent jamais.

Revenons maintenant à la théorie restreinte de la relativité. Le monde l'a reconnue pour la première fois en 1905 à partir d'un article signé par un nom peu connu - Albert Einstein. Et il n'avait que 26 ans à l'époque.

Einstein a fait une hypothèse très simple et logique à partir de ce paradoxe : du point de vue d'un observateur sur la plate-forme, moins de temps s'est écoulé dans une voiture en mouvement que votre montre-bracelet n'en a mesuré. Dans la voiture, le passage du temps ralenti par rapport au temps sur la plate-forme à l'arrêt.

Des choses assez étonnantes découlaient logiquement de cette hypothèse. Il s'est avéré qu'une personne se rendant au travail en tram, par rapport à un piéton marchant dans le même sens, non seulement gagne du temps en raison de la vitesse, mais cela va aussi plus lentement pour lui.

Cependant, n'essayez pas de préserver ainsi la jeunesse éternelle : même si vous devenez conducteur de calèche et passez un tiers de votre vie dans un tram, dans 30 ans vous ne gagnerez guère plus d'un millionième de seconde. Pour que le gain de temps devienne perceptible, il faut se déplacer à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

Il s'avère que l'augmentation de la vitesse des corps se reflète dans leur masse. Plus la vitesse d'un corps est proche de la vitesse de la lumière, plus sa masse est grande. A la vitesse d'un corps égale à la vitesse de la lumière, sa masse est égale à l'infini, c'est-à-dire qu'elle est supérieure à la masse de la Terre, du Soleil, de la Galaxie, de tout notre Univers... C'est combien de masse peut être concentré dans un simple pavé, l'accélérant à la vitesse
Sveta !

Cela impose une limitation qui ne permet à aucun corps matériel de développer une vitesse égale à la vitesse de la lumière. Après tout, à mesure que la masse grandit, il devient de plus en plus difficile de la disperser. Et une masse infinie ne peut être déplacée par aucune force.

Cependant, la nature a fait une exception très importante à cette loi pour toute une classe de particules. Par exemple, pour les photons. Ils peuvent se déplacer à la vitesse de la lumière. Plus précisément, ils ne peuvent se déplacer à aucune autre vitesse. Il est impensable d'imaginer un photon immobile.

A l'arrêt, il n'a pas de masse. De plus, les neutrinos n'ont pas de masse au repos, et ils sont également condamnés à un vol éternel et incontrôlé dans l'espace à la vitesse maximale possible dans notre Univers, sans dépasser la lumière et sans la suivre.

N'est-il pas vrai que chacune des conséquences de la théorie de la relativité restreinte que nous énumérons est surprenante, paradoxale ! Et chacun, bien sûr, est contraire au "bon sens" !

Mais voici ce qui est intéressant : non pas dans sa forme concrète, mais en tant que position philosophique large, toutes ces conséquences étonnantes ont été prédites par les fondateurs du matérialisme dialectique. Que disent ces implications ? A propos des connexions qui relient l'énergie et la masse, la masse et la vitesse, la vitesse et le temps, la vitesse et la longueur d'un objet en mouvement…

La découverte d'Einstein de l'interdépendance, comme le ciment (plus :), reliant ensemble le renforcement ou les pierres de fondation, a relié ensemble des choses et des phénomènes qui semblaient auparavant indépendants les uns des autres et a créé la fondation sur laquelle, pour la première fois dans l'histoire de la science, il était possible de construire un bâtiment harmonieux. Ce bâtiment est une représentation du fonctionnement de notre univers.

Mais d'abord, au moins quelques mots sur la théorie générale de la relativité, également créée par Albert Einstein.

Albert Einstein

Ce nom - la théorie générale de la relativité - ne correspond pas tout à fait au contenu de la théorie, qui sera discutée. Il établit une interdépendance entre l'espace et la matière. Apparemment, il serait plus correct de l'appeler théorie de l'espace-temps, ou alors théorie de la gravité.

Mais ce nom s'est tellement rapproché de la théorie d'Einstein que même se poser la question de son remplacement paraît aujourd'hui indécent à de nombreux scientifiques.

La théorie générale de la relativité a établi l'interdépendance entre la matière et le temps et l'espace qui la contiennent. Il s'est avéré que non seulement l'espace et le temps ne peuvent pas être imaginés comme existant séparément de la matière, mais que leurs propriétés dépendent également de la matière qui les remplit.

Point de départ de la discussion

Par conséquent, on ne peut que spécifier point de départ de la discussion et tirer des conclusions importantes.

Au début du voyage dans l'espace, une catastrophe inattendue a détruit la bibliothèque, le fonds de films et d'autres dépôts de l'esprit, la mémoire des personnes volant dans l'espace. Et la nature de la planète natale est oubliée au fil des siècles. Même la loi de la gravitation universelle est oubliée, car la fusée vole dans l'espace intergalactique, où elle ne se fait presque pas sentir.

Cependant, les moteurs du navire fonctionnent à merveille, l'alimentation en énergie des batteries est pratiquement illimitée. La plupart du temps, le navire se déplace par inertie, et ses habitants sont habitués à l'apesanteur. Mais parfois, ils allument les moteurs et ralentissent ou accélèrent le mouvement du navire. Lorsque les buses à jet flamboient dans le vide avec une flamme incolore et que le navire se déplace à une vitesse accélérée, les habitants sentent que leur corps devient lourd, ils sont obligés de marcher autour du navire et de ne pas voler le long des couloirs.

Et maintenant, le vol est presque terminé. Le vaisseau vole jusqu'à l'une des étoiles et tombe sur les orbites de la planète la plus appropriée. Les vaisseaux sortent, marchant sur un sol vert et frais, éprouvant constamment la même sensation de lourdeur, familière depuis l'époque où le vaisseau avançait à une allure accélérée.

Mais la planète se déplace uniformément. Il ne peut pas voler vers eux avec une accélération constante de 9,8 m/s2 ! Et ils ont la première hypothèse que le champ gravitationnel (force gravitationnelle) et l'accélération donnent le même effet, et ont peut-être une nature commune.

Aucun de nos contemporains terriens n'a effectué un vol aussi long, mais beaucoup de gens ont ressenti le phénomène de «lestage» et «d'allègement» de leur corps. Déjà un ascenseur ordinaire, lorsqu'il se déplace à un rythme accéléré, crée cette sensation. En descendant, vous ressentez une perte de poids soudaine ; en montant, au contraire, le sol appuie sur vos jambes avec plus de force que d'habitude.

Mais un sentiment ne prouve rien. Après tout, les sensations tentent de nous convaincre que le Soleil se déplace dans le ciel autour de la Terre immobile, que toutes les étoiles et planètes sont à la même distance de nous, au firmament, etc.

Les scientifiques ont soumis les sensations à une vérification expérimentale. Même Newton a pensé à l'étrange identité des deux phénomènes. Il a essayé de leur donner des caractéristiques numériques. Ayant mesuré la gravitationnelle et , il était convaincu que leurs valeurs sont toujours strictement égales entre elles.

À partir de n'importe quel matériau, il a fabriqué les pendules de l'usine pilote : de l'argent, du plomb, du verre, du sel, du bois, de l'eau, de l'or, du sable, du blé. Le résultat était le même.

Principe d'équivalence, dont nous parlons, est la base de la théorie générale de la relativité, bien que l'interprétation moderne de la théorie n'ait plus besoin de ce principe. En omettant les déductions mathématiques qui découlent de ce principe, passons directement à quelques conséquences de la théorie générale de la relativité.

La présence de grandes masses de matière affecte grandement l'espace environnant. Cela conduit à de tels changements en lui, qui peuvent être définis comme des inhomogénéités de l'espace. Ces inhomogénéités dirigent le mouvement de toutes les masses proches du corps attirant.

Recourir généralement à une telle analogie. Imaginez une toile bien tendue sur un cadre parallèle à la surface de la terre. Mettez un poids lourd dessus. Ce sera notre grande masse d'attraction. Bien sûr, elle pliera la toile et se retrouvera dans un renfoncement. Maintenant, faites rouler la balle sur cette toile de manière à ce qu'une partie de sa trajectoire se trouve à côté de la masse attractive. Selon la façon dont la balle sera lancée, trois options sont possibles.

La balle volera assez loin de l'évidement créé par la déviation de la toile et ne changera pas son mouvement.
La balle touchera l'évidement et les lignes de son mouvement se courberont vers la masse attractive.
La boule tombera dans ce trou, ne pourra plus en sortir et fera un ou deux tours autour de la masse gravitationnelle.

N'est-il pas vrai que la troisième option modélise très joliment la capture par une étoile ou une planète d'un corps étranger envoyé négligemment dans leur champ d'attraction ?

Et le deuxième cas est la flexion de la trajectoire d'un corps volant à une vitesse supérieure à la vitesse de capture possible ! Le premier cas est similaire au vol hors de la portée pratique du champ gravitationnel. Oui, c'est pratique, car théoriquement le champ gravitationnel est illimité.

Bien sûr, c'est une analogie très éloignée, principalement parce que personne ne peut vraiment imaginer la déviation de notre espace tridimensionnel. Quelle est la signification physique de cette déviation, ou courbure, comme on dit souvent, personne ne le sait.

Il découle de la théorie générale de la relativité que tout corps matériel ne peut se déplacer dans un champ gravitationnel que le long de lignes courbes. Ce n'est que dans des cas particuliers que la courbe se transforme en ligne droite.

Le rayon lumineux obéit également à cette règle. Après tout, il s'agit de photons qui ont une certaine masse en vol. Et le champ gravitationnel a son effet sur lui, ainsi que sur une molécule, un astéroïde ou une planète.

Une autre conclusion importante est que le champ gravitationnel modifie également le cours du temps. Près d'une grande masse attractive, dans un fort champ gravitationnel créé par elle, le passage du temps devrait être plus lent que loin d'elle.

Vous voyez, et la théorie de la relativité générale est lourde de conclusions paradoxales qui peuvent renverser nos idées de "bon sens" encore et encore !

Effondrement gravitationnel

Parlons d'un phénomène étonnant de nature cosmique - à propos de l'effondrement gravitationnel (compression catastrophique). Ce phénomène se produit dans de gigantesques accumulations de matière, où les forces gravitationnelles atteignent des magnitudes si énormes qu'aucune autre force existant dans la nature ne peut leur résister.

Rappelez-vous la célèbre formule de Newton : plus la force de gravité est grande, plus le carré de la distance entre les corps gravitants est petit. Ainsi, plus la formation matérielle devient dense, plus sa taille est petite, plus les forces gravitationnelles augmentent rapidement, plus leur étreinte destructrice est inévitable.

Il existe une technique astucieuse par laquelle la nature lutte contre la compression apparemment illimitée de la matière. Pour ce faire, il arrête le cours même du temps dans la sphère d'action des forces gravitationnelles supergéantes, et les masses de matière enchaînées sont comme coupées de notre Univers, figées dans un étrange rêve léthargique.

Le premier de ces "trous noirs" du cosmos a probablement déjà été découvert. Selon l'hypothèse des scientifiques soviétiques O. Kh. Huseynov et A. Sh. Novruzova, il s'agit du delta des Gémeaux - une étoile double avec une composante invisible.

Le composant visible a une masse de 1,8 solaire, et son "partenaire" invisible devrait être, selon les calculs, quatre fois plus massif que le visible. Mais il n'en reste aucune trace : il est impossible de voir la création la plus étonnante de la nature, le "trou noir".

Le scientifique soviétique, le professeur K.P. Stanyukovich, comme on dit, "sur la pointe d'un stylo", a montré à travers des constructions purement théoriques que les particules de "matière gelée" peuvent être de tailles très diverses.

Ses formations gigantesques sont possibles, semblables à des quasars, rayonnant en continu autant d'énergie que les 100 milliards d'étoiles de notre Galaxie rayonnent.
Des amas beaucoup plus modestes sont possibles, égaux à quelques masses solaires seulement. Ces objets et d'autres peuvent provenir eux-mêmes de la matière ordinaire et non "endormie".
Et des formations d'une classe complètement différente sont possibles, proportionnelles en masse aux particules élémentaires.

Pour qu'ils surgissent, il faut d'abord soumettre la matière qui les compose à une pression gigantesque et l'enfoncer dans la sphère de Schwarzschild - une sphère où le temps pour un observateur extérieur s'arrête complètement. Et même si après cela la pression est même supprimée, les particules pour lesquelles le temps s'est arrêté continueront d'exister indépendamment de notre Univers.

plancons

Les plankons sont une classe très spéciale de particules. Ils possèdent, selon K.P. Stanyukovich, une propriété extrêmement intéressante : ils portent en eux la matière sous une forme inchangée, telle qu'elle était il y a des millions et des milliards d'années. En regardant à l'intérieur du plankéon, nous pouvions voir la matière telle qu'elle était au moment de la naissance de notre univers. Selon des calculs théoriques, il y a environ 1080 plankons dans l'Univers, environ un plankéon dans un cube d'espace de 10 centimètres de côté. Soit dit en passant, en même temps que Stanyukovich et (indépendamment de lui, l'hypothèse des plankons a été avancée par l'académicien M.A. Markov. Seul Markov leur a donné un nom différent - maximons.

Les propriétés particulières des plankons peuvent aussi être utilisées pour expliquer des transformations parfois paradoxales des particules élémentaires. On sait que lorsque deux particules entrent en collision, des fragments ne se forment jamais, mais d'autres particules élémentaires apparaissent. C'est vraiment étonnant : dans le monde ordinaire, en cassant un vase, on n'obtiendra jamais des tasses entières ni même des rosaces. Mais supposons que dans les profondeurs de chaque particule élémentaire il y ait un plankéon, un ou plusieurs, et parfois plusieurs plankéons.

Au moment de la collision des particules, le "sac" étroitement lié du plankéon s'ouvre légèrement, certaines particules y "tomberont" et au lieu de "sauter" celles que nous considérons comme étant apparues lors de la collision. Dans le même temps, le plankéon, en comptable assidu, veillera à toutes les "lois de conservation" adoptées dans le monde des particules élémentaires.
Eh bien, qu'est-ce que le mécanisme de la gravitation universelle a à voir avec cela ?

"Responsables" de la gravitation, selon l'hypothèse de K. P. Stanyukovich, sont de minuscules particules, les soi-disant gravitons, émises en continu par des particules élémentaires. Les gravitons sont d'autant plus petits que ces derniers, qu'un grain de poussière dansant dans un rayon de soleil est plus petit que le globe.

Le rayonnement des gravitons obéit à un certain nombre de régularités. En particulier, ils sont plus faciles à voler dans cette région de l'espace. Qui contient moins de gravitons. Cela signifie que s'il y a deux corps célestes dans l'espace, les deux émettront des gravitons principalement "vers l'extérieur", dans des directions opposées l'une à l'autre. Cela crée une impulsion qui fait que les corps se rapprochent, s'attirent.

La force gravitationnelle est la force avec laquelle des objets d'une certaine masse sont attirés les uns vers les autres, situés à une certaine distance les uns des autres.

Le scientifique anglais Isaac Newton a découvert en 1867 la loi de la gravitation universelle. C'est une des lois fondamentales de la mécanique. L'essence de cette loi est la suivante :deux particules matérielles quelconques sont attirées l'une vers l'autre avec une force qui est directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

La force d'attraction est la première force ressentie par une personne. C'est la force avec laquelle la Terre agit sur tous les corps situés à sa surface. Et toute personne ressent cette force comme son propre poids.

Loi de la gravité

Il y a une légende selon laquelle Newton a découvert la loi de la gravitation universelle tout à fait par accident, se promenant le soir dans le jardin de ses parents. Les créatifs sont constamment à la recherche, et les découvertes scientifiques ne sont pas un aperçu instantané, mais le fruit d'un travail mental de longue haleine. Assis sous un pommier, Newton réfléchissait à une autre idée, et soudain une pomme lui tomba sur la tête. Il était clair pour Newton que la pomme était tombée sous l'effet de la gravité terrestre. « Mais pourquoi la lune ne tombe-t-elle pas sur la Terre ? il pensait. "Cela signifie qu'une autre force agit sur elle, la maintenant en orbite." C'est ainsi que le célèbre loi de la gravité.

Les scientifiques qui avaient déjà étudié la rotation des corps célestes pensaient que les corps célestes obéissaient à des lois complètement différentes. Autrement dit, on a supposé qu'il existe des lois d'attraction complètement différentes à la surface de la Terre et dans l'espace.

Newton a combiné ces prétendues sortes de gravité. En analysant les lois de Kepler décrivant le mouvement des planètes, il est arrivé à la conclusion que la force d'attraction se produit entre tous les corps. C'est-à-dire que la pomme tombée dans le jardin et les planètes dans l'espace sont affectées par des forces qui obéissent à la même loi - la loi de la gravitation universelle.

Newton a découvert que les lois de Kepler ne fonctionnent que s'il existe une force d'attraction entre les planètes. Et cette force est directement proportionnelle aux masses des planètes et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

La force d'attraction est calculée par la formule F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 est la masse du premier corps;

m2est la masse du deuxième corps ;

r est la distance entre les corps;

g est le coefficient de proportionnalité, appelé constante gravitationnelle ou alors constante gravitationnelle.

Sa valeur a été déterminée expérimentalement. g\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Si deux points matériels de masse égale à une unité de masse sont à une distance égale à une unité de distance, alors ils sont attirés avec une force égale à G.

Les forces d'attraction sont les forces gravitationnelles. Ils sont aussi appelés la gravité. Ils sont soumis à la loi de la gravitation universelle et apparaissent partout, puisque tous les corps ont une masse.

La gravité

La force gravitationnelle près de la surface de la Terre est la force avec laquelle tous les corps sont attirés vers la Terre. Ils l'appellent la gravité. Elle est considérée comme constante si la distance du corps à la surface de la Terre est petite par rapport au rayon de la Terre.

Puisque la gravité, qui est la force gravitationnelle, dépend de la masse et du rayon de la planète, elle sera différente sur différentes planètes. Puisque le rayon de la Lune est inférieur au rayon de la Terre, la force d'attraction sur la Lune est inférieure à celle sur la Terre de 6 fois. Et sur Jupiter, au contraire, la gravité est 2,4 fois supérieure à la gravité sur Terre. Mais le poids corporel reste constant, peu importe où il est mesuré.

Beaucoup de gens confondent la signification du poids et de la gravité, croyant que la gravité est toujours égale au poids. Mais ce n'est pas.

La force avec laquelle le corps appuie sur le support ou étire la suspension, c'est le poids. Si le support ou la suspension est retiré, le corps commencera à tomber avec l'accélération de la chute libre sous l'action de la gravité. La force de gravité est proportionnelle à la masse du corps. Il est calculé selon la formuleF= m g , où m- masse corporelle, g- Accélération de la gravité.

Le poids corporel peut changer et parfois disparaître complètement. Imaginez que nous sommes dans un ascenseur au dernier étage. L'ascenseur en vaut la peine. A ce moment, notre poids P et la force de gravité F, avec laquelle la Terre nous tire, sont égaux. Mais dès que l'ascenseur a commencé à descendre avec accélération un , le poids et la gravité ne sont plus égaux. D'après la deuxième loi de Newtonmg+ P = ma . P \u003d m g -maman.

On peut voir d'après la formule que notre poids a diminué au fur et à mesure que nous descendions.

Au moment où l'ascenseur a pris de la vitesse et a commencé à se déplacer sans accélération, notre poids est à nouveau égal à la gravité. Et quand l'ascenseur a commencé à ralentir son mouvement, l'accélération un est devenu négatif et le poids a augmenté. Il y a une surcharge.

Et si le corps descend avec l'accélération de la chute libre, le poids deviendra complètement égal à zéro.

À un=g R=mg-ma= mg - mg=0

C'est un état d'apesanteur.

Ainsi, sans exception, tous les corps matériels de l'Univers obéissent à la loi de la gravitation universelle. Et les planètes autour du Soleil, et tous les corps qui sont près de la surface de la Terre.

Les XVIe-XVIIe siècles sont appelés à juste titre par beaucoup l'une des périodes les plus glorieuses du monde.C'est à cette époque que les fondations ont été en grande partie posées, sans lesquelles le développement ultérieur de cette science serait tout simplement impensable. Copernic, Galilée, Kepler ont fait un excellent travail pour déclarer la physique comme une science qui peut répondre à presque toutes les questions. La loi de la gravitation universelle, dont la formulation finale appartient à l'éminent scientifique anglais Isaac Newton, se distingue dans toute une série de découvertes.

L'importance principale des travaux de ce scientifique n'était pas dans sa découverte de la force de gravitation universelle - Galilée et Kepler ont parlé de la présence de cette quantité avant même Newton, mais dans le fait qu'il a été le premier à prouver que la même forces agissent à la fois sur Terre et dans l'espace extra-atmosphérique, mêmes forces d'interaction entre les corps.

Newton a confirmé en pratique et théoriquement étayé le fait qu'absolument tous les corps de l'Univers, y compris ceux situés sur la Terre, interagissent les uns avec les autres. Cette interaction est appelée gravitationnelle, tandis que le processus de gravitation universelle lui-même est appelé gravité.
Cette interaction se produit entre les corps car il existe un type spécial de matière, contrairement aux autres, qui en science s'appelle le champ gravitationnel. Ce champ existe et agit autour de n'importe quel objet, alors qu'il n'y a aucune protection contre lui, car il a une capacité inégalée à pénétrer dans n'importe quel matériau.

La force de gravitation universelle, dont il a donné la définition et la formulation, dépend directement du produit des masses des corps en interaction, et inversement du carré de la distance entre ces objets. Selon Newton, confirmé de manière irréfutable par des recherches pratiques, la force de gravitation universelle se trouve par la formule suivante :

Dans celui-ci, une importance particulière appartient à la constante gravitationnelle G, qui est approximativement égale à 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

La force gravitationnelle avec laquelle les corps sont attirés vers la Terre est un cas particulier de la loi de Newton et s'appelle la gravité. Dans ce cas, la constante gravitationnelle et la masse de la Terre elle-même peuvent être négligées, donc la formule pour trouver la force de gravité ressemblera à ceci :

Ici g n'est rien d'autre qu'une accélération dont la valeur numérique est approximativement égale à 9,8 m/s2.

La loi de Newton explique non seulement les processus se produisant directement sur la Terre, elle donne une réponse à de nombreuses questions liées à la structure de l'ensemble du système solaire. En particulier, la force de gravitation universelle entre les deux a une influence décisive sur le mouvement des planètes sur leurs orbites. La description théorique de ce mouvement a été donnée par Kepler, mais sa justification n'est devenue possible qu'après que Newton a formulé sa fameuse loi.

Newton lui-même a relié les phénomènes de gravité terrestre et extraterrestre à l'aide d'un exemple simple : lorsqu'il est tiré, il ne vole pas droit, mais le long d'une trajectoire arquée. Dans le même temps, avec une augmentation de la charge de poudre à canon et de la masse du noyau, ce dernier volera de plus en plus loin. Enfin, si nous supposons qu'il est possible d'obtenir autant de poudre à canon et de construire un tel canon que le boulet de canon volera autour du globe, alors, ayant fait ce mouvement, il ne s'arrêtera pas, mais poursuivra son mouvement circulaire (ellipsoïdal), se transformant en une force artificielle.En conséquence, la force de la gravité universelle est la même dans la nature à la fois sur Terre et dans l'espace extra-atmosphérique.

DÉFINITION

La loi de la gravitation universelle a été découverte par I. Newton :

Deux corps sont attirés l'un vers l'autre avec , qui est directement proportionnel à leur produit et inversement proportionnel au carré de la distance qui les sépare :

Description de la loi de la gravité

Le coefficient est la constante gravitationnelle. Dans le système SI, la constante gravitationnelle vaut :

Cette constante, comme on peut le voir, est très petite, de sorte que les forces gravitationnelles entre les corps de petites masses sont également faibles et pratiquement non ressenties. Cependant, le mouvement des corps cosmiques est entièrement déterminé par la gravité. La présence de la gravitation universelle ou, en d'autres termes, l'interaction gravitationnelle explique ce à quoi la Terre et les planètes "s'accrochent", et pourquoi elles se déplacent autour du Soleil le long de certaines trajectoires, et ne s'en éloignent pas. La loi de la gravitation universelle nous permet de déterminer de nombreuses caractéristiques des corps célestes - les masses des planètes, des étoiles, des galaxies et même des trous noirs. Cette loi nous permet de calculer les orbites des planètes avec une grande précision et de créer un modèle mathématique de l'Univers.

A l'aide de la loi de la gravitation universelle, il est également possible de calculer les vitesses cosmiques. Par exemple, la vitesse minimale à laquelle un corps se déplaçant horizontalement au-dessus de la surface de la Terre ne tombera pas dessus, mais se déplacera sur une orbite circulaire est de 7,9 km / s (la première vitesse spatiale). Pour quitter la Terre, c'est-à-dire pour vaincre son attraction gravitationnelle, le corps doit avoir une vitesse de 11,2 km/s, (la deuxième vitesse cosmique).

La gravité est l'un des phénomènes naturels les plus étonnants. En l'absence de forces gravitationnelles, l'existence de l'Univers serait impossible, l'Univers ne pourrait même pas naître. La gravité est responsable de nombreux processus dans l'Univers - sa naissance, l'existence de l'ordre au lieu du chaos. La nature de la gravité n'est pas encore entièrement comprise. À ce jour, personne n'a été en mesure de développer un mécanisme et un modèle dignes d'interaction gravitationnelle.

La gravité

Un cas particulier de la manifestation des forces gravitationnelles est la gravité.

La gravité est toujours dirigée verticalement vers le bas (vers le centre de la Terre).

Si la force de gravité agit sur le corps, alors le corps fonctionne. Le type de mouvement dépend de la direction et du module de la vitesse initiale.

Nous sommes quotidiennement confrontés à la force de gravité. , après un certain temps, il est sur le sol. Le livre, libéré des mains, tombe. Après avoir sauté, une personne ne s'envole pas dans l'espace, mais tombe au sol.

Considérant la chute libre d'un corps près de la surface de la Terre suite à l'interaction gravitationnelle de ce corps avec la Terre, on peut écrire :

d'où l'accélération en chute libre :

L'accélération de la chute libre ne dépend pas de la masse du corps, mais dépend de la hauteur du corps au-dessus de la Terre. Le globe est légèrement aplati aux pôles, de sorte que les corps proches des pôles sont légèrement plus proches du centre de la terre. À cet égard, l'accélération de la chute libre dépend de la latitude de la zone: au pôle, elle est légèrement supérieure à celle de l'équateur et des autres latitudes (à l'équateur m / s, à l'équateur du pôle Nord m / s.

La même formule vous permet de trouver l'accélération de la chute libre à la surface de n'importe quelle planète avec une masse et un rayon .

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1 (le problème de "peser" la Terre)

Exercer

Le rayon de la Terre est de km, l'accélération de la chute libre à la surface de la planète est de m/s. À l'aide de ces données, estimez la masse approximative de la Terre.

Décision

Accélération de la chute libre à la surface de la Terre :

d'où la masse de la Terre :

Dans le système C, le rayon de la Terre M.

En substituant les valeurs numériques des grandeurs physiques dans la formule, nous estimons la masse de la Terre :

Répondre

Masse de la Terre kg.

EXEMPLE 2

Exercer

Un satellite terrestre se déplace sur une orbite circulaire à une altitude de 1000 km de la surface de la Terre. À quelle vitesse le satellite se déplace-t-il ? Combien de temps faut-il à un satellite pour faire une révolution complète autour de la Terre ?

Décision

Selon , la force agissant sur le satellite depuis la Terre est égale au produit de la masse du satellite et de l'accélération avec laquelle il se déplace :