Gravitacija: formula, definicija. referat

Apsolutno sva tijela u Svemiru su pod utjecajem magične sile koja ih nekako privlači na Zemlju (točnije, u njezinu jezgru). Nema se kamo pobjeći, nigdje se sakriti od sveobuhvatne magične gravitacije: planete našeg Sunčevog sustava privlače ne samo ogromno Sunce, već i jedni druge, svi objekti, molekule i najmanji atomi također se međusobno privlače . poznat čak i maloj djeci, posvetivši svoj život proučavanju ovog fenomena, uspostavio je jedan od najvećih zakona - zakon univerzalne gravitacije.

Što je gravitacija?

Definicija i formula mnogima su odavno poznati. Podsjetimo da je sila gravitacije određena veličina, jedna od prirodnih manifestacija univerzalne gravitacije, naime: sila kojom se bilo koje tijelo neprestano privlači na Zemlju.

Sila gravitacije označava se latiničnim slovom F teška.

Gravitacija: formula

Kako izračunati usmjereno na određeno tijelo? Koje druge količine trebate znati da biste to učinili? Formula za izračunavanje gravitacije je prilično jednostavna, uči se u 7. razredu opće škole, na početku kolegija fizike. Da bi ga ne samo naučili, već i razumjeli, treba polaziti od činjenice da je sila gravitacije, koja uvijek djeluje na tijelo, izravno proporcionalna njegovoj kvantitativnoj vrijednosti (masi).

Jedinica gravitacije dobila je ime po velikom znanstveniku Newtonu.

Uvijek je usmjerena strogo prema dolje prema središtu zemljine jezgre, zbog njezina utjecaja sva tijela padaju ravnomjerno ubrzano. Pojave gravitacije u svakodnevnom životu promatramo posvuda i neprestano:

predmeti, slučajno ili posebno pušteni iz ruku, nužno padaju na Zemlju (ili na bilo koju površinu koja sprječava slobodan pad);
satelit lansiran u svemir ne odleti od našeg planeta na neodređenu udaljenost okomito prema gore, već ostaje u orbiti;
sve rijeke teku iz planina i ne mogu se preokrenuti;
događa se da osoba padne i ozlijedi se;
najmanje čestice prašine sjede na svim površinama;
zrak je koncentriran na površini zemlje;
teško prenosive torbe;
kiša pada iz oblaka i oblaka, pada snijeg, tuča.

Uz pojam "gravitacije" koristi se izraz "tjelesna težina". Ako se tijelo postavi na ravnu horizontalnu podlogu, tada su mu težina i gravitacija brojčano jednake, pa se ova dva pojma često zamjenjuju, što uopće nije točno.

Ubrzanje gravitacije

Koncept "ubrzanja slobodnog pada" (drugim riječima, povezan je s pojmom "gravitacija". Formula pokazuje: da biste izračunali silu gravitacije, morate masu pomnožiti s g (ubrzanje sv. p .).

"g" = 9,8 N/kg, ovo je konstantna vrijednost. Međutim, točnija mjerenja pokazuju da je zbog rotacije Zemlje vrijednost akceleracije sv. p. nije isto i ovisi o geografskoj širini: na sjevernom polu iznosi = 9,832 N/kg, a na sparno ekvatoru = 9,78 N/kg. Ispada da su na različitim mjestima na planetu različite sile gravitacije usmjerene na tijela iste mase (formula mg i dalje ostaje nepromijenjena). Za praktične izračune odlučeno je dopustiti manje greške u ovoj vrijednosti i koristiti prosječnu vrijednost od 9,8 N/kg.

Proporcionalnost takve količine kao što je gravitacija (formula to dokazuje) omogućuje vam mjerenje težine predmeta dinamometrom (slično uobičajenom kućanstvu). Imajte na umu da instrument prikazuje samo silu, jer lokalna vrijednost "g" mora biti poznata kako bi se odredila točna tjelesna težina.

Djeluje li gravitacija na bilo kojoj (i bliskoj i dalekoj) udaljenosti od Zemljinog središta? Newton je pretpostavio da djeluje na tijelo čak i na znatnoj udaljenosti od Zemlje, ali njegova vrijednost opada obrnuto s kvadratom udaljenosti od objekta do Zemljine jezgre.

Gravitacija u Sunčevom sustavu

Postoji li definicija i formula za druge planete zadržavaju svoju relevantnost. Sa samo jednom razlikom u značenju "g":

na Mjesecu = 1,62 N/kg (šest puta manje nego na Zemlji);
na Neptunu = 13,5 N/kg (gotovo jedan i pol puta više nego na Zemlji);
na Marsu = 3,73 N/kg (više od dva i pol puta manje nego na našem planetu);
na Saturnu = 10,44 N/kg;
na Merkuru = 3,7 N/kg;
na Veneri = 8,8 N/kg;
na Uranu = 9,8 N/kg (praktički isto kao i kod nas);
na Jupiteru = 24 N/kg (skoro dva i pol puta više).

Ne samo najtajnovitije sile prirode ali i najmoćniji.

Čovjek na putu napretka

Povijesno gledano, bilo je ljudski dok se krećete naprijed putevi napretka ovladao sve snažnijim silama prirode. Počeo je kada nije imao ništa osim štapa u šaci i vlastite fizičke snage.

Ali bio je mudar i donio je fizičku snagu životinja u svoju službu, čineći ih domaćim. Konj je ubrzao trčanje, deva je pustinju učinila prohodnom, slon močvarnu džunglu. Ali fizičke snage čak i najjačih životinja nemjerljivo su male u usporedbi sa silama prirode.

Prva osoba podredila je element vatre, ali samo u njegovim najoslabljenijim verzijama. U početku je - kroz mnoga stoljeća - kao gorivo koristio samo drvo - vrlo niskoenergetski intenzivnu vrstu goriva. Nešto kasnije naučio je koristiti energiju vjetra iz ovog izvora energije, čovjek je podigao bijelo krilo jedra u zrak - i lagani brod je poput ptice preletio valove.

Jedrilica na valovima

Oštrice vjetrenjače izložio je naletima vjetra - i teško kamenje mlinskog kamenja vrtjelo se, tučak krupice zveckao. Ali svima je jasno da je energija zračnih mlaznica daleko od koncentriranja. Uz to su se i jedro i vjetrenjača bojali udara vjetra: bura je kidala jedra i potapala brodove, oluja je lomila krila i prevrnula mlinove.

Čak i kasnije, čovjek je počeo osvajati tekuću vodu. Kotač nije samo najprimitivniji uređaj sposoban pretvoriti energiju vode u rotacijsko gibanje, već je i najslabiji u usporedbi s raznim uređajima.

Čovjek je išao naprijed na ljestvici napretka i trebao mu je sve više energije.
Počeo je koristiti nove vrste goriva - već je prijelaz na izgaranje ugljena povećao energetski intenzitet kilograma goriva s 2500 kcal na 7000 kcal - gotovo tri puta. Onda je došlo vrijeme za naftu i plin. Opet se energetski sadržaj svakog kilograma fosilnih goriva povećao za jedan i pol do dva puta.

Parne strojeve zamijenile su parne turbine; mlinske kotače zamijenjene su hidrauličkim turbinama. Tada je čovjek pružio ruku prema fisijskom atomu urana. Međutim, prva upotreba nove vrste energije imala je tragične posljedice – nuklearni plamen Hirošime 1945. godine spalio je 70 tisuća ljudskih srca u roku od nekoliko minuta.

Godine 1954. puštena je u rad prva sovjetska nuklearna elektrana na svijetu, koja je snagu urana pretvorila u snagu zračenja električne struje. I treba napomenuti da kilogram urana sadrži dva milijuna puta više energije od kilograma najbolje nafte.

Bio je to temeljno novi požar, koji bi se mogao nazvati fizičkim, jer su fizičari proučavali procese koji dovode do rađanja tako nevjerojatne količine energije.
Uran nije jedino nuklearno gorivo. Već se koristi snažnija vrsta goriva - izotopi vodika.

Nažalost, čovjek još nije uspio pokoriti atomski plamen vodika i helija. On zna kako na trenutak zapaliti svoju svegoruću vatru, zapaliti reakciju u vodikovoj bombi bljeskom eksplozije urana. Ali sve bliže i bliže, znanstvenici vide vodikov reaktor, koji će generirati električnu struju kao rezultat fuzije jezgri vodikovih izotopa u jezgre helija.

Opet će se količina energije koju čovjek može uzeti iz svakog kilograma goriva povećati gotovo deset puta. Ali hoće li ovaj korak biti posljednji u nadolazećoj povijesti ljudske moći nad silama prirode?

Ne! Naprijed - ovladavanje gravitacijskim oblikom energije. Priroda ga je još razboritije pakirala nego čak i energija fuzije vodika i helija. Danas je to najkoncentriraniji oblik energije o kojem čovjek može i pretpostaviti.

Tamo se još ništa više ne vidi, izvan oštrice znanosti. I premda možemo sa sigurnošću reći da će elektrane raditi za čovjeka, prerađujući gravitacijsku energiju u električnu struju (ili možda u mlaz plina koji izlijeće iz mlaznice mlaznog motora, ili u planiranu transformaciju sveprisutnih atoma silicija i kisika u atome ultrarijetkih metala), još ne možemo ništa reći o detaljima takve elektrane (raketni motor, fizički reaktor).

Sila univerzalne gravitacije u podrijetlu rođenja galaksija

Sila univerzalne gravitacije je izvor rođenja galaksija iz predzvjezdane materije, kako je uvjeren akademik V. A. Ambartsumyan. Također gasi zvijezde koje su potrošile svoje vrijeme, potrošivši zvjezdano gorivo koje im je dodijeljeno rođenjem.

Da, pogledajte oko sebe: sve na Zemlji uvelike kontrolira ova sila.

Ona je ta koja određuje slojevitu strukturu našeg planeta - izmjenu litosfere, hidrosfere i atmosfere. Ona je ta koja drži debeli sloj zračnih plinova, na čijem dnu i zahvaljujući kojem svi postojimo.

Da nije bilo gravitacije, Zemlja bi se odmah izbila iz svoje orbite oko Sunca, a sam globus bi se raspao, rastrgan centrifugalnim silama. Teško je pronaći nešto što ne bi, u ovoj ili onoj mjeri, ovisilo o sili univerzalne gravitacije.

Naravno, antički filozofi, vrlo pažljivi ljudi, nisu mogli ne primijetiti da se kamen bačen uvis uvijek vraća. Platon je u 4. stoljeću prije Krista to objasnio činjenicom da sve tvari svemira teže tamo gdje je koncentrirana većina sličnih tvari: bačeni kamen pada na tlo ili odlazi na dno, prolivena voda curi u najbliži ribnjak ili u rijeku koja se probija prema moru, dim vatre juri na svoje srodne oblake.

Platonov učenik, Aristotel, pojasnio je da sva tijela imaju posebna svojstva težine i lakoće. Teška tijela - kamenje, metali - hrle u središte svemira, svjetlost - vatra, dim, pare - na periferiju. Ova hipoteza, koja objašnjava neke od pojava povezanih sa silom univerzalne gravitacije, postoji više od 2 tisuće godina.

Znanstvenici o sili gravitacije

Vjerojatno prvi koji je postavio pitanje sila gravitacije stvarno znanstven, bio je genij renesanse - Leonardo da Vinci. Leonardo je proglasio da gravitacija nije karakteristična samo za Zemlju, da postoji mnogo centara gravitacije. Također je sugerirao da sila gravitacije ovisi o udaljenosti do centra gravitacije.

Djela Kopernika, Galilea, Keplera, Roberta Hookea sve su bliže i bliže ideji zakona univerzalne gravitacije, ali je u konačnoj formulaciji ovaj zakon zauvijek povezan s imenom Isaaca Newtona.

Isaac Newton o sili gravitacije

Rođen 4. siječnja 1643. godine. Diplomirao je na Sveučilištu Cambridge, postao prvostupnik, zatim - magistar znanosti.

Isaac Newton

Sve što slijedi je beskrajno bogatstvo znanstvenih radova. No, njegovo glavno djelo su "Matematička načela prirodne filozofije", objavljena 1687. i obično nazvana jednostavno "Počeci". U njima je formulirano veliko. Vjerojatno ga se svi sjećaju iz srednje škole.

Sva se tijela privlače jedno drugom silom koja je izravno proporcionalna umnošku masa tih tijela i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih...

Neke odredbe ove formulacije mogli su predvidjeti Newtonovi prethodnici, ali ona još nikome nije data u cijelosti. Newtonov genij bio je potreban da se ti fragmenti sastave u jedinstvenu cjelinu kako bi se privlačnost Zemlje proširila na Mjesec, a Sunca - na cijeli planetarni sustav.

Iz zakona univerzalne gravitacije Newton je izveo sve zakone gibanja planeta, koje je prije otkrio Kepler. One su jednostavno bile njegove posljedice. Štoviše, Newton je pokazao da su ne samo Keplerovi zakoni, već i odstupanja od tih zakona (u svijetu tri ili više tijela) rezultat univerzalne gravitacije... Ovo je bio veliki trijumf znanosti.

Činilo se da je konačno otkrivena i matematički opisana glavna sila prirode, koja pokreće svjetove, sila kojoj su podložne molekule zraka, jabuke i Sunca. Divovski, neizmjerno golem, bio je korak koji je napravio Newton.

Prvi popularizator djela briljantnog znanstvenika, francuski književnik Francois Marie Arouet, svjetski poznat pod pseudonimom Voltaire, rekao je da je Newton iznenada pogodio postojanje zakona nazvanog po njemu kada je pogledao jabuku koja pada.

Sam Newton nikada nije spomenuo ovu jabuku. I teško da se danas isplati gubiti vrijeme na pobijanje ove lijepe legende. I, očito, Newton je logičkim rasuđivanjem shvatio veliku moć prirode. Vjerojatno je uvršten u odgovarajuće poglavlje "Početaka".

Sila gravitacije utječe na let jezgre

Pretpostavimo da smo na vrlo visokoj planini, toliko visokoj da je njen vrh već izvan atmosfere, postavili gigantski topnički oruđa. Njegova cijev je postavljena strogo paralelno s površinom globusa i ispaljena. Opisivanje luka jezgra pada na tlo.

Povećavamo punjenje, poboljšavamo kvalitetu baruta, na ovaj ili onaj način tjeramo jezgru da se kreće većom brzinom nakon sljedećeg hica. Luk koji opisuje jezgra postaje ravniji. Jezgra pada mnogo dalje od podnožja naše planine.

Također povećavamo naboj i pucamo. Jezgra leti tako blagom putanjom da se spušta paralelno s površinom globusa. Jezgra više ne može pasti na Zemlju: istom brzinom kojom pada, Zemlja bježi ispod nje. I, nakon što je opisao prsten oko našeg planeta, jezgra se vraća na polazišnu točku.

Pištolj se u međuvremenu može ukloniti. Uostalom, let jezgre oko zemaljske kugle trajat će više od sat vremena. A onda će jezgra brzo preći preko vrha planine i otići u novi krug oko Zemlje. Pad, ako, kako smo se dogovorili, jezgra ne doživi nikakav otpor zraka, nikada neće moći.

Osnovna brzina za to bi trebala biti blizu 8 km/s. A ako povećate brzinu leta jezgre? Najprije će letjeti u luku, nježnijem od zakrivljenosti zemljine površine, i početi se udaljavati od Zemlje. Istovremeno će se njegova brzina pod utjecajem Zemljine gravitacije smanjiti.

I, konačno, okrećući se, počet će, takoreći, padati natrag na Zemlju, ali će proletjeti pokraj nje i više neće završiti krug, već elipsu. Jezgra će se kretati oko Zemlje na potpuno isti način kao što se Zemlja kreće oko Sunca, naime po elipsi, u čijem će se jednom od žarišta nalaziti centar našeg planeta.

Ako dodatno povećamo početnu brzinu jezgre, elipsa će se pokazati rastegnutijom. Ovu elipsu je moguće rastegnuti na način da jezgra stigne do lunarne orbite ili čak mnogo dalje. Ali sve dok početna brzina ove jezgre ne prijeđe 11,2 km/s, ona će ostati Zemljin satelit.

Jezgra, koja je pri ispaljivanju dobila brzinu od preko 11,2 km/s, zauvijek će odletjeti od Zemlje paraboličnom putanjom. Ako je elipsa zatvorena krivulja, onda je parabola krivulja koja ima dvije grane koje idu u beskonačnost. Krećući se po elipsi, ma koliko ona bila izdužena, neminovno ćemo se sustavno vraćati na početnu točku. Krećući se po paraboli, nikada se nećemo vratiti na početnu točku.

Ali, napustivši Zemlju ovom brzinom, jezgra još neće moći letjeti u beskonačnost. Snažna gravitacija Sunca savijat će putanju svog leta, zatvarajući se oko sebe poput putanje planeta. Jezgra će postati Zemljina sestra, maleni planet u našoj obitelji planeta.

Da bi se jezgra usmjerila izvan planetarnog sustava, kako bi se prevladala sunčeva privlačnost, potrebno joj je reći brzinu veću od 16,7 km/s, te je usmjeriti tako da se ovoj brzini doda i brzina Zemljinog vlastitog kretanja. .

Brzina od oko 8 km/s (ova brzina ovisi o visini planine s koje puca naša puška) naziva se kružna brzina, brzine od 8 do 11,2 km/s su eliptične, od 11,2 do 16,7 km/s su parabolične, a iznad ovog broja – oslobađajuće brzine.

Ovdje treba dodati da zadane vrijednosti ovih brzina vrijede samo za Zemlju. Da živimo na Marsu, kružnu brzinu bi nam bilo puno lakše postići – ona je tamo samo oko 3,6 km/s, a parabolična je tek nešto veća od 5 km/s.

S druge strane, bilo bi puno teže poslati jezgru na svemirski let s Jupitera nego sa Zemlje: kružna brzina na ovom planetu je 42,2 km/s, a parabolična čak 61,8 km/s!

Stanovnicima Sunca bilo bi najteže napustiti svoj svijet (ako bi, naravno, takav mogao postojati). Kružna brzina ovog diva trebala bi biti 437,6, a brzina razdvajanja - 618,8 km / s!

Tako je Newton na kraju 17. stoljeća, sto godina prije prvog leta balona braće Montgolfier ispunjenog toplim zrakom, dvjesto godina prije prvih letova aviona braće Wright, i gotovo četvrt tisućljeća prije polijetanje prvih tekućih raketa, pokazalo je put do neba za satelite i svemirske brodove.

Sila gravitacije je svojstvena svakoj sferi

Preko zakon gravitacije otkriveni su nepoznati planeti, stvorene su kozmogonijske hipoteze o nastanku Sunčevog sustava. Otkrivena je i matematički opisana glavna sila prirode koja kontrolira zvijezde, planete, jabuke u vrtu i molekule plina u atmosferi.

Ali mi ne poznajemo mehanizam univerzalne gravitacije. Newtonova gravitacija ne objašnjava, ali vizualno predstavlja trenutno stanje gibanja planeta.

Ne znamo što uzrokuje interakciju svih tijela Svemira. I ne može se reći da Newtona taj razlog nije zanimao. Dugi niz godina razmišljao je o njegovom mogućem mehanizmu.

Usput, ovo je doista iznimno tajanstvena moć. Sila koja se manifestira kroz stotine milijuna kilometara prostora, na prvi pogled lišenog ikakvih materijalnih formacija, uz pomoć koje bi se mogao objasniti prijenos interakcije.

Newtonove hipoteze

I Newton pribjegavala hipoteza o postojanju izvjesnog etera koji navodno ispunjava cijeli Svemir. Godine 1675. objasnio je privlačnost Zemlji činjenicom da eter koji ispunjava cijeli svemir juri u središte Zemlje u neprekidnim tokovima, hvatajući sve objekte u tom kretanju i stvarajući gravitacijsku silu. Isti tok etera juri prema Suncu i, vukući planete, komete, osigurava njihove eliptične putanje...

To nije bila baš uvjerljiva, iako apsolutno matematički logična hipoteza. Ali sada, 1679., Newton je stvorio novu hipotezu koja objašnjava mehanizam gravitacije. Ovoga puta on obdaruje eter svojstvom različite koncentracije u blizini planeta i daleko od njih. Što je dalje od središta planeta, to je eter navodno gušći. I ima svojstvo istiskivanja svih materijalnih tijela iz njihovih gušćih slojeva u manje gusta. I sva tijela su istisnuta na površinu Zemlje.

Godine 1706. Newton oštro poriče samo postojanje etera. 1717. ponovno se vraća hipotezi o istiskivanju etera.

Genijalni Newtonov mozak borio se oko rješenja velikog misterija i nije ga pronašao. To objašnjava tako oštro bacanje s jedne strane na drugu. Newton je govorio:

Ne postavljam hipoteze.

I premda, kao što smo tek uspjeli provjeriti, to nije sasvim točno, definitivno možemo ustvrditi nešto drugo: Newton je mogao jasno razlikovati stvari koje su neosporne od nestabilnih i kontroverznih hipoteza. I u Elementima postoji formula velikog zakona, ali nema pokušaja da se objasni njegov mehanizam.
Veliki fizičar ostavio je ovu zagonetku čovjeku budućnosti. Umro je 1727. godine.
To ni danas nije riješeno.

Rasprava o fizičkoj biti Newtonovog zakona trajala je dva stoljeća. A možda se ova rasprava ne bi ticala same suštine zakona, kad bi točno odgovorio na sva postavljena pitanja.

Ali činjenica je da se s vremenom pokazalo da ovaj zakon nije univerzalan. Da ima slučajeva kada ne može objasniti ovu ili onu pojavu. Navedimo primjere.

Sila gravitacije u Seeligerovim proračunima

Prvi od njih je Seeligerov paradoks. Smatrajući da je Univerzum beskonačan i jednolično ispunjen materijom, Seeliger je pokušao izračunati, prema Newtonovom zakonu, univerzalnu gravitacijsku silu koju stvara cijela beskonačno velika masa beskonačnog Svemira u nekim njegovim točkama.

To nije bio lak zadatak sa stajališta čiste matematike. Prevladavši sve poteškoće najsloženijih transformacija, Seeliger je otkrio da je željena sila univerzalne gravitacije proporcionalna polumjeru Svemira. A budući da je ovaj polumjer jednak beskonačnosti, onda gravitacijska sila mora biti beskonačno velika. Međutim, to ne vidimo u praksi. To znači da zakon univerzalne gravitacije ne vrijedi za cijeli svemir.

Međutim, moguća su i druga objašnjenja paradoksa. Na primjer, možemo pretpostaviti da materija ne ispunjava ravnomjerno cijeli Svemir, ali se njezina gustoća postupno smanjuje i, konačno, negdje vrlo daleko nema materije. Ali zamisliti takvu sliku znači priznati mogućnost postojanja prostora bez materije, što je općenito apsurdno.

Možemo pretpostaviti da sila gravitacije slabi brže nego što raste kvadrat udaljenosti. Ali to dovodi u sumnju iznenađujući sklad Newtonovog zakona. Ne, i ovo objašnjenje nije zadovoljilo znanstvenike. Paradoks je ostao paradoks.

Promatranja kretanja Merkura

Još jedna činjenica, djelovanje sile univerzalne gravitacije, koje nije objašnjeno Newtonovim zakonom, donijelo je promatranje kretanja Merkura- najbliže planetu. Točni proračuni prema Newtonovom zakonu pokazali su da bi se perehel - točka elipse duž koje se Merkur kreće najbliže Suncu - trebao pomaknuti za 531 lučnu sekundu u 100 godina.

A astronomi su otkrili da je taj pomak jednak 573 lučne sekunde. Taj višak - 42 lučne sekunde - znanstvenici također nisu mogli objasniti, koristeći samo formule koje proizlaze iz Newtonovog zakona.

Objasnio je i Seeligerov paradoks, i pomak Merkurovog perhelija, i mnoge druge paradoksalne pojave i neobjašnjive činjenice Albert Einstein, jedan od najvećih, ako ne i najveći fizičar svih vremena. Među dosadnim sitnicama bilo je i pitanje o eterični vjetar.

Eksperimenti Alberta Michelsona

Činilo se da se ovo pitanje ne tiče izravno problema gravitacije. On se odnosio na optiku, na svjetlo. Točnije, na definiciju njegove brzine.

Danski astronom bio je prvi koji je odredio brzinu svjetlosti. Olaf Remer promatrajući pomrčinu Jupiterovih mjeseci. To se dogodilo već 1675. godine.

američki fizičar Albert Michelson krajem 18. stoljeća proveo je niz određivanja brzine svjetlosti u zemaljskim uvjetima, koristeći aparat koji je dizajnirao.

Godine 1927. dao je brzinu svjetlosti kao 299796 + 4 km/s, što je bila izvrsna točnost za ono vrijeme. Ali bit stvari je drugačija. Godine 1880. odlučio je istražiti eterični vjetar. Želio je konačno utvrditi postojanje upravo tog etera, čijom su prisutnošću pokušali objasniti i prijenos gravitacijske interakcije i prijenos svjetlosnih valova.

Michelson je vjerojatno bio najistaknutiji eksperimentator svog vremena. Imao je izvrsnu opremu. I bio je gotovo siguran u uspjeh.

Bit iskustva

Iskustvo bio zamišljen ovako. Zemlja se kreće u svojoj orbiti brzinom od oko 30 km/sec.. Kreće se zrakom. To znači da brzina svjetlosti iz izvora koji je ispred prijemnika u odnosu na gibanje Zemlje mora biti veća nego iz izvora koji je s druge strane. U prvom slučaju, brzina eteričnog vjetra mora se dodati brzini svjetlosti; u drugom slučaju, brzina svjetlosti se mora smanjiti za tu vrijednost.

Naravno, brzina Zemlje u svojoj orbiti oko Sunca je samo jedna desetina tisućinke brzine svjetlosti. Pronaći tako mali izraz vrlo je teško, ali Michelsona su s razlogom nazivali kraljem preciznosti. Iskoristio je genijalan način da uhvati "neuhvatljivu" razliku u brzinama zraka svjetlosti.

Podijelio je snop na dva jednaka toka i usmjerio ih u međusobno okomitim smjerovima: duž meridijana i uz paralelu. Odražene od zrcala, zrake su se vratile. Da je snop koji ide paralelno doživio utjecaj eteričnog vjetra, kada bi se dodao meridijalnom snopu, trebale su se pojaviti interferencijske rubove, valovi dviju zraka bili bi pomaknuti u fazi.

Međutim, Michelsonu je bilo teško izmjeriti putanje obiju zraka s tako velikom točnošću tako da su bile potpuno iste. Stoga je napravio aparat tako da nema rubova smetnji, a zatim ga okrenuo za 90 stupnjeva.

Meridijanski snop postao je širinski i obrnuto. Ako je eteričan vjetar, ispod okulara bi se trebale pojaviti crne i svijetle pruge! Ali nisu bili. Možda ga je znanstvenik, okrećući uređaj, pomaknuo.

Postavio ga je u podne i popravio. Uostalom, osim što se rotira i oko osi. I stoga, u različito doba dana, širinska zraka zauzima drugačiji položaj u odnosu na nadolazeći eterični vjetar. Sada, kada je aparat strogo nepomičan, može se uvjeriti u točnost pokusa.

Opet nije bilo smetnji. Eksperiment je izveden mnogo puta, a Michelson, a s njim i svi tadašnji fizičari, bili su zadivljeni. Eterični vjetar nije otkriven! Svjetlost je putovala u svim smjerovima istom brzinom!

Nitko to nije uspio objasniti. Michelson je ponavljao eksperiment iznova i iznova, poboljšao opremu i na kraju postigao gotovo nevjerojatnu točnost mjerenja, red veličine veću nego što je bilo potrebno za uspjeh eksperimenta. I opet ništa!

Eksperimenti Alberta Einsteina

Sljedeći veliki korak znanje o sili gravitacije napravio Albert Einstein.
Alberta Einsteina su jednom pitali:

Kako ste došli do svoje posebne teorije relativnosti? Pod kojim okolnostima ste došli na briljantnu ideju? Znanstvenik je odgovorio: “Uvijek mi se činilo da je to tako.

Možda nije želio biti iskren, možda se želio riješiti dosadnog sugovornika. No, teško je zamisliti da je Einsteinova ideja o povezanosti vremena, prostora i brzine bila urođena.

Ne, naravno, isprva je postojao predosjećaj, sjajan poput munje. Tada je počeo razvoj. Ne, nema proturječnosti s poznatim pojavama. A onda se pojavilo onih pet stranica punih formula, koje su objavljene u fizičkom časopisu. Stranice koje su otvorile novu eru u fizici.

Zamislite svemirski brod koji leti kroz svemir. Odmah ćemo vas upozoriti: zvjezdani brod je vrlo neobičan, kakav niste čitali u znanstvenofantastičnim pričama. Duljina mu je 300 tisuća kilometara, a brzina je, recimo, 240 tisuća km/s. I ovaj svemirski brod leti pokraj jedne od međuplatforma u svemiru, ne zaustavljajući se na njoj. Punom brzinom.

Jedan od putnika stoji na palubi zvjezdanog broda sa satom. A ti i ja, čitatelju, stojimo na platformi - njezina duljina mora odgovarati veličini zvjezdanog broda, odnosno 300 tisuća kilometara, inače se neće moći zalijepiti za nju. A u rukama imamo i sat.

Primjećujemo da je u trenutku kada je pramac zvjezdanog broda sustigao stražnji rub naše platforme, na njemu bljesnuo fenjer koji je osvjetljavao prostor koji ga okružuje. Sekundu kasnije, snop svjetla stigao je do prednjeg ruba naše platforme. U to ne sumnjamo, jer znamo brzinu svjetlosti i uspjeli smo točno odrediti odgovarajući trenutak na satu. I na zvjezdanom brodu...

Ali zvjezdani je brod također poletio prema snopu svjetlosti. I sasvim sigurno smo vidjeli da joj je svjetlo obasjalo krmu u trenutku kada se nalazila negdje blizu sredine platforme. Definitivno smo vidjeli da snop svjetlosti nije prešao 300 tisuća kilometara od pramca do krme broda.

Ali putnici na palubi zvjezdanog broda sigurni su u nešto drugo. Sigurni su da je njihova zraka prešla cijelu udaljenost od pramca do krme od 300 tisuća kilometara. Uostalom, na to je potrošio cijelu sekundu. I oni su to apsolutno točno zabilježili na svojim satovima. A kako bi drugačije: na kraju krajeva, brzina svjetlosti ne ovisi o brzini izvora ...

Kako to? Vidimo jedno s fiksne platforme, a drugo njima na palubi zvjezdanog broda? Što je bilo?

Einsteinova teorija relativnosti

Treba odmah napomenuti: Einsteinova teorija relativnosti na prvi pogled, apsolutno je u suprotnosti s našom ustaljenom idejom o strukturi svijeta. Možemo reći da je u suprotnosti i sa zdravim razumom, kako smo ga navikli predstavljati. To se dogodilo mnogo puta u povijesti znanosti.

Ali otkriće sferičnosti Zemlje bilo je protivno zdravom razumu. Kako ljudi mogu živjeti na suprotnoj strani i ne pasti u ponor?

Za nas je sferičnost Zemlje nedvojbena činjenica, a sa stajališta zdravog razuma, svaka druga pretpostavka je besmislena i divlja. Ali odmaknite se od svog vremena, zamislite prvu pojavu ove ideje i shvatit ćete koliko bi je bilo teško prihvatiti.

Pa, je li bilo lakše priznati da Zemlja nije nepomična, već leti svojom putanjom desetke puta brže od topovske kugle?

Sve su to bile olupine zdravog razuma. Stoga ga moderni fizičari nikada ne spominju.

Sada se vratimo na specijalnu teoriju relativnosti. Svijet ju je prvi put prepoznao 1905. godine iz članka koji potpisuje malo poznato ime - Albert Einstein. A on je tada imao samo 26 godina.

Einstein je iz ovog paradoksa napravio vrlo jednostavnu i logičnu pretpostavku: sa stajališta promatrača na platformi, u automobilu u pokretu prošlo je manje vremena nego što je izmjerio vaš ručni sat. U automobilu je protok vremena usporen u odnosu na vrijeme na stacionarnoj platformi.

Iz ove pretpostavke logično su slijedile prilično nevjerojatne stvari. Pokazalo se da osoba koja putuje na posao u tramvaju, u usporedbi s pješakom koji hoda istim putem, ne samo da štedi vrijeme zbog brzine, već mu to ide i sporije.

No, ne pokušavajte na taj način očuvati vječnu mladost: čak i ako postanete vozač kočije i provedete trećinu života u tramvaju, za 30 godina dobit ćete jedva više od milijuntinke sekunde. Da bi dobitak u vremenu postao primjetan, potrebno je kretati se brzinom bliskom brzini svjetlosti.

Ispada da se povećanje brzine tijela odražava u njihovoj masi. Što je brzina tijela bliža brzini svjetlosti, to je veća njegova masa. Pri brzini tijela jednakoj brzini svjetlosti, njegova masa je jednaka beskonačnosti, odnosno veća je od mase Zemlje, Sunca, Galaksije, cijelog našeg Svemira... Toliko je masa može se koncentrirati u jednostavnoj kaldrmi, ubrzavajući je do brzine
Sveta!

To nameće ograničenje koje ne dopušta nijednom materijalnom tijelu da razvije brzinu jednaku brzini svjetlosti. Uostalom, kako masa raste, postaje je sve teže raspršiti. A beskonačnu masu ne može pomaknuti nijedna sila.

Međutim, priroda je napravila vrlo važnu iznimku od ovog zakona za cijelu klasu čestica. Na primjer, za fotone. Mogu se kretati brzinom svjetlosti. Točnije, ne mogu se kretati ni jednom drugom brzinom. Nezamislivo je zamisliti nepomični foton.

Kada miruje, nema masu. Također, neutrini nemaju masu mirovanja, a osuđeni su i na vječni neobuzdani let kroz svemir maksimalnom mogućom brzinom u našem Svemiru, bez prestizanja svjetlosti i praćenja njome.

Nije li istina da je svaka od nas navedenih posljedica specijalne teorije relativnosti iznenađujuća, paradoksalna! I svaki je, naravno, suprotan „zdravom razumu“!

Ali evo što je zanimljivo: ne u svom konkretnom obliku, već kao širokom filozofskom stajalištu, sve te nevjerojatne posljedice predvidjeli su utemeljitelji dijalektičkog materijalizma. Što govore ove implikacije? O vezama koje međusobno povezuju energiju i masu, masu i brzinu, brzinu i vrijeme, brzinu i duljinu objekta koji se kreće...

Einsteinovo otkriće međuovisnosti, poput cementa (više:), povezujući zajedno armaturu, ili kamen temeljac, povezalo je stvari i pojave koje su se prije činile neovisnima jedna o drugoj i stvorilo temelj na kojemu je prvi put u povijesti znanosti bilo moguće izgraditi skladnu zgradu. Ova zgrada je prikaz kako naš svemir funkcionira.

Ali prvo, barem nekoliko riječi o općoj teoriji relativnosti, koju je također stvorio Albert Einstein.

Albert Einstein

Ovaj naziv - opća teorija relativnosti - ne odgovara sasvim sadržaju teorije, o kojoj će biti riječi. Uspostavlja međuovisnost prostora i materije. Očigledno bi to bilo ispravnije nazvati prostorno-vremena teorija, ili teorija gravitacije.

Ali ovo je ime tako blisko sraslo s Einsteinovom teorijom da se mnogim znanstvenicima čak i postavljati pitanje njegove zamjene čini nepristojnim.

Opća teorija relativnosti utvrdila je međuovisnost između materije i vremena i prostora koji je sadrže. Pokazalo se da prostor i vrijeme ne samo da se ne mogu zamisliti kao da postoje odvojeno od materije, već njihova svojstva ovise i o materiji koja ih ispunjava.

Polazna točka rasprave

Stoga se može samo odrediti početna točka rasprave i izvući neke važne zaključke.

Na početku svemirskog putovanja neočekivana katastrofa uništila je knjižnicu, filmski fond i druga spremišta uma, sjećanja na ljude koji su letjeli svemirom. A priroda rodnog planeta zaboravlja se u smjeni stoljeća. Čak je i zakon univerzalne gravitacije zaboravljen, jer raketa leti u međugalaktičkom prostoru, gdje se gotovo i ne osjeća.

No, brodski motori rade vrhunski, opskrba energijom u baterijama je praktički neograničena. Većinu vremena brod se kreće po inerciji, a njegovi su stanovnici navikli na bestežinsko stanje. Ali ponekad upale motore i usporavaju ili ubrzavaju kretanje broda. Kada mlazne mlaznice buknu u prazninu bezbojnim plamenom i brod se kreće ubrzano, stanovnici osjećaju da im tijela postaju teška, prisiljeni su hodati oko broda, a ne letjeti hodnicima.

A sada je let blizu završetka. Brod leti do jedne od zvijezda i pada u orbite najprikladnijeg planeta. Zvjezdani brodovi izlaze, hodaju po svježem zelenom tlu, neprestano doživljavajući isti osjećaj težine, poznat iz vremena kada se brod kretao ubrzanim tempom.

Ali planet se kreće ravnomjerno. Ne može letjeti prema njima konstantnim ubrzanjem od 9,8 m/s2! I oni imaju prvu pretpostavku da gravitacijsko polje (gravitacijska sila) i ubrzanje daju isti učinak, a možda imaju i zajedničku prirodu.

Nitko od naših zemaljskih suvremenika nije bio na tako dugom letu, ali su mnogi ljudi osjetili fenomen “uteganja” i “svjetlavanja” svojih tijela. Već obično dizalo, kada se kreće ubrzanim tempom, stvara taj osjećaj. Prilikom spuštanja osjećate nagli gubitak težine, a pri usponu, naprotiv, pod pritišće vaše noge jače nego inače.

Ali jedan osjećaj ne dokazuje ništa. Uostalom, senzacije nas pokušavaju uvjeriti da se Sunce kreće na nebu oko nepokretne Zemlje, da su sve zvijezde i planeti na istoj udaljenosti od nas, na nebeskom svodu itd.

Znanstvenici su senzacije podvrgli eksperimentalnoj provjeri. Čak je i Newton razmišljao o čudnom identitetu dvaju fenomena. Pokušao im je dati brojčane karakteristike. Izmjerivši gravitacijske i , uvjerio se da su njihove vrijednosti uvijek strogo jednake jedna drugoj.

Od kojih god materijala napravio njihala pilotske tvornice: od srebra, olova, stakla, soli, drveta, vode, zlata, pijeska, pšenice. Rezultat je bio isti.

Načelo ekvivalencije, o kojemu govorimo, temelj je opće teorije relativnosti, iako suvremenom tumačenju teorije to načelo više nije potrebno. Izostavljajući matematičke dedukcije koje slijede iz ovog načela, prijeđimo izravno na neke posljedice opće teorije relativnosti.

Prisutnost velikih masa tvari uvelike utječe na okolni prostor. To dovodi do takvih promjena u njemu, koje se mogu definirati kao nehomogenosti prostora. Ove nehomogenosti usmjeravaju kretanje bilo koje mase koje su blizu tijela koje privlači.

Obično se pribjegava takvoj analogiji. Zamislite platno čvrsto nategnuto na okvir paralelan s površinom zemlje. Stavite veliku težinu na to. Ovo će biti naša velika privlačna masa. Ona će, naravno, saviti platno i završiti u nekoj udubini. Sada prevrnite loptu preko ovog platna na način da dio njezine putanje leži pored mase koja privlači. Ovisno o tome kako će lopta biti lansirana, moguće su tri opcije.

Lopta će letjeti dovoljno daleko od udubljenja stvorenog otklonom platna i neće promijeniti svoje kretanje.
Lopta će dodirnuti udubljenje, a linije njezina kretanja savijat će se prema masi koja privlači.
Lopta će pasti u ovu rupu, neće moći izaći iz nje i napravit će jedan ili dva okreta oko gravitirajuće mase.

Nije li istina da treća opcija vrlo lijepo modelira hvatanje od strane zvijezde ili planeta stranog tijela koje je nemarno odletjelo u njihovo privlačno polje?

A drugi slučaj je savijanje putanje tijela koje leti brzinom većom od moguće brzine hvatanja! Prvi slučaj je sličan letenju izvan praktičnog dosega gravitacijskog polja. Da, praktično je, jer je teoretski gravitacijsko polje neograničeno.

Naravno, ovo je vrlo daleka analogija, prije svega zato što nitko zapravo ne može zamisliti otklon našeg trodimenzionalnog prostora. Koje je fizičko značenje ovog otklona, odnosno zakrivljenosti, kako često kažu, nitko ne zna.

Iz opće teorije relativnosti proizlazi da se svako materijalno tijelo može kretati u gravitacijskom polju samo duž zakrivljenih linija. Samo u posebnim slučajevima krivulja se pretvara u ravnu liniju.

Zraka svjetlosti također se pokorava ovom pravilu. Uostalom, sastoji se od fotona koji imaju određenu masu u letu. A gravitacijsko polje djeluje na njega, kao i na molekulu, asteroid ili planet.

Drugi važan zaključak je da gravitacijsko polje također mijenja tijek vremena. U blizini velike privlačne mase, u jakom gravitacijskom polju koje je stvorio, vrijeme bi trebalo biti sporije nego daleko od nje.

Vidite, a opća teorija relativnosti puna je paradoksalnih zaključaka koji uvijek iznova mogu preokrenuti naše ideje o "zdravom razumu"!

Gravitacijski kolaps

Razgovarajmo o nevjerojatnom fenomenu kozmičke prirode - o gravitacijskom kolapsu (katastrofalna kompresija). Taj se fenomen događa u gigantskim nakupinama materije, gdje gravitacijske sile dosežu tako ogromne veličine da im se nijedna druga sila koja postoji u prirodi ne može oduprijeti.

Sjetite se poznate Newtonove formule: što je veća sila gravitacije, manji je kvadrat udaljenosti između tijela koja gravitiraju. Dakle, što materijalna formacija postaje gušća, što je manja njezina veličina, što brže rastu gravitacijske sile, to je neizbježnije njihov razorni zagrljaj.

Postoji lukava tehnika kojom se priroda bori s naizgled neograničenim sabijanjem materije. Da bi to učinio, zaustavlja sam tijek vremena u sferi djelovanja supergigantskih gravitacijskih sila, a okovane mase materije su, takoreći, isključene iz našeg Svemira, zamrznute u čudnom letargičnom snu.

Prva od ovih "crnih rupa" kozmosa vjerojatno je već otkrivena. Prema pretpostavci sovjetskih znanstvenika O. Kh. Huseynova i A. Sh. Novruzova, to je delta Blizanaca - dvostruka zvijezda s jednom nevidljivom komponentom.

Vidljiva komponenta ima masu 1,8 solara, a njen nevidljivi "partner" trebao bi, prema izračunima, biti četiri puta masivniji od vidljive. Ali tome nema tragova: nemoguće je vidjeti najnevjerojatnije stvaranje prirode, "crnu rupu".

Sovjetski znanstvenik profesor K.P. Stanyukovich, kako kažu, "na vrhu olovke", pokazao je kroz čisto teorijske konstrukcije da čestice "smrznute tvari" mogu biti vrlo raznolike veličine.

Moguće su njegove gigantske formacije, slične kvazarima, koje neprekidno zrače onoliko energije koliko zrače svih 100 milijardi zvijezda naše Galaksije.
Moguće su mnogo skromnije nakupine, jednake samo nekoliko solarnih masa. I ti i drugi objekti mogu nastati iz obične, a ne "uspavane" materije.
A moguće su formacije sasvim druge klase, razmjerne mase s elementarnim česticama.

Da bi nastali, potrebno je najprije materiju koja ih čini podvrgnuti gigantskom pritisku i otjerati u sferu Schwarzschilda – sferu u kojoj vrijeme za vanjskog promatrača potpuno staje. Čak i ako se nakon toga pritisak čak i ukloni, čestice za koje je vrijeme stalo nastavit će postojati neovisno o našem Svemiru.

plankeoni

Plankeoni su vrlo posebna klasa čestica. Oni imaju, prema K.P. Stanyukovichu, izuzetno zanimljivo svojstvo: nose materiju u sebi u nepromijenjenom obliku, kakav je bio prije milijune i milijarde godina. Gledajući unutar plankeona, mogli smo vidjeti materiju kakva je bila u vrijeme rođenja našeg svemira. Prema teoretskim proračunima, u svemiru postoji oko 1080 plankeona, otprilike jedan plankeon u kocki prostora sa stranom od 10 centimetara. Inače, u isto vrijeme kad i Stanjukovič i (neovisno o njemu hipotezu o plankeonima iznio je akademik M.A. Markov. Samo im je Markov dao drugačije ime - maksimoni.

Posebna svojstva plankeona također se mogu koristiti za objašnjenje ponekad paradoksalnih transformacija elementarnih čestica. Poznato je da kada se dvije čestice sudaraju, nikada ne nastaju fragmenti, već nastaju druge elementarne čestice. Ovo je doista nevjerojatno: u običnom svijetu, razbijajući vazu, nikada nećemo dobiti cijele šalice ili čak rozete. Ali pretpostavimo da u dubini svake elementarne čestice postoji plankeon, jedan ili nekoliko, a ponekad i mnogo plankeona.

U trenutku sudara čestica, čvrsto zavezana "vreća" plankeona se lagano otvara, neke će čestice "pasti" u nju, a umjesto "iskočiti" one za koje smatramo da su nastale tijekom sudara. Plankeon će ujedno, kao vrijedni računovođa, osigurati sve “zakone očuvanja” usvojene u svijetu elementarnih čestica.
Pa, kakve veze s tim ima mehanizam univerzalne gravitacije?

"Odgovorne" za gravitaciju, prema hipotezi K.P. Stanyukovicha, su sitne čestice, takozvani gravitoni, koje kontinuirano emitiraju elementarne čestice. Gravitoni su toliko manji od potonjeg, kao što je zrnca prašine koja pleše u sunčevoj zraki manja od globusa.

Zračenje gravitona pokorava se nizu pravilnosti. Konkretno, lakše im je letjeti u to područje svemira. Koji sadrži manje gravitona. To znači da ako se u svemiru nalaze dva nebeska tijela, oba će zračiti gravitone pretežno "na van", u smjerovima koji su suprotni jedan drugome. To stvara impuls koji uzrokuje da se tijela približe jedno drugom, da se privlače.

Gravitacijska sila je sila kojom se međusobno privlače objekti određene mase, smješteni na određenoj udaljenosti jedan od drugog.

Engleski znanstvenik Isaac Newton 1867. godine otkrio je zakon univerzalne gravitacije. Ovo je jedan od temeljnih zakona mehanike. Suština ovog zakona je sljedeća:bilo koje dvije materijalne čestice privlače se jedna prema drugoj silom koja je izravno proporcionalna umnošku njihovih masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.

Sila privlačnosti je prva sila koju je osoba osjetila. To je sila kojom Zemlja djeluje na sva tijela koja se nalaze na njenoj površini. I svaka osoba tu silu osjeća kao vlastitu težinu.

Zakon gravitacije

Postoji legenda da je Newton sasvim slučajno otkrio zakon univerzalne gravitacije, šetajući navečer u vrtu svojih roditelja. Kreativni ljudi neprestano su u potrazi, a znanstvena otkrića nisu trenutni uvid, već plod dugotrajnog umnog rada. Sjedeći ispod stabla jabuke, Newton je razmišljao o drugoj ideji i odjednom mu je jabuka pala na glavu. Newtonu je bilo jasno da je jabuka pala kao posljedica Zemljine gravitacije. „Ali zašto mjesec ne padne na Zemlju? on je mislio. "To znači da neka druga sila djeluje na njega i drži ga u orbiti." Ovako poznati zakon gravitacije.

Znanstvenici koji su prethodno proučavali rotaciju nebeskih tijela vjerovali su da se nebeska tijela pokoravaju nekim sasvim drugim zakonima. Odnosno, pretpostavljalo se da na površini Zemlje i u svemiru postoje potpuno različiti zakoni privlačenja.

Newton je kombinirao ove navodne vrste gravitacije. Analizirajući Keplerove zakone koji opisuju gibanje planeta, došao je do zaključka da sila privlačenja nastaje između bilo kojeg tijela. Odnosno, i na jabuku koja je pala u vrtu i na planete u svemiru djeluju sile koje se pokoravaju istom zakonu – zakonu univerzalne gravitacije.

Newton je otkrio da Keplerovi zakoni djeluju samo ako između planeta postoji privlačna sila. A ta je sila izravno proporcionalna masama planeta i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih.

Sila privlačenja izračunava se po formuli F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 je masa prvog tijela;

m2je masa drugog tijela;

r je udaljenost između tijela;

G je koeficijent proporcionalnosti, koji se zove gravitaciona konstanta ili gravitaciona konstanta.

Njegova vrijednost određena je eksperimentalno. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Ako su dvije materijalne točke s masom jednakom jedinici mase na udaljenosti jednakoj jedinici udaljenosti, tada se privlače silom jednakom G.

Sile privlačenja su gravitacijske sile. Oni se također zovu gravitacija. Oni podliježu zakonu univerzalne gravitacije i pojavljuju se posvuda, budući da sva tijela imaju masu.

Gravitacija

Gravitacijska sila blizu površine Zemlje je sila kojom se sva tijela privlače prema Zemlji. Zovu je gravitacija. Smatra se konstantnim ako je udaljenost tijela od Zemljine površine mala u odnosu na polumjer Zemlje.

Budući da gravitacija, koja je gravitacijska sila, ovisi o masi i polumjeru planeta, ona će biti različita na različitim planetima. Budući da je polumjer Mjeseca manji od polumjera Zemlje, tada je sila privlačenja na Mjesecu manja nego na Zemlji za 6 puta. A na Jupiteru, naprotiv, gravitacija je 2,4 puta veća od gravitacije na Zemlji. Ali tjelesna težina ostaje konstantna, bez obzira gdje se mjeri.

Mnogi ljudi brkaju značenje težine i gravitacije, vjerujući da je gravitacija uvijek jednaka težini. Ali nije.

Sila kojom tijelo pritišće oslonac ili rasteže ovjes, to je težina. Ukloni li se oslonac ili ovjes, tijelo će početi padati ubrzanjem slobodnog pada pod djelovanjem gravitacije. Sila gravitacije proporcionalna je masi tijela. Izračunava se prema formuliF= m g , gdje m- tjelesna masa, g- ubrzanje gravitacije.

Tjelesna težina se može promijeniti, a ponekad i potpuno nestati. Zamislite da smo u liftu na gornjem katu. Dizalo se isplati. U ovom trenutku je naša težina P i sila gravitacije F, kojom nas Zemlja vuče, jednake. Ali čim se dizalo počelo ubrzano kretati prema dolje a , težina i gravitacija više nisu jednake. Prema drugom Newtonovom zakonumg+ P = ma . P \u003d m g -ma.

Iz formule se vidi da nam se težina smanjivala kako smo se kretali prema dolje.

U trenutku kada je dizalo povećalo brzinu i počelo se kretati bez ubrzanja, naša je težina ponovno jednaka gravitaciji. A kad je dizalo počelo usporavati svoje kretanje, ubrzanje a postala negativna, a težina se povećala. Dolazi do preopterećenja.

A ako se tijelo pomiče prema dolje s ubrzanjem slobodnog pada, tada će težina potpuno postati jednaka nuli.

Na a=g R=mg-ma= mg - mg=0

Ovo je stanje bestežinskog stanja.

Dakle, bez iznimke, sva materijalna tijela u Svemiru pokoravaju se zakonu univerzalne gravitacije. I planete oko Sunca, i sva tijela koja su blizu površine Zemlje.

16.-17. stoljeće mnogi s pravom nazivaju jednim od najslavnijih razdoblja na svijetu.U to vrijeme uvelike su postavljeni temelji bez kojih bi daljnji razvoj ove znanosti bio jednostavno nezamisliv. Kopernik, Galileo, Kepler napravili su veliki posao kako bi fiziku proglasili znanošću koja može odgovoriti na gotovo svako pitanje. U čitavom nizu otkrića izdvaja se zakon univerzalne gravitacije, čija konačna formulacija pripada izvanrednom engleskom znanstveniku Isaacu Newtonu.

Glavni značaj radova ovog znanstvenika nije bio u njegovom otkriću sile univerzalne gravitacije – i Galileo i Kepler su govorili o prisutnosti te veličine i prije Newtona, već u činjenici da je on prvi dokazao da je isti sile djeluju i na Zemlji i u svemiru.iste sile međudjelovanja između tijela.

Newton je u praksi potvrdio i teorijski potkrijepio činjenicu da apsolutno sva tijela u svemiru, uključujući i ona koja se nalaze na Zemlji, međusobno djeluju. Ta se interakcija naziva gravitacijskom, dok se sam proces univerzalne gravitacije naziva gravitacijom.
Ova interakcija se događa između tijela jer postoji posebna vrsta materije, za razliku od drugih, koja se u znanosti naziva gravitacijskim poljem. Ovo polje postoji i djeluje oko apsolutno bilo kojeg objekta, dok od njega nema zaštite, jer ima neusporedivu sposobnost prodiranja u bilo koji materijal.

Sila univerzalne gravitacije, čiju je definiciju i formulaciju dao, izravno ovisi o umnošku masa tijela u interakciji, a obrnuto o kvadratu udaljenosti između tih objekata. Prema Newtonu, nepobitno potvrđenom praktičnim istraživanjima, sila univerzalne gravitacije nalazi se sljedećom formulom:

U njemu od posebne važnosti pripada gravitacijska konstanta G, koja je približno jednaka 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Gravitacijska sila kojom se tijela privlače prema Zemlji poseban je slučaj Newtonovog zakona i naziva se gravitacija. U tom slučaju se gravitacijska konstanta i masa same Zemlje mogu zanemariti, pa će formula za pronalaženje sile gravitacije izgledati ovako:

Ovdje g nije ništa drugo do ubrzanje čija je brojčana vrijednost približno jednaka 9,8 m/s2.

Newtonov zakon objašnjava ne samo procese koji se odvijaju izravno na Zemlji, on daje odgovor na mnoga pitanja vezana za strukturu cijelog Sunčevog sustava. Konkretno, sila univerzalne gravitacije između ima odlučujući utjecaj na kretanje planeta u njihovim orbitama. Teorijski opis ovog gibanja dao je Kepler, ali je njegovo opravdanje postalo moguće tek nakon što je Newton formulirao svoj poznati zakon.

Sam je Newton povezao fenomene zemaljske i izvanzemaljske gravitacije koristeći jednostavan primjer: kada se ispali iz nje, ne leti ravno, već lučnom putanjom. Istodobno, s povećanjem naboja baruta i mase jezgre, potonja će letjeti sve dalje i dalje. Konačno, ako pretpostavimo da je moguće nabaviti toliko baruta i konstruirati takav top da će topovska kugla letjeti oko zemaljske kugle, tada, napravivši to kretanje, neće stati, već će nastaviti svoje kružno (elipsoidno) kretanje, pretvarajući se u umjetnu.Usljed toga je sila univerzalne gravitacije ista u prirodi i na Zemlji i u svemiru.

DEFINICIJA

Zakon univerzalne gravitacije otkrio je I. Newton:

Dva su tijela privučena jedno drugom s , što je izravno proporcionalno njihovom proizvodu i obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti između njih:

Opis zakona gravitacije

Koeficijent je gravitacijska konstanta. U SI sustavu gravitacijska konstanta ima vrijednost:

Ova konstanta je, kao što se vidi, vrlo mala, pa su i gravitacijske sile između tijela s malim masama također male i praktički se ne osjećaju. Međutim, kretanje kozmičkih tijela potpuno je određeno gravitacijom. Prisutnost univerzalne gravitacije ili, drugim riječima, gravitacijske interakcije objašnjava što se Zemlja i planeti "drže" i zašto se kreću oko Sunca po određenim putanjama, a ne odlijeću od njega. Zakon univerzalne gravitacije omogućuje nam da odredimo mnoge karakteristike nebeskih tijela - mase planeta, zvijezda, galaksija, pa čak i crnih rupa. Ovaj zakon nam omogućuje da izračunamo orbite planeta s velikom točnošću i stvorimo matematički model svemira.

Uz pomoć zakona univerzalne gravitacije moguće je izračunati i kozmičke brzine. Na primjer, minimalna brzina kojom tijelo koje se vodoravno kreće iznad Zemljine površine neće pasti na njega, već će se kretati kružnom orbiti je 7,9 km/s (prva svemirska brzina). Da bi napustio Zemlju, t.j. da bi prevladalo svoje gravitacijsko privlačenje, tijelo mora imati brzinu od 11,2 km/s, (druga kozmička brzina).

Gravitacija je jedan od najnevjerojatnijih prirodnih fenomena. U nedostatku gravitacijskih sila, postojanje Svemira bilo bi nemoguće, Svemir ne bi mogao ni nastati. Gravitacija je odgovorna za mnoge procese u Svemiru – njegovo rođenje, postojanje reda umjesto kaosa. Priroda gravitacije još uvijek nije u potpunosti shvaćena. Do danas nitko nije uspio razviti dostojan mehanizam i model gravitacijske interakcije.

Gravitacija

Poseban slučaj očitovanja gravitacijskih sila je gravitacija.

Gravitacija je uvijek usmjerena okomito prema dolje (prema središtu Zemlje).

Ako sila gravitacije djeluje na tijelo, tada tijelo djeluje. Vrsta kretanja ovisi o smjeru i modulu početne brzine.

Svakodnevno se suočavamo sa silom gravitacije. , nakon nekog vremena je na tlu. Knjiga, puštena iz ruku, pada. Nakon skoka, osoba ne odleti u svemir, već pada na zemlju.

Uzimajući u obzir slobodni pad tijela u blizini Zemljine površine kao rezultat gravitacijske interakcije ovog tijela sa Zemljom, možemo zapisati:

odakle ubrzanje slobodnog pada:

Ubrzanje slobodnog pada ne ovisi o masi tijela, već ovisi o visini tijela iznad Zemlje. Globus je malo spljošten na polovima, pa su tijela u blizini polova nešto bliže središtu Zemlje. U tom smislu, ubrzanje slobodnog pada ovisi o geografskoj širini područja: na polu je nešto veće nego na ekvatoru i drugim geografskim širinama (na ekvatoru m/s, na sjevernom polu ekvatoru m/s.

Ista formula omogućuje vam da pronađete ubrzanje slobodnog pada na površini bilo kojeg planeta s masom i radijusom.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1 (problem "vaganja" Zemlje)

Vježbajte

Polumjer Zemlje je km, ubrzanje slobodnog pada na površini planeta je m/s. Koristeći te podatke, procijenite približnu masu Zemlje.

Odluka

Ubrzanje slobodnog pada na površini Zemlje:

odakle masa Zemlje:

U sustavu C, polumjer Zemlje m.

Zamjenom numeričkih vrijednosti fizičkih veličina u formulu, procjenjujemo masu Zemlje:

Odgovor

Masa Zemlje kg.

PRIMJER 2

Vježbajte

Zemljin satelit se kreće po kružnoj orbiti na visini od 1000 km od Zemljine površine. Koliko se brzo kreće satelit? Koliko vremena je potrebno satelitu da napravi jednu potpunu revoluciju oko Zemlje?

Odluka

Prema , sila koja djeluje na satelit sa strane Zemlje jednaka je umnošku mase satelita i ubrzanja s kojim se kreće: