Gravitáció: képlet, definíció. referat

Az Univerzumban abszolút minden testre hat egy mágikus erő, amely valamilyen módon vonzza őket a Földhöz (pontosabban annak magjához). Nincs hová menekülni, nincs hova elbújni a mindent elborító mágikus gravitáció elől: Naprendszerünk bolygói nemcsak a hatalmas Naphoz, hanem egymáshoz is vonzódnak, minden tárgy, molekula és a legkisebb atom is kölcsönösen vonzódik. . Még a kisgyermekek is ismerték, miután életét ennek a jelenségnek a tanulmányozásának szentelte, megalkotta az egyik legnagyobb törvényt - az egyetemes gravitáció törvényét.

Mi a gravitáció?

A meghatározás és a képlet régóta ismertek sokak számára. Emlékezzünk vissza, hogy a gravitáció egy bizonyos mennyiség, az egyetemes gravitáció egyik természetes megnyilvánulása, nevezetesen: az az erő, amellyel bármely test változatlanul vonzódik a Földhöz.

A gravitációs erőt latin F heavy betűvel jelöljük.

Gravitáció: képlet

Hogyan kell kiszámítani egy bizonyos testre irányítva? Milyen mennyiségeket kell még tudni ehhez? A gravitáció kiszámításának képlete meglehetősen egyszerű, egy általános iskola 7. osztályában, egy fizika tanfolyam elején tanulják. Annak érdekében, hogy ne csak megtanuljuk, hanem megértsük is, abból kell kiindulni, hogy a testre változatlanul ható gravitációs erő egyenesen arányos annak mennyiségi értékével (tömegével).

A gravitációs egység nevét a nagy tudós Newtonról kapta.

Mindig szigorúan lefelé irányul a Föld magjának középpontja felé, hatására minden test egyenletes gyorsulással esik lefelé. A gravitáció jelenségeit a mindennapi életben mindenhol és folyamatosan megfigyeljük:

• a kezéből véletlenül vagy speciálisan kiszabaduló tárgyak szükségszerűen a Földre (vagy bármely szabadesést akadályozó felületre) esnek le;
• az űrbe lőtt műhold nem repül el meghatározatlan távolságra bolygónkról merőlegesen felfelé, hanem pályán marad;
• minden folyó hegyekből folyik, és nem lehet visszafordítani;
• előfordul, hogy egy személy elesik és megsérül;
• a legkisebb porszemcsék minden felületen leülnek;
• a levegő a föld felszínén koncentrálódik;
• nehezen hordozható táskák;
• felhőkből és felhőkből esik az eső, esik a hó, jégeső.

A "gravitáció" fogalmával együtt a "testsúly" kifejezést használják. Ha a testet sík vízszintes felületre helyezzük, akkor a súlya és a gravitációja számszerűen egyenlő, így ez a két fogalom gyakran felcserélődik, ami egyáltalán nem helyes.

A gravitáció gyorsulása

A "szabadesés gyorsulása" fogalma (más szóval a "gravitáció" kifejezéshez kapcsolódik. A képlet azt mutatja: a gravitációs erő kiszámításához meg kell szoroznia a tömeget g-vel (a St. p gyorsulása). .).

"g" = 9,8 N/kg, ez egy állandó érték. A pontosabb mérések azonban azt mutatják, hogy a Föld forgása miatt a gyorsulás értéke St. p nem ugyanaz, és a szélességtől függ: az Északi-sarkon = 9,832 N / kg, a fülledt egyenlítőn pedig = 9,78 N / kg. Kiderült, hogy a bolygó különböző helyein eltérő gravitációs erő irányul az egyenlő tömegű testekre (a mg képlet továbbra is változatlan). A gyakorlati számításokhoz úgy döntöttek, hogy ezen érték kisebb hibáit is figyelembe veszik, és a 9,8 N/kg átlagértéket alkalmazzák.

Egy ilyen mennyiség arányossága, mint a gravitáció (ezt a képlet bizonyítja), lehetővé teszi egy tárgy súlyának mérését dinamométerrel (hasonlóan a szokásos háztartási üzlethez). Felhívjuk figyelmét, hogy a műszer csak erőt jelenít meg, mivel a pontos testsúly meghatározásához ismerni kell a helyi "g" értéket.

Hat a gravitáció bármilyen (közeli és távoli) távolságban a Föld középpontjától? Newton feltételezése szerint még a Földtől jelentős távolságra is hat a testre, de értéke fordítottan csökken a tárgy és a Föld magja közötti távolság négyzetével.

Gravitáció a Naprendszerben

Van-e definíció és képlet más bolygókra vonatkozóan, megtartják relevanciájukat. Csak egy különbséggel a "g" jelentésében:

• a Holdon = 1,62 N/kg (hatszor kevesebb, mint a Földön);
• a Neptunuszon = 13,5 N/kg (majdnem másfélszer magasabb, mint a Földön);
• a Marson = 3,73 N/kg (több mint két és félszer kevesebb, mint bolygónkon);
• a Szaturnuszon = 10,44 N/kg;
• higanyon = 3,7 N/kg;
• a Vénuszon = 8,8 N/kg;
• az Uránuszon = 9,8 N/kg (gyakorlatilag megegyezik a miénkkel);
• a Jupiteren = 24 N/kg (majdnem két és félszer magasabb).

Nem csak a legtitokzatosabb a természet ereje hanem a legerősebb is.

Ember a fejlődés útján

Történelmileg így volt Emberi ahogy haladsz előre a haladás útjai uralta a természet egyre hatalmasabb erőit. Akkor kezdte, amikor nem volt más, csak egy bot a markában és a saját testi ereje.

De bölcs volt, és az állatok testi erejét szolgálatába állította, háziassá tette őket. A ló felgyorsította a futást, a teve járhatóvá tette a sivatagot, az elefánt a mocsaras dzsungelt. De még a legerősebb állatok fizikai erői is mérhetetlenül kicsik a természet erőihez képest.

Az első személy leigázta a tűz elemet, de csak a leggyengültebb változataiban. Kezdetben - sok évszázadon át - csak fát használt tüzelőanyagként - egy nagyon alacsony energiaigényű tüzelőanyagot. Valamivel később ebből az energiaforrásból megtanulta használni a szélenergiát, egy ember felemelte a vitorla fehér szárnyát a levegőbe - és egy könnyű hajó madárként repült át a hullámokon.

Vitorlás a hullámokon

A szélmalom lapátjait kitette a széllökéseknek - s a malomkövek nehéz kövei forogtak, zörögtek a dara mozsártörői. De mindenki számára világos, hogy a légsugarak energiája korántsem koncentrált. Ráadásul a vitorla és a szélmalom is félt a szélfújástól: a vihar felszakította a vitorlákat és elsüllyesztette a hajókat, a vihar eltörte a szárnyakat és felborította a malmokat.

Még később az ember elkezdte meghódítani az áramló vizet. A kerék nemcsak a legprimitívebb eszköz, amely képes a víz energiáját forgó mozgássá alakítani, hanem a legkevésbé erős is a különféle eszközökhöz képest.

Az ember haladt előre a haladás létráján, és egyre több energiára volt szüksége.
Új típusú tüzelőanyagokat kezdett el használni - már a szénégetésre való átállással egy kilogramm üzemanyag energiaintenzitása 2500 kcal-ról 7000 kcal-ra nőtt - csaknem háromszorosára. Aztán eljött az olaj és a gáz ideje. Ismét másfél-kétszeresére nőtt minden egyes kilogramm fosszilis tüzelőanyag energiatartalma.

A gőzgépeket gőzturbinák váltották fel; a malom kerekeit hidraulikus turbinák váltották fel. Aztán a férfi kezet nyújtott a hasadó uránatomnak. Az új típusú energia első alkalmazása azonban tragikus következményekkel járt – a hirosimai atomláng 1945-ben percek alatt 70 ezer emberi szívet égetett el.

1954-ben üzembe helyezték a világ első szovjet atomerőművét, amely az urán erejét elektromos áram sugárzó erejévé alakította át. És meg kell jegyezni, hogy egy kilogramm urán kétmilliószor több energiát tartalmaz, mint egy kilogramm legjobb olaj.

Ez egy alapvetően új tűz volt, amelyet fizikainak is nevezhetünk, mert fizikusok tanulmányozták azokat a folyamatokat, amelyek ilyen mesés mennyiségű energia megszületéséhez vezettek.
Az urán nem az egyetlen nukleáris üzemanyag. Egy erősebb üzemanyagtípust már használnak - a hidrogénizotópokat.

Sajnos az embernek még nem sikerült megfékeznie a hidrogén-hélium atomlángot. Tudja, hogyan kell egy pillanatra meggyújtani a mindent égő tüzét, és egy uránrobbanás villanásával fellobbantja a reakciót egy hidrogénbombában. De egyre közelebbről látnak a tudósok egy hidrogénreaktort, amely elektromos áramot generál a hidrogénizotópok magjainak héliummagokká való fúziója eredményeként.

Ismét csaknem tízszeresére nő az az energiamennyiség, amelyet az ember minden egyes kilogramm üzemanyagból felvehet. De vajon ez lesz-e az utolsó lépés a természeti erők feletti emberi hatalom elkövetkező történetében?

Nem! Előre - az energia gravitációs formájának elsajátítása. Még a hidrogén-hélium fúzió energiájánál is körültekintőbben csomagolja a természet. Ma ez az energia legkoncentráltabb formája, amelyről az ember még csak sejteni is tud.

A tudomány élvonalán túl még semmi sem látszik ott. És bár bátran kijelenthetjük, hogy az erőművek működni fognak az ember számára, a gravitációs energiát elektromos árammá (vagy esetleg egy sugárhajtómű fúvókájából kiszökő gázsugárrá, vagy a mindenütt jelenlévő szilícium és oxigén atomok tervezett átalakítására) dolgozzák fel. ultraritka fémek atomjaiba), egy ilyen erőmű (rakétahajtómű, fizikai reaktor) részleteiről még nem tudunk mit mondani.

Az egyetemes gravitáció ereje a galaxisok születésének eredeténél

Az egyetemes gravitáció ereje a galaxisok születésének eredete a csillag előtti anyagból, ahogyan V. A. Ambartsumyan akadémikus meg van győződve. Kioltja azokat a csillagokat is, amelyek kiégették az idejüket, mivel elköltötték a születésükkor nekik kiosztott csillagüzemanyagot.

Igen, nézz körül: a Földön mindent nagyrészt ez az erő irányít.

Ő határozza meg bolygónk réteges szerkezetét - a litoszféra, a hidroszféra és a légkör váltakozását. Ő az, aki egy vastag léggázréteget tart, amelynek alján és aminek köszönhetően mindannyian létezünk.

Ha nem lenne gravitáció, a Föld azonnal kitörne a Nap körüli pályájáról, és maga a földgömb is szétesne, centrifugális erőktől szétszakítva. Nehéz olyat találni, ami ilyen vagy olyan mértékben ne függne az egyetemes gravitáció erejétől.

Természetesen az ókori filozófusok, nagyon figyelmes emberek nem tudták nem észrevenni, hogy a felfelé hajított kő mindig visszajön. Platón a Kr.e. 4. században ezt azzal magyarázta, hogy az Univerzum összes anyaga oda hajlik, ahol a legtöbb hasonló anyag koncentrálódik: egy eldobott kő a földre esik vagy a fenékre kerül, a kiömlött víz beszivárog a legközelebbi tóba, ill. egy folyóba, amely a tenger felé tör, a tűz füstje rohan a rokon felhőire.

Platón egyik tanítványa, Arisztotelész felvilágosította, hogy minden testnek megvannak a sajátos tulajdonságai: nehéz és könnyű. A nehéz testek - kövek, fémek - az Univerzum közepébe rohannak, a fények - tűz, füst, gőzök - a perifériára. Ez a hipotézis, amely megmagyarázza az egyetemes gravitációs erővel kapcsolatos jelenségek egy részét, több mint 2 ezer éve létezik.

Tudósok a gravitációs erőről

Valószínűleg az első, aki felvetette a kérdést gravitációs erő valóban tudományos volt a reneszánsz zsenije – Leonardo da Vinci. Leonardo kijelentette, hogy a gravitáció nemcsak a Földre jellemző, hanem sok súlypont is van. És azt is javasolta, hogy a gravitációs erő a súlypont távolságától függ.

Kopernikusz, Galilei, Kepler, Robert Hooke művei egyre közelebb hoztak az egyetemes gravitáció törvényének gondolatához, de végső megfogalmazásában ez a törvény örökre Isaac Newton nevéhez fűződik.

Isaac Newton a gravitációs erőről

1643. január 4-én született. A Cambridge-i Egyetemen végzett, bachelor lett, majd a tudomány mestere.

Isaac Newton

Minden, ami ezután következik, tudományos munkák végtelen tárháza. De fő műve a "Természetfilozófia matematikai alapelvei", amelyet 1687-ben adtak ki, és általában egyszerűen "Kezdetek"-nek hívják. Bennük fogalmazódik meg a nagy. Valószínűleg mindenki emlékszik rá a középiskolából.

Minden test olyan erővel vonzódik egymáshoz, amely egyenesen arányos e testek tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével ...

Ennek a megfogalmazásnak egyes rendelkezéseit Newton elődjei előre láthatták, de teljes egészében még nem adták át senkinek. Newton zsenialitása kellett ahhoz, hogy ezeket a töredékeket egyetlen egésszé összeállítsa, hogy a Föld vonzerejét a Holdhoz, a Naphoz pedig az egész bolygórendszerhez elterjessze.

Newton az egyetemes gravitáció törvényéből származtatta a bolygók mozgásának minden törvényét, amelyet korábban Kepler fedezett fel. Ezek egyszerűen a következményei voltak. Sőt, Newton kimutatta, hogy nemcsak Kepler törvényei, hanem ezektől a törvényektől való eltérések is (a három vagy több test világában) az egyetemes gravitáció eredménye... Ez a tudomány nagy diadala volt.

Úgy tűnt, végre felfedezték és matematikailag leírták a természet legfőbb, a világokat mozgató erejét, azt az erőt, amelynek a levegő, az alma és a Nap molekulái ki vannak téve. Óriási, mérhetetlenül hatalmas lépés volt Newton.

A zseniális tudós munkásságának első népszerűsítője, a Voltaire álnéven világhírű francia író, Francois Marie Arouet elmondta, hogy Newton hirtelen megsejtette a róla elnevezett törvény létezését, amikor egy hulló almára nézett.

Maga Newton soha nem említette ezt az almát. És aligha érdemes ma időt vesztegetni ennek a szép legendának a cáfolatára. És úgy tűnik, Newton logikus érveléssel értette meg a természet hatalmas erejét. Valószínűleg bekerült a „Kezdetek” megfelelő fejezetébe.

A gravitációs erő befolyásolja az atommag repülését

Tegyük fel, hogy egy nagyon magas hegyen, olyan magasan, hogy a csúcsa már kikerült a légkörből, egy gigantikus tüzérségi darabot állítottunk fel. Csőjét szigorúan párhuzamosan helyezték el a földgömb felszínével, és kilőtték. Az ív leírása a mag a földre esik.

Növeljük a töltetet, javítjuk a lőpor minőségét, így vagy úgy, a következő lövés után nagyobb sebességgel mozgatjuk a magot. A mag által leírt ív laposabbá válik. A mag sokkal távolabb esik hegyünk lábától.

Növeljük a töltést és lőjük is. Az atommag olyan szelíd pályán repül, hogy párhuzamosan ereszkedik le a földgömb felszínével. A mag már nem tud leesni a Földre: ugyanolyan sebességgel, ahogy zuhan, a Föld kiszabadul alóla. És miután leírtuk a bolygónkat körülvevő gyűrűt, a mag visszatér a kiindulási ponthoz.

A pisztolyt időközben el lehet távolítani. Végül is az atommagnak a Föld körüli repülése több mint egy órát vesz igénybe. És akkor a mag gyorsan átsöpör a hegy tetején, és egy új körbe kerül a Föld körül. Esik, ha a mag, ahogy megbeszéltük, nem tapasztal légellenállást, akkor soha nem lesz képes.

Ehhez a magsebességnek közel 8 km/s-nak kell lennie. És ha növeli a mag repülési sebességét? Először ívben repül, gyengédebben, mint a földfelszín görbülete, és elkezd távolodni a Földtől. Ezzel párhuzamosan a sebessége a Föld gravitációja hatására csökkenni fog.

És végül, megfordulva, úgymond elkezd visszaesni a Földre, de elrepül mellette, és már nem egy kört, hanem egy ellipszist tesz meg. A mag pontosan ugyanúgy fog mozogni a Föld körül, ahogy a Föld a Nap körül, mégpedig egy ellipszis mentén, amelynek egyik fókuszában bolygónk középpontja fog elhelyezkedni.

Ha tovább növeljük az atommag kezdeti sebességét, az ellipszis jobban megnyúlik. Ezt az ellipszist úgy meg lehet feszíteni, hogy az atommag elérje a holdpályát, vagy még sokkal tovább is. De amíg ennek az atommagnak a kezdeti sebessége nem haladja meg a 11,2 km/s-t, addig a Föld műholdja marad.

Az atommag, amely kilövéskor több mint 11,2 km/s sebességet kapott, örökre elrepül a Földtől egy parabola pályán. Ha az ellipszis zárt görbe, akkor a parabola olyan görbe, amelynek két ága van a végtelenbe. Egy ellipszis mentén haladva, bármilyen hosszú legyen is, elkerülhetetlenül szisztematikusan visszatérünk a kiindulási ponthoz. Egy parabola mentén haladva soha nem térünk vissza a kiindulóponthoz.

De miután ezzel a sebességgel elhagyta a Földet, az atommag még nem lesz képes a végtelenbe repülni. A Nap erőteljes gravitációja elhajtja repülésének pályáját, és úgy zárja maga köré, mint egy bolygó pályája. A mag a Föld testvére lesz, egy apró bolygó a saját bolygócsaládunkban.

Ahhoz, hogy az atommagot a bolygórendszeren kívülre irányítsuk, a napvonzást leküzdjük, 16,7 km/s-nál nagyobb sebességet kell neki mondani, és úgy irányítani, hogy ehhez a sebességhez a Föld saját mozgásának sebessége is hozzáadódjon. .

A körülbelül 8 km/s sebességet (ez a sebesség a hegy magasságától függ, ahonnan a fegyverünk kilő) körsebességnek nevezzük, a 8-11,2 km/s sebesség elliptikus, a 11,2-16,7 km/s pedig parabola. e szám felett pedig – felszabadító sebességek.

Itt hozzá kell tenni, hogy ezeknek a sebességeknek a megadott értékei csak a Földre érvényesek. Ha a Marson élnénk, a körsebességet sokkal könnyebben elérhetnénk - ott csak körülbelül 3,6 km/s, a parabola sebessége pedig alig haladja meg az 5 km/s-ot.

A Jupiterről viszont sokkal nehezebb lenne az atommagot űrrepülésre küldeni, mint a Földről: a körsebesség ezen a bolygón 42,2 km/s, a parabola sebessége pedig még 61,8 km/s!

A Nap lakói számára lenne a legnehezebb elhagyni világukat (ha persze ilyen létezhetne). Ennek az óriásnak a körsebessége 437,6, az elválasztási sebesség pedig 618,8 km / s!

Tehát Newton a 17. század végén, száz évvel a Montgolfier fivérek által meleg levegővel megtöltött hőlégballon első repülése előtt, kétszáz évvel a Wright fivérek repülőgépének első repülése előtt és csaknem negyede egy évezreddel az első folyékony rakéták felszállása előtt mutatta meg az utat az ég felé a műholdaknak és az űrhajóknak.

A gravitációs erő minden szférában benne van

Keresztül a gravitáció törvénye ismeretlen bolygókat fedeztek fel, kozmogonikus hipotéziseket hoztak létre a Naprendszer eredetéről. Felfedezték és matematikailag leírták a természet fő erejét, amely irányítja a csillagokat, a bolygókat, az almákat a kertben és a gázmolekulákat a légkörben.

De nem ismerjük az egyetemes gravitáció mechanizmusát. A newtoni gravitáció nem magyarázza meg, hanem vizuálisan ábrázolja a bolygómozgás jelenlegi állapotát.

Nem tudjuk, mi okozza az Univerzum összes testének kölcsönhatását. És nem lehet azt mondani, hogy Newtont ez az ok nem érdekelte. Sok éven át töprengett a lehetséges mechanizmuson.

Ez egyébként valóban rendkívül titokzatos hatalom. Több száz millió kilométernyi térben megnyilvánuló, első ránézésre mindenféle anyagi képződménytől mentes erő, amivel meg lehetne magyarázni a kölcsönhatás átadását.

Newton hipotézisei

És Newton folyamodtak hipotézis egy bizonyos éter létezéséről, amely állítólag az egész Univerzumot betölti. 1675-ben a Földhöz való vonzódást azzal magyarázta, hogy az egész Univerzumot kitöltő éter folyamatos áramlásokban rohan a Föld középpontjába, ezzel a mozgással minden tárgyat megragad és gravitációs erőt hoz létre. Ugyanaz az éteráram rohan a Nap felé, és magával rántva a bolygókat, üstökösöket biztosítja azok elliptikus pályáját...

Nem volt túl meggyőző, bár matematikailag abszolút logikus hipotézis. De most, 1679-ben Newton felállított egy új hipotézist, amely megmagyarázza a gravitáció mechanizmusát. Ezúttal felruházza az étert azzal a tulajdonsággal, hogy a bolygók közelében és tőlük távoli koncentrációja eltérő. Minél távolabb van a bolygó középpontjától, annál sűrűbb az éter. És megvan az a tulajdonsága, hogy minden anyagi testet a sűrűbb rétegeiből kevésbé sűrűre présel ki. És minden test kiszorul a Föld felszínére.

1706-ban Newton élesen tagadja az éter létezését. 1717-ben ismét visszatér az éter kipréselésének hipotéziséhez.

Newton zseniális agya küzdött a nagy rejtély megoldásáért, de nem találta meg. Ez magyarázza az ilyen éles dobást egyik oldalról a másikra. Newton ezt szokta mondani:

Nem állítok fel hipotéziseket.

És bár, mint eddig csak igazolni tudtuk, ez nem teljesen igaz, mást határozottan állíthatunk: Newton képes volt egyértelműen megkülönböztetni a vitathatatlan dolgokat a bizonytalan és ellentmondásos hipotézisektől. Az Elemekben pedig ott van a nagy törvény képlete, de nem próbálják megmagyarázni a mechanizmusát.
A nagy fizikus ezt a rejtvényt a jövő emberére hagyta. 1727-ben halt meg.
Ma sem sikerült megoldani.

A Newton-törvény fizikai lényegéről folytatott vita két évszázadot vett igénybe. És talán ez a vita nem a törvény lényegét érintené, ha minden hozzá intézett kérdésre pontosan válaszolna.

De a helyzet az, hogy idővel kiderült, hogy ez a törvény nem általános. Hogy vannak esetek, amikor ezt vagy azt a jelenséget nem tudja megmagyarázni. Mondjunk példákat.

A gravitációs erő Seeliger számításaiban

Ezek közül az első Seeliger paradoxona. Az Univerzumot végtelennek és egyenletesen anyaggal töltöttnek tekintve Seeliger megpróbálta Newton törvénye szerint kiszámítani azt az egyetemes gravitációs erőt, amelyet a végtelen Univerzum egyes pontjain a végtelenül nagy tömege kelt.

A tiszta matematika szempontjából nem volt könnyű feladat. Leküzdve a legbonyolultabb átalakulások minden nehézségét, Seeliger megállapította, hogy az univerzális gravitáció kívánt ereje arányos az Univerzum sugarával. És mivel ez a sugár egyenlő a végtelennel, akkor a gravitációs erőnek végtelenül nagynak kell lennie. A gyakorlatban azonban ezt nem látjuk. Ez azt jelenti, hogy az egyetemes gravitáció törvénye nem vonatkozik az egész univerzumra.

A paradoxonnak azonban más magyarázata is lehetséges. Feltételezhetjük például, hogy az anyag nem egyenletesen tölti ki az egész Univerzumot, hanem sűrűsége fokozatosan csökken, és végül valahol nagyon messze nincs anyag. De elképzelni egy ilyen képet azt jelenti, hogy elismerjük a tér anyag nélküli létezésének lehetőségét, ami általában abszurd.

Feltételezhetjük, hogy a gravitációs erő gyorsabban gyengül, mint ahogy a távolság négyzete nő. Ez azonban kétségbe vonja Newton törvényének meglepő harmóniáját. Nem, és ez a magyarázat nem elégítette ki a tudósokat. A paradoxon paradoxon maradt.

Megfigyelések a Merkúr mozgásáról

Egy másik tény, az egyetemes gravitációs erő hatása, amelyet nem magyaráz meg Newton törvénye, hozott a Merkúr mozgásának megfigyelése- legközelebb a bolygóhoz. A Newton-törvény szerinti precíz számítások azt mutatták, hogy a perehélionnak – az ellipszis azon pontjának, amely mentén a Merkúr a legközelebb mozog a Naphoz – 100 év alatt 531 ívmásodpercet kell elmozdulnia.

A csillagászok pedig azt találták, hogy ez az eltolódás 573 ívmásodpercnek felel meg. Ezt a többletet - 42 ívmásodperc - a tudósok sem tudták megmagyarázni, csupán a Newton-törvényből fakadó képletekkel.

Megmagyarázta Seeliger paradoxonát, a Merkúr perhelionjának elmozdulását és sok más paradox jelenséget és megmagyarázhatatlan tényt. Albert Einstein, minden idők egyik legnagyobb, ha nem a legnagyobb fizikusa. Az idegesítő apróságok közé tartozott a kérdés éteri szél.

Michelson Albert kísérletei

Úgy tűnt, ez a kérdés nem érinti közvetlenül a gravitáció problémáját. Az optikához, a fényhez kapcsolódott. Pontosabban a sebességének meghatározásához.

A dán csillagász volt az első, aki meghatározta a fénysebességet. Olaf Remer nézi a Jupiter holdjainak fogyatkozását. Ez már 1675-ben megtörtént.

amerikai fizikus Michelson Albert a 18. század végén egy sor fénysebesség-meghatározást végzett földi körülmények között, az általa tervezett készülékkel.

1927-ben 299796 + 4 km/s-nak adta meg a fénysebességet, ami akkoriban kiváló pontosságnak számított. De a dolog lényege más. 1880-ban úgy döntött, hogy megvizsgálja az éteri szelet. Végre meg akarta állapítani az éter létezését, amelynek jelenléte megpróbálta megmagyarázni a gravitációs kölcsönhatás és a fényhullámok átvitelét egyaránt.

Michelson valószínűleg korának legfigyelemreméltóbb kísérletezője volt. Kiváló felszerelése volt. És szinte biztos volt a sikerben.

A tapasztalat lényege

Tapasztalatígy fogant fel. A Föld a pályáján körülbelül 30 km/s sebességgel mozog.. A levegőben mozog. Ez azt jelenti, hogy a vevő előtt lévő forrásból származó fény sebességének nagyobbnak kell lennie a Föld mozgásához képest, mint a másik oldalon lévő forrásból. Az első esetben az éteri szél sebességét hozzá kell adni a fénysebességhez, a második esetben a fénysebességnek ezzel az értékkel kell csökkennie.

Természetesen a Föld sebessége a Nap körüli pályáján a fénysebességnek csak egytizede. Egy ilyen kis kifejezést nagyon nehéz megtalálni, de Michelsont okkal nevezték a pontosság királyának. Ötletes módszert alkalmazott a fénysugarak sebességének "megfoghatatlan" különbségének megragadására.

A sugarat két egyenlő sugárra osztotta, és egymásra merőleges irányba irányította: a meridián és a párhuzamos mentén. A tükrökről visszaverődő sugarak visszatértek. Ha a párhuzamos mentén haladó nyaláb az éteri szél hatását tapasztalná, akkor a meridionális nyalábhoz hozzáadva interferenciaperemek keletkeztek volna, a két nyaláb hullámai fázisban eltolódtak volna.

Michelsonnak azonban nehéz volt mindkét sugár útját olyan nagy pontossággal megmérni, hogy azok pontosan azonosak legyenek. Ezért úgy építette meg a készüléket, hogy ne legyenek interferenciaperemek, majd 90 fokkal elfordította.

A meridionális gerenda szélességi irányú lett és fordítva. Ha éteri szél fúj, fekete és világos csíkok jelenjenek meg az okulár alatt! De nem voltak azok. Lehet, hogy az eszköz forgatásakor a tudós megmozdította.

Délben felállította és megjavította. Hiszen amellett, hogy egy tengely körül is forog. Ezért a nap különböző szakaszaiban a szélességi sugár eltérő pozíciót foglal el a közeledő éteri szélhez képest. Most, amikor a készülék szigorúan mozdulatlan, meg lehet győződni a kísérlet pontosságáról.

Ismét nem volt interferencia perem. A kísérletet sokszor elvégezték, és Michelson és vele együtt az akkori összes fizikus is lenyűgözött. Az éteri szelet nem észlelték! A fény minden irányba azonos sebességgel haladt!

Ezt senki sem tudta megmagyarázni. Michelson újra és újra megismételte a kísérletet, továbbfejlesztette a berendezést, és végül szinte hihetetlen mérési pontosságot ért el, a kísérlet sikeréhez szükségesnél egy nagyságrenddel nagyobbat. És megint semmi!

Albert Einstein kísérletei

A következő nagy lépés a gravitációs erő ismerete készült Albert Einstein.
Albert Einsteint egyszer megkérdezték:

Hogyan jutott el a speciális relativitáselméletéhez? Milyen körülmények között jutott eszébe egy zseniális ötlet? A tudós így válaszolt: „Mindig is úgy tűnt számomra, hogy ez a helyzet.

Talán nem akart őszinte lenni, talán meg akart szabadulni a bosszantó beszélgetőtárstól. De nehéz elképzelni, hogy Einstein elképzelése az idő, a tér és a sebesség összefüggéseiről veleszületett volt.

Nem, persze eleinte volt egy sejtés, fényes, mint a villám. Aztán elkezdődött a fejlesztés. Nem, nincsenek ellentmondások az ismert jelenségekkel. Aztán megjelent az az öt képletekkel teli oldal, amelyeket egy fizikai folyóiratban publikáltak. Oldalak, amelyek új korszakot nyitottak a fizikában.

Képzelj el egy űrhajót, amely az űrben repül. Azonnal figyelmeztetünk: a csillaghajó nagyon sajátos, olyan, amilyenről a tudományos-fantasztikus történetekben nem olvastál. A hossza 300 ezer kilométer, a sebessége pedig mondjuk 240 ezer km/s. És ez az űrhajó elrepül az űrben az egyik közbenső platform mellett, anélkül, hogy megállna. Teljes sebességgel.

Az egyik utas a csillaghajó fedélzetén áll órával. És te és én, olvasó, egy emelvényen állunk - a hosszának meg kell felelnie egy csillaghajó méretének, azaz 300 ezer kilométernek, különben nem tud hozzátapadni. És van egy óra is a kezünkben.

Észrevesszük, hogy abban a pillanatban, amikor a csillaghajó orra utolérte platformunk hátsó szélét, egy lámpa villant rajta, megvilágítva az őt körülvevő teret. Egy másodperccel később egy fénysugár elérte a platformunk elülső szélét. Ebben nem kételkedünk, hiszen ismerjük a fénysebességet, és sikerült pontosan meghatároznunk a megfelelő pillanatot az órán. És egy csillaghajón...

De a csillaghajó is a fénysugár felé repült. És egészen határozottan láttuk, hogy a fény megvilágította a tatját abban a pillanatban, amikor valahol az emelvény közepe közelében volt. Határozottan láttuk, hogy a fénysugár az orrtól a hajó faráig nem terjedt el 300 ezer kilométert.

De a csillaghajó fedélzetén ülő utasok másban is biztosak. Biztosak abban, hogy sugaruk lefedte a teljes távolságot az orrtól a tatig, 300 ezer kilométert. Végül is egy egész másodpercet töltött rá. Ők is teljesen pontosan rögzítették az óráikon. És hogyan is lehetne másként: elvégre a fény sebessége nem függ a forrás sebességétől ...

Hogy hogy? Egyet látunk egy fix platformról, és egy másikat nekik egy csillaghajó fedélzetén? Mi a helyzet?

Einstein relativitáselmélete

Azonnal meg kell jegyezni: Einstein relativitáselmélete első pillantásra teljesen ellentmond a világ szerkezetéről kialakított elképzelésünknek. Mondhatjuk, hogy a józan észnek is ellentmond, hiszen ezt szoktuk bemutatni. Ez sokszor megtörtént a tudomány történetében.

De a Föld gömbölyűségének felfedezése ellentétes volt a józan ésszel. Hogyan élhetnek az emberek az ellenkező oldalon, és nem esnek a szakadékba?

Számunkra a Föld gömbölyűsége kétségtelen tény, és a józan ész szempontjából minden más feltételezés értelmetlen és vad. De lépj vissza az idődből, képzeld el ennek az ötletnek az első megjelenését, és meg fogod érteni, milyen nehéz lenne elfogadni.

Nos, könnyebb volt beismerni, hogy a Föld nem mozdul, hanem több tucatszor gyorsabban repül a pályáján, mint egy ágyúgolyó?

Ezek mind a józan ész roncsai voltak. Ezért a modern fizikusok soha nem hivatkoznak rá.

Most térjünk vissza a speciális relativitáselmélethez. A világ először 1905-ben ismerte fel egy kevéssé ismert név - Albert Einstein - által aláírt cikkből. És akkor még csak 26 éves volt.

Einstein ebből a paradoxonból egy nagyon egyszerű és logikus feltételezést fogalmazott meg: a peronon tartózkodó szemlélő szempontjából kevesebb idő telt el egy mozgó autóban, mint amennyit a karórája mért. Az autóban lelassult az idő múlása az álló peronon eltöltött időhöz képest.

Egészen elképesztő dolgok logikusan következtek ebből a feltevésből. Kiderült, hogy egy villamoson munkába utazó ember egy ugyanígy sétáló gyalogoshoz képest nemcsak időt takarít meg a sebesség miatt, hanem lassabban is megy neki.

Az örök fiatalságot azonban ne így próbáld megőrizni: hiába leszel kocsis, és életed egyharmadát villamoson töltöd, 30 év alatt alig nyersz többet egy milliomod másodpercnél. Ahhoz, hogy az időnövekedés észrevehető legyen, a fénysebességhez közeli sebességgel kell mozogni.

Kiderült, hogy a testek sebességének növekedése tükröződik tömegükben. Minél közelebb van egy test sebessége a fény sebességéhez, annál nagyobb a tömege. A fénysebességnek megfelelő test tömege a végtelennel egyenlő, vagyis nagyobb, mint a Föld, a Nap, a Galaxis, az egész Univerzumunk tömege... Ennyi tömeg egy egyszerű macskakőbe koncentrálható, felgyorsítva azt
Sveta!

Ez olyan korlátozást támaszt, amely nem teszi lehetővé egyetlen anyagi test számára sem, hogy a fénysebességgel azonos sebességet fejlesszen ki. Hiszen ahogy növekszik a tömeg, úgy egyre nehezebb szétoszlatni. Egy végtelen tömeget pedig semmilyen erő nem mozdíthat el.

A természet azonban nagyon fontos kivételt tett e törvény alól a részecskék egész osztályára vonatkozóan. Például a fotonokhoz. Fénysebességgel tudnak mozogni. Pontosabban, más sebességgel nem tudnak mozogni. Elképzelhetetlen egy mozdulatlan fotont elképzelni.

Álló állapotban nincs tömege. Ezenkívül a neutrínóknak nincs nyugalmi tömege, és arra vannak ítélve, hogy az univerzumunkban a lehető legnagyobb sebességgel folytassák a világűrben való örök, féktelen repülést anélkül, hogy megelőznék a fényt és lépést tartanának vele.

Nem igaz, hogy az általunk felsorolt ​​speciális relativitáselmélet minden egyes következménye meglepő, paradox! És természetesen mindegyik ellenkezik a "józan ész"-vel!

De itt van az érdekes: nem konkrét formájában, hanem tág filozófiai álláspontként mindezen elképesztő következményeket előre jelezték a dialektikus materializmus megalapítói. Mit mondanak ezek a következmények? Azokról a kapcsolatokról, amelyek egy mozgó tárgy energiáját és tömegét, tömegét és sebességét, sebességét és idejét, sebességét és hosszát összekötik…

Einstein felfedezése az egymásrautaltságról, mint a cement (tovább:), amely az erősítést vagy alapköveket kapcsolta össze, összekapcsolta a korábban egymástól függetlennek tűnő dolgokat és jelenségeket, és megteremtette azt az alapot, amelyre a tudomány történetében először. harmonikus épületet lehet építeni. Ez az épület az univerzumunk működését mutatja be.

De először legalább néhány szót az általános relativitáselméletről, amelyet szintén Albert Einstein alkotott meg.

Albert Einstein

Ez az elnevezés - az általános relativitáselmélet - nem egészen felel meg az elmélet tartalmának, amelyről szó lesz. Kölcsönös függőséget teremt a tér és az anyag között. Nyilván helyesebb lenne így nevezni tér-idő elmélet, vagy gravitációs elmélet.

De ez a név olyan szorosan összenőtt Einstein elméletével, hogy sok tudós számára még a leváltás kérdésének felvetése is illetlennek tűnik.

Az általános relativitáselmélet megállapította az anyag és az azt tartalmazó tér és idő közötti kölcsönös függőséget. Kiderült, hogy a tér és az idő nemcsak hogy nem képzelhető el az anyagtól külön létezőként, hanem tulajdonságaik is az őket kitöltő anyagtól függenek.

A vita kiindulópontja

Ezért csak megadni lehet a vita kiindulópontjaés vonjon le néhány fontos következtetést.

Az űrutazás elején váratlan katasztrófa tönkretette a könyvtárat, a filmtárat és az elme egyéb tárházát, az űrben átrepülő emberek emlékét. A bennszülött bolygó természete pedig feledésbe merül az évszázadok változásában. Még az egyetemes gravitáció törvényét is elfelejtik, mert a rakéta az intergalaktikus térben repül, ahol szinte nem is érezhető.

A hajó motorjai azonban kiválóan működnek, az akkumulátorokban gyakorlatilag korlátlan az energiaellátás. A hajó legtöbbször tehetetlenséggel mozog, lakói hozzászoktak a súlytalansághoz. De néha bekapcsolják a motorokat, és lelassítják vagy felgyorsítják a hajó mozgását. Amikor a sugárfúvókák színtelen lánggal lángolnak az űrbe, és a hajó felgyorsul, a lakók úgy érzik, hogy testük elnehezül, kénytelenek körbejárni a hajót, és nem repülni a folyosókon.

És most a repülés a végéhez közeledik. A hajó felrepül az egyik csillaghoz, és a legalkalmasabb bolygó pályájára esik. A csillaghajók kialszanak, üde zöld talajon sétálnak, állandóan ugyanazt a nehézség érzést élik át, ami már abból az időből ismerős, amikor a hajó gyorsított ütemben haladt.

De a bolygó egyenletesen mozog. Nem tud feléjük repülni állandó 9,8 m/s2 gyorsulással! És van az első feltételezésük, hogy a gravitációs tér (gravitációs erő) és a gyorsulás ugyanazt a hatást fejti ki, és talán közös a természetük.

Egyetlen földi kortársunk sem volt ilyen hosszú repülésen, de sokan érezték a testük „nehezedésének” és „könnyedésének” jelenségét. Már egy közönséges lift, ha gyorsított ütemben mozog, ezt az érzést kelti. Süllyedéskor hirtelen súlyvesztést érzel, emelkedésnél éppen ellenkezőleg, a padló a szokásosnál nagyobb erővel nyomja a lábaidat.

De egy érzés nem bizonyít semmit. Hiszen az érzetek arról próbálnak meggyőzni minket, hogy a Nap az égen mozog a mozdulatlan Föld körül, hogy minden csillag és bolygó azonos távolságra van tőlünk, az égbolton stb.

A tudósok kísérleti ellenőrzésnek vetették alá az érzéseket. Még Newton is elgondolkodott a két jelenség furcsa azonosságán. Megpróbált számszerű jellemzőket adni nekik. Miután megmérte a gravitációs és -t, meggyőződött arról, hogy ezek értékei mindig szigorúan megegyeznek egymással.

Bármilyen anyagból készítette a kísérleti üzem ingáit: ezüstből, ólomból, üvegből, sóból, fából, vízből, aranyból, homokból, búzából. Az eredmény ugyanaz volt.

Egyenértékűség elve, amelyről beszélünk, az általános relativitáselmélet alapja, bár az elmélet modern értelmezésének már nincs szüksége erre az elvre. Az ebből az elvből következő matematikai levezetéseket mellőzve, térjünk át közvetlenül az általános relativitáselmélet néhány következményére.

A nagy tömegű anyag jelenléte nagymértékben befolyásolja a környező teret. Olyan változásokhoz vezet benne, amelyek a tér inhomogenitásaként definiálhatók. Ezek az inhomogenitások irányítják minden olyan tömeg mozgását, amelyek közel vannak a vonzó testhez.

Általában ilyen analógiához folyamodnak. Képzelj el egy vásznat, amely szorosan a földfelszínnel párhuzamos keretre van kifeszítve. Tegyél rá nagy súlyt. Ez lesz a mi nagy vonzó tömegünk. Természetesen meghajlítja a vásznat, és valami mélyedésbe kerül. Most görgessük át a labdát ezen a vászonon úgy, hogy útjának egy része a vonzerő massza mellett legyen. Attól függően, hogy a labda hogyan indul, három lehetőség közül választhat.

1. A labda elég messzire repül a vászon elhajlása által létrehozott mélyedéstől, és nem fogja megváltoztatni a mozgását.
2. A labda megérinti a mélyedést, és mozgásának vonalai a vonzó tömeg felé hajlanak.
3. A labda beleesik ebbe a lyukba, nem tud kijutni onnan, és egy-két fordulatot tesz a gravitációs tömeg körül.

Nem igaz, hogy a harmadik lehetőség nagyon szépen modellezi a vonzáskörükbe hanyagul berepült idegen test csillag vagy bolygó általi elfogását?

A második eset pedig a lehetséges befogási sebességnél nagyobb sebességgel repülő test röppályájának meghajlítása! Az első eset hasonló a gravitációs mező gyakorlati hatókörén kívüli repüléshez. Igen, praktikus, mert elméletileg a gravitációs tér korlátlan.

Természetesen ez egy nagyon távoli hasonlat, elsősorban azért, mert senki sem tudja igazán elképzelni háromdimenziós terünk elhajlását. Hogy mi a fizikai jelentése ennek az elhajlásnak vagy görbületnek, ahogy gyakran mondják, senki sem tudja.

Az általános relativitáselméletből következik, hogy bármely anyagi test csak görbe vonalak mentén mozoghat a gravitációs térben. A görbe csak különösen különleges esetekben válik egyenessé.

Ennek a szabálynak a fénysugár is engedelmeskedik. Végül is olyan fotonokból áll, amelyek repülés közben bizonyos tömeggel rendelkeznek. A gravitációs tér pedig hatással van rá, akárcsak egy molekulára, egy aszteroidára vagy egy bolygóra.

Egy másik fontos következtetés, hogy a gravitációs tér is megváltoztatja az idő lefolyását. Nagy vonzó tömeg közelében, az általa létrehozott erős gravitációs térben az idő múlásának lassabbnak kell lennie, mint attól távol.

Látod, az általános relativitáselmélet tele van paradox következtetésekkel, amelyek újra és újra megdönthetik a „józan ész” elképzeléseinket!

Gravitációs összeomlás

Beszéljünk egy csodálatos kozmikus jelenségről - a gravitációs összeomlásról (katasztrófális kompresszió). Ez a jelenség gigantikus anyagfelhalmozódásokban fordul elő, ahol a gravitációs erők olyan hatalmas nagyságrendet érnek el, hogy semmilyen más, a természetben létező erő nem tud ellenállni nekik.

Emlékezzen Newton híres képletére: minél nagyobb a gravitációs erő, annál kisebb a gravitációs testek közötti távolság négyzete. Így minél sűrűbbé válik az anyagképződmény, minél kisebb a mérete, minél gyorsabban nőnek a gravitációs erők, annál elkerülhetetlenebb a pusztító ölelésük.

Van egy ravasz technika, amellyel a természet az anyag határtalannak tűnő összenyomódásával küzd. Ennek érdekében megállítja az idő lefutását a szuperóriás gravitációs erők hatásterében, és a megbilincselt anyagtömegek mintegy kikapcsolva Univerzumunkból, furcsa letargikus álomba fagynak.

A kozmosz ilyen „fekete lyukai” közül az elsőt valószínűleg már felfedezték. O. Kh. Huseynov és A. Sh. Novruzova szovjet tudósok feltételezése szerint ez az Ikrek delta - kettős csillag egy láthatatlan komponenssel.

A látható komponens tömege 1,8 napelem, láthatatlan "partnerének" pedig a számítások szerint négyszer nagyobb tömegűnek kell lennie, mint a láthatóé. De ennek nyoma sincs: a természet legcsodálatosabb teremtményét, a „fekete lyukat” látni sem lehet.

A szovjet tudós, K. P. Sztanyukovics professzor, ahogy mondják, „a toll hegyén”, pusztán elméleti konstrukciókon keresztül megmutatta, hogy a „fagyott anyag” részecskéi nagyon változatos méretűek lehetnek.

• Gigantikus képződményei a kvazárokhoz hasonlóan lehetségesek, folyamatosan annyi energiát sugároznak, amennyit Galaxisunk mind a 100 milliárd csillaga kisugároz.
• Sokkal szerényebb csomók is lehetségesek, amelyek csak néhány naptömegnek felelnek meg. Mind ezek, mind más tárgyak maguk keletkezhetnek közönséges, nem „alvó” anyagból.
• És teljesen más osztályba tartozó képződmények is lehetségesek, tömegük arányos az elemi részecskékkel.

Ahhoz, hogy létrejöhessenek, először óriási nyomásnak kell alávetni az őket felépítő anyagot, és a Schwarzschild-szférába kell terelni - egy olyan szférába, ahol a külső szemlélő ideje teljesen megáll. És még ha ezután a nyomást is megszüntetjük, azok a részecskék, amelyek számára megállt az idő, továbbra is léteznek, függetlenül az Univerzumunktól.

plankeonok

A plankeonok a részecskék egy nagyon különleges osztálya. K. P. Sztanyukovics szerint rendkívül érdekes tulajdonságuk van: változatlan formában hordozzák magukban az anyagot, mint amilyen millió és milliárd évvel ezelőtt volt. A plankeon belsejébe tekintve láthattuk az anyagot olyannak, amilyen volt univerzumunk születése idején. Az elméleti számítások szerint az Univerzumban körülbelül 10 80 plankeon található, körülbelül egy plankeon egy 10 centiméteres oldalú térkockában. Egyébként Sztanyukovicsszal és (attól függetlenül a plankeonok hipotézisét M. A. Markov akadémikus terjesztette elő. Csak Markov adott nekik más nevet - maximonokat).

A plankeonok speciális tulajdonságai az elemi részecskék olykor paradox átalakulásának magyarázatára is felhasználhatók. Ismeretes, hogy amikor két részecske ütközik, soha nem keletkeznek töredékek, hanem más elemi részecskék keletkeznek. Ez valóban elképesztő: a hétköznapi világban egy vázát összetörve soha nem kapunk egész poharakat vagy még rozettákat sem. De tegyük fel, hogy minden elemi részecske mélyén van egy plankeon, egy vagy több, és néha sok plankeon.

A részecskék ütközésének pillanatában a plankeon szorosan megkötött "zsákja" enyhén kinyílik, egyes részecskék "beleesnek", és "kiugrik" helyett azok, amelyeket az ütközés során keletkezettnek tekintünk. Ugyanakkor a plankeon, mint szorgalmas könyvelő, biztosítani fogja az elemi részecskék világában elfogadott összes "megőrző törvényt".
Nos, mi köze ehhez az egyetemes gravitáció mechanizmusának?

K. P. Sztanyukovics hipotézise szerint a gravitációért "felelős" apró részecskék, az úgynevezett gravitonok, amelyeket az elemi részecskék folyamatosan bocsátanak ki. A gravitonok annyival kisebbek, mint az utóbbiak, mint amennyire kisebb a napsugárban táncoló porszem a földgömbnél.

A gravitonok sugárzása számos törvényszerűségnek engedelmeskedik. Különösen könnyebben berepülhetnek az űr adott régiójába. Ami kevesebb gravitont tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy ha két égitest van a térben, akkor mindkettő túlnyomórészt „kifelé”, egymással ellentétes irányba sugároz gravitonokat. Ez olyan impulzust hoz létre, amely arra készteti a testeket, hogy közeledjenek egymáshoz, vonzzák egymást.

A gravitációs erő az az erő, amellyel bizonyos tömegű, egymástól bizonyos távolságra elhelyezkedő tárgyakat vonzzák egymáshoz.

Isaac Newton angol tudós 1867-ben fedezte fel az egyetemes gravitáció törvényét. Ez a mechanika egyik alaptörvénye. Ennek a törvénynek a lényege a következő:bármely két anyagrészecske olyan erővel vonzódik egymáshoz, amely egyenesen arányos tömegük szorzatával és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.

A vonzás ereje az első erő, amit az ember érez. Ez az az erő, amellyel a Föld a felszínén található összes testre hat. És ezt az erőt bárki a saját súlyának érzi.

A gravitáció törvénye

Egy legenda szerint Newton egészen véletlenül fedezte fel az univerzális gravitáció törvényét, amikor este sétált szülei kertjében. A kreatív emberek állandóan keresnek, és a tudományos felfedezések nem azonnali betekintés, hanem hosszú távú szellemi munka gyümölcse. Egy almafa alatt ülve Newton egy másik ötleten gondolkodott, és hirtelen egy alma esett a fejére. Newton számára világos volt, hogy az alma a Föld gravitációja következtében esett le. „De miért nem esik le a Hold a Földre? azt gondolta. "Ez azt jelenti, hogy valami más erő hat rá, és pályán tartja." Így a híres a gravitáció törvénye.

Azok a tudósok, akik korábban az égitestek forgását tanulmányozták, úgy vélték, hogy az égitestek egészen más törvényeknek engedelmeskednek. Vagyis azt feltételezték, hogy a Föld felszínén és az űrben teljesen eltérő vonzási törvények érvényesülnek.

Newton egyesítette a gravitáció e feltételezett fajtáit. A bolygók mozgását leíró Kepler-törvényeket elemezve arra a következtetésre jutott, hogy bármely test között fellép a vonzóerő. Vagyis mind a kertbe esett almát, mind az űrben lévő bolygókat olyan erők hatnak, amelyek ugyanannak a törvénynek – az egyetemes gravitáció törvényének – engedelmeskednek.

Newton megállapította, hogy a Kepler-törvények csak akkor működnek, ha a bolygók között vonzó erő van. És ez az erő egyenesen arányos a bolygók tömegével és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.

A vonzási erőt a képlet számítja ki F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 az első test tömege;

m2a második test tömege;

r a testek közötti távolság;

G az arányossági együttható, amelyet ún gravitációs állandó vagy gravitációs állandó.

Értékét kísérletileg határozták meg. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Ha két tömegegységnyi tömegű anyagi pont távolságegységnyi távolságra van, akkor azokat a következő erővel vonzzák: G.

A vonzási erők a gravitációs erők. Úgy is hívják gravitáció. Az egyetemes gravitáció törvénye alá tartoznak, és mindenhol megjelennek, mivel minden testnek van tömege.

Gravitáció

A Föld felszínéhez közeli gravitációs erő az az erő, amellyel minden testet a Föld vonz. Őt hívják gravitáció. Állandónak tekintjük, ha a test távolsága a Föld felszínétől kicsi a Föld sugarához képest.

Mivel a gravitáció, amely a gravitációs erő, a bolygó tömegétől és sugarától függ, a különböző bolygókon eltérő lesz. Mivel a Hold sugara kisebb, mint a Föld sugara, ezért a Hold vonzási ereje hatszor kisebb, mint a Földön. A Jupiteren pedig éppen ellenkezőleg, a gravitáció 2,4-szer nagyobb, mint a Földön. De a testsúly állandó marad, függetlenül attól, hogy hol mérik.

Sokan összekeverik a súly és a gravitáció jelentését, azt hiszik, hogy a gravitáció mindig egyenlő a súllyal. De nem az.

Az az erő, amellyel a test rányomja a támasztékot vagy megfeszíti a felfüggesztést, ez a súly. Ha a támasztékot vagy a felfüggesztést eltávolítják, a test a gravitáció hatására a szabadesés gyorsulásával zuhanni kezd. A gravitációs erő arányos a test tömegével. A képlet alapján számítják kiF= m g , ahol m- testtömeg, g- a gravitáció gyorsulása.

A testsúly változhat, és néha teljesen eltűnhet. Képzeld el, hogy egy liftben vagyunk a legfelső emeleten. A lift megéri. Ebben a pillanatban a P súlyunk és az F gravitációs erő, amellyel a Föld húz minket, egyenlő. De amint a lift elkezdett gyorsulni lefelé a , a súly és a gravitáció már nem egyenlő. Newton második törvénye szerintmg+ P = ma . P \u003d m g -ma.

A képletből látható, hogy a lefelé haladva csökkent a súlyunk.

Abban a pillanatban, amikor a lift felgyorsult és gyorsulás nélkül elkezdett mozogni, súlyunk ismét a gravitációval egyenlő. És amikor a lift elkezdte lassítani a mozgását, a gyorsulást a negatív lett és a súly nőtt. Túlterhelés van.

És ha a test a szabadesés gyorsulásával lefelé mozog, akkor a súly teljesen egyenlő lesz nullával.

Nál nél a=g R= mg-ma = mg - mg = 0

Ez a súlytalanság állapota.

Tehát kivétel nélkül minden anyagi test az Univerzumban engedelmeskedik az egyetemes gravitáció törvényének. És a Nap körüli bolygók, és minden test, amely a Föld felszínéhez közel van.

A 16-17. századot sokan joggal nevezik a világ egyik legdicsőségesebb korszakának, ekkor rakták le nagyrészt azokat az alapokat, amelyek nélkül e tudomány továbbfejlesztése egyszerűen elképzelhetetlen. Kopernikusz, Galilei, Kepler nagyszerű munkát végzett, hogy a fizikát olyan tudománynak nyilvánítsák, amely szinte minden kérdésre választ tud adni. A felfedezések egész sorában kiemelkedik az egyetemes gravitáció törvénye, amelynek végső megfogalmazása a kiváló angol tudósé, Isaac Newtoné.

E tudós munkáinak fő jelentősége nem az univerzális gravitációs erő felfedezésében volt - Galilei és Kepler is beszélt ennek a mennyiségnek a jelenlétéről már Newton előtt is, hanem abban, hogy ő volt az első, aki bebizonyította, hogy ugyanaz. erők hatnak a Földön és a világűrben is.a testek közötti kölcsönhatás azonos erői.

Newton a gyakorlatban megerősítette és elméletileg alátámasztotta azt a tényt, hogy az Univerzumban minden test, beleértve a Földön található testeket is, kölcsönhatásba lép egymással. Ezt a kölcsönhatást gravitációsnak, míg magát az egyetemes gravitáció folyamatát gravitációnak nevezik.
Ez a kölcsönhatás a testek között jön létre, mert létezik egy speciális anyagtípus, másokkal ellentétben, amelyet a tudomány gravitációs mezőnek nevez. Ez a mező abszolút bármely tárgy körül létezik és hat, miközben nincs ellene védelem, mivel páratlan képességgel rendelkezik, hogy áthatoljon bármilyen anyagon.

Az univerzális gravitáció ereje, amelynek meghatározását és megfogalmazását megadta, közvetlenül függ a kölcsönhatásban lévő testek tömegének szorzatától, és fordítottan az ezen objektumok közötti távolság négyzetétől. Newton szerint a gyakorlati kutatások cáfolhatatlanul megerősítették, hogy az egyetemes gravitáció erejét a következő képlet határozza meg:

Ebben különösen fontos a G gravitációs állandó, amely körülbelül 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

A gravitációs erő, amellyel a testeket vonzza a Föld, a Newton-törvény speciális esete, és gravitációnak nevezik. Ebben az esetben a gravitációs állandó és magának a Földnek a tömege elhanyagolható, így a gravitációs erő megtalálásának képlete így fog kinézni:

Itt g nem más, mint egy gyorsulás, amelynek számértéke megközelítőleg 9,8 m/s2.

A Newton-törvény nemcsak a közvetlenül a Földön végbemenő folyamatokat magyarázza meg, hanem számos, az egész Naprendszer felépítésével kapcsolatos kérdésre ad választ. Különösen az univerzális gravitáció ereje között van döntő befolyással a bolygók mozgására a pályájukon. Ennek a mozgásnak az elméleti leírását Kepler adta meg, de igazolása csak azután vált lehetségessé, hogy Newton megalkotta híres törvényét.

Maga Newton egy egyszerű példán keresztül kapcsolta össze a földi és a földönkívüli gravitáció jelenségeit: amikor kilövik belőle, nem egyenesen, hanem egy íves pályán repül. Ugyanakkor a lőpor töltésének és az atommag tömegének növekedésével az utóbbi egyre messzebbre repül. Végül, ha feltételezzük, hogy lehetséges annyi lőport beszerezni és olyan ágyút építeni, hogy az ágyúgolyó körberepülje a földgolyót, akkor ezt a mozgást követően nem áll meg, hanem folytatja körkörös (ellipszoid) mozgását, Ezáltal az egyetemes gravitáció ereje azonos a természetben a Földön és a világűrben.

MEGHATÁROZÁS

Az egyetemes gravitáció törvényét I. Newton fedezte fel:

Két test vonzódik egymáshoz -val, ami egyenesen arányos a szorzatukkal és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével:

A gravitáció törvényének leírása

Az együttható a gravitációs állandó. Az SI rendszerben a gravitációs állandó értéke:

Ez az állandó, mint látható, nagyon kicsi, ezért a kis tömegű testek közötti gravitációs erők is kicsik és gyakorlatilag nem érezhetők. A kozmikus testek mozgását azonban teljes mértékben a gravitáció határozza meg. Az univerzális gravitáció vagy más szóval a gravitációs kölcsönhatás jelenléte megmagyarázza, hogy a Föld és a bolygók miben „tartanak”, és miért mozognak bizonyos pályákon a Nap körül, és nem repülnek el onnan. Az egyetemes gravitáció törvénye lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk az égitestek számos jellemzőjét - a bolygók, csillagok, galaxisok és még a fekete lyukak tömegét is. Ez a törvény lehetővé teszi, hogy nagy pontossággal kiszámítsuk a bolygók pályáját, és elkészítsük az Univerzum matematikai modelljét.

Az univerzális gravitáció törvényének segítségével kozmikus sebességeket is lehet számítani. Például az a minimális sebesség, amellyel a Föld felszíne felett vízszintesen mozgó test nem esik rá, hanem körpályán mozog, 7,9 km/s (az első kozmikus sebesség). A Föld elhagyása érdekében, i.e. a gravitációs vonzás leküzdéséhez a testnek 11,2 km/s sebességgel kell rendelkeznie (a második kozmikus sebesség).

A gravitáció az egyik legcsodálatosabb természeti jelenség. Gravitációs erők hiányában az Univerzum létezése lehetetlen lenne, az Univerzum fel sem merülhetne. A gravitáció számos folyamatért felelős az Univerzumban – születéséért, a káosz helyett a rend létezéséért. A gravitáció természete még mindig nem teljesen ismert. A mai napig senki sem tudta kidolgozni a gravitációs kölcsönhatás méltó mechanizmusát és modelljét.

Gravitáció

A gravitációs erők megnyilvánulásának speciális esete a gravitáció.

A gravitáció mindig függőlegesen lefelé (a Föld közepe felé) irányul.

Ha a gravitációs erő hat a testre, akkor a test teljesít. A mozgás típusa a kezdeti sebesség irányától és moduljától függ.

Nap mint nap foglalkozunk a gravitációs erővel. , egy idő után a földön van. A kezéből kiengedett könyv leesik. Az ugrás után az ember nem repül el a világűrbe, hanem leesik a földre.

Figyelembe véve egy testnek a Föld felszínéhez közeli szabadesését, amely ennek a testnek a Földdel való gravitációs kölcsönhatása eredményeképpen történik, ezt írhatjuk:

honnan a szabadesés gyorsulása:

A szabadesés gyorsulása nem a test tömegétől, hanem a test Föld feletti magasságától függ. A földgömb enyhén lapított a pólusokon, így a pólusok közelében lévő testek valamivel közelebb vannak a Föld középpontjához. Ebben a tekintetben a szabadesés gyorsulása a terület szélességétől függ: a póluson valamivel nagyobb, mint az egyenlítőn és más szélességeken (az egyenlítőn m / s, az északi sarkon m / s.

Ugyanez a képlet lehetővé teszi, hogy megtalálja a szabadesési gyorsulást bármely tömegű és sugarú bolygó felszínén.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA (a Föld "lemérésének" problémája)

Gyakorlat	A Föld sugara km, a szabadesés gyorsulása a bolygó felszínén m/s. Ezen adatok felhasználásával becsülje meg a Föld hozzávetőleges tömegét.
Döntés	A szabadesés gyorsulása a Föld felszínén: honnan a Föld tömege: A C rendszerben a Föld sugara m. A képletbe behelyettesítve a fizikai mennyiségek számértékeit, megbecsüljük a Föld tömegét:
Válasz	A Föld tömege kg.

2. PÉLDA

Gyakorlat	Egy földi műhold körpályán mozog a Föld felszínétől 1000 km-es magasságban. Milyen gyorsan mozog a műhold? Mennyi idő alatt képes egy műhold egy teljes körforgást végrehajtani a Föld körül?
Döntés	Eszerint a műholdra a Föld felől ható erő egyenlő a műhold tömegének és mozgásának gyorsulásának szorzatával: A föld felől a gravitációs vonzás ereje hat a műholdra, amely az egyetemes gravitáció törvénye szerint egyenlő: hol és van a műhold, illetve a Föld tömege. Mivel a műhold egy bizonyos magasságban van a Föld felszíne felett, a távolság tőle a Föld középpontjától: hol van a Föld sugara.