gaya gravitasi. Hukum gravitasi

Mengapa batu yang dilepaskan dari tangan jatuh ke tanah? Karena tertarik oleh Bumi, Anda masing-masing akan berkata. Faktanya, batu itu jatuh ke Bumi dengan percepatan jatuh bebas. Akibatnya, gaya yang diarahkan ke Bumi bekerja pada batu dari sisi Bumi. Menurut hukum ketiga Newton, batu juga bekerja di Bumi dengan modulus gaya yang sama yang diarahkan ke batu. Dengan kata lain, gaya tarik-menarik saling bekerja antara Bumi dan batu.

Newton adalah orang pertama yang menebak, dan kemudian dengan tegas membuktikan, bahwa penyebab jatuhnya sebuah batu ke Bumi, pergerakan Bulan mengelilingi Bumi dan planet-planet mengelilingi Matahari, adalah satu dan sama. Ini adalah gaya gravitasi yang bekerja di antara benda-benda di Alam Semesta. Berikut adalah jalannya penalaran yang diberikan dalam karya utama Newton "The Mathematical Principles of Natural Philosophy":

“Sebuah batu yang dilemparkan secara horizontal akan menyimpang di bawah aksi gravitasi dari jalan lurus dan, setelah menggambarkan lintasan melengkung, akhirnya akan jatuh ke Bumi. Jika Anda melemparnya dengan kecepatan yang lebih tinggi, maka ia akan jatuh lebih jauh” (Gbr. 1).

Melanjutkan argumen tersebut, Newton sampai pada kesimpulan bahwa jika bukan karena hambatan udara, maka lintasan batu yang dilempar dari Gunung tinggi dengan kecepatan tertentu, bisa menjadi sedemikian rupa sehingga tidak akan pernah mencapai permukaan Bumi sama sekali, tetapi akan bergerak mengelilinginya "seperti planet-planet menggambarkan orbitnya di ruang angkasa".

Sekarang kita telah menjadi begitu terbiasa dengan pergerakan satelit di sekitar Bumi sehingga tidak perlu menjelaskan ide Newton secara lebih rinci.

Jadi, menurut Newton, pergerakan Bulan mengelilingi Bumi atau planet-planet mengelilingi Matahari juga jatuh bebas, tetapi hanya jatuh yang berlangsung tanpa henti selama miliaran tahun. Alasan "jatuh" seperti itu (apakah kita benar-benar berbicara tentang jatuhnya batu biasa di Bumi atau pergerakan planet-planet di orbitnya) adalah gaya gravitasi. Pada apa kekuatan ini bergantung?

Ketergantungan gaya gravitasi pada massa benda

Galileo membuktikan bahwa selama jatuh bebas, Bumi memberi tahu semua benda di tempat ini percepatan yang sama berapapun massanya. Tetapi percepatan, menurut hukum kedua Newton, berbanding terbalik dengan massa. Bagaimana seseorang dapat menjelaskan bahwa percepatan yang diberikan ke suatu benda oleh gravitasi bumi adalah sama untuk semua benda? Ini hanya mungkin jika gaya tarik-menarik ke Bumi berbanding lurus dengan massa benda. Dalam hal ini, peningkatan massa m, misalnya, dengan faktor dua akan menyebabkan peningkatan modulus gaya. F juga digandakan, dan percepatan, yang sama dengan \(a = \frac (F)(m)\), akan tetap tidak berubah. Menggeneralisasi kesimpulan ini untuk gaya gravitasi di antara benda apa pun, kami menyimpulkan bahwa gaya gravitasi universal berbanding lurus dengan massa benda di mana gaya ini bekerja.

Tetapi setidaknya dua tubuh berpartisipasi dalam ketertarikan timbal balik. Masing-masing dari mereka, menurut hukum ketiga Newton, tunduk pada modulus gaya gravitasi yang sama. Oleh karena itu, masing-masing gaya ini harus sebanding dengan massa satu benda dan massa benda lainnya. Oleh karena itu, gaya gravitasi universal antara dua benda berbanding lurus dengan produk massanya:

\(F \sim m_1 \cdot m_2\)

Ketergantungan gaya gravitasi pada jarak antar benda

Diketahui dari pengalaman bahwa percepatan jatuh bebas adalah 9,8 m/s 2 dan sama untuk benda yang jatuh dari ketinggian 1, 10 dan 100 m, yaitu tidak bergantung pada jarak antara benda dan bumi. Ini tampaknya berarti bahwa gaya tidak bergantung pada jarak. Tetapi Newton percaya bahwa jarak harus diukur bukan dari permukaan, tetapi dari pusat Bumi. Tapi jari-jari bumi adalah 6.400 km. Jelas bahwa beberapa puluh, ratusan atau bahkan ribuan meter di atas permukaan bumi tidak dapat secara nyata mengubah nilai percepatan jatuh bebas.

Untuk mengetahui bagaimana jarak antar benda mempengaruhi gaya tarik-menarik timbal baliknya, perlu diketahui berapa percepatan benda yang jauh dari Bumi pada jarak yang cukup jauh. Namun, sulit untuk mengamati dan mempelajari jatuh bebas suatu benda dari ketinggian ribuan kilometer di atas Bumi. Tetapi alam itu sendiri datang untuk menyelamatkan di sini dan memungkinkan untuk menentukan percepatan benda yang bergerak dalam lingkaran di sekitar Bumi dan karena itu memiliki percepatan sentripetal, yang tentu saja disebabkan oleh gaya tarik yang sama ke Bumi. Tubuh seperti itu adalah satelit alami Bumi - Bulan. Jika gaya tarik menarik antara Bumi dan Bulan tidak bergantung pada jarak antara keduanya, maka percepatan sentripetal bulan akan sama dengan percepatan benda jatuh bebas di dekat permukaan bumi. Pada kenyataannya, percepatan sentripetal Bulan adalah 0,0027 m/s 2 .

Ayo buktikan. Revolusi Bulan mengelilingi Bumi terjadi di bawah pengaruh gaya gravitasi di antara mereka. Kira-kira, orbit Bulan bisa dianggap lingkaran. Oleh karena itu, Bumi memberikan percepatan sentripetal ke Bulan. Ini dihitung dengan rumus \(a = \frac (4 \pi^2 \cdot R)(T^2)\), di mana R- jari-jari orbit bulan, sama dengan sekitar 60 jari-jari Bumi, T 27 hari 7 jam 43 menit 2.4∙10 6 s adalah periode revolusi Bulan mengelilingi Bumi. Mengingat bahwa jari-jari bumi R h 6.4∙10 6 m, kita peroleh bahwa percepatan sentripetal Bulan sama dengan:

\(a = \frac (4 \pi^2 \cdot 60 \cdot 6.4 \cdot 10^6)((2.4 \cdot 10^6)^2) \kira-kira 0,0027\) m/s 2.

Nilai percepatan yang ditemukan kurang dari percepatan jatuh bebas benda di dekat permukaan bumi (9,8 m/s 2) sekitar 3600 = 60 2 kali.

Jadi, peningkatan jarak antara tubuh dan Bumi sebesar 60 kali menyebabkan penurunan percepatan yang diberikan oleh gravitasi bumi, dan, akibatnya, gaya gravitasi itu sendiri, sebesar 60 2 kali.

Oleh karena itu berikut kesimpulan penting: percepatan yang diberikan kepada benda oleh gaya gravitasi terhadap bumi berkurang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke pusat bumi

\(F \sim \frac (1)(R^2)\).

Hukum gravitasi

Pada tahun 1667, Newton akhirnya merumuskan hukum gravitasi universal:

\(F = G \cdot \frac (m_1 \cdot m_2)(R^2).\quad (1)\)

Gaya tarik-menarik timbal balik dari dua benda berbanding lurus dengan produk massa benda-benda ini dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka.

Faktor proporsionalitas G ditelepon konstanta gravitasi.

Hukum gravitasi hanya berlaku untuk benda yang dimensinya sangat kecil dibandingkan dengan jarak di antara mereka. Dengan kata lain, itu hanya adil untuk poin materi. Dalam hal ini, gaya interaksi gravitasi diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan titik-titik ini (Gbr. 2). Kekuatan seperti itu disebut sentral.

Untuk menemukan gaya gravitasi yang bekerja pada suatu benda dari sisi yang lain, dalam kasus ketika ukuran benda tidak dapat diabaikan, lakukan sebagai berikut. Kedua tubuh secara mental dibagi menjadi elemen-elemen kecil sehingga masing-masing dapat dianggap sebagai titik. Menjumlahkan gaya gravitasi yang bekerja pada setiap elemen tubuh tertentu dari semua elemen tubuh lain, kami memperoleh gaya yang bekerja pada elemen ini (Gbr. 3). Setelah melakukan operasi seperti itu untuk setiap elemen benda tertentu dan menjumlahkan gaya yang dihasilkan, mereka menemukan gaya gravitasi total yang bekerja pada benda ini. Tugas ini sulit.

Namun, ada satu kasus yang praktis penting ketika rumus (1) dapat diterapkan pada benda yang diperluas. Dapat dibuktikan bahwa benda bola, yang kerapatannya hanya bergantung pada jarak ke pusatnya, pada jarak di antara mereka yang lebih besar dari jumlah jari-jarinya, menarik dengan gaya yang modulnya ditentukan oleh rumus (1). Pada kasus ini R adalah jarak antara pusat bola.

Dan akhirnya, karena ukuran tubuh yang jatuh ke Bumi sangat banyak ukuran lebih kecil Bumi, maka benda-benda ini dapat dianggap sebagai benda titik. Kemudian di bawah R dalam rumus (1) seseorang harus memahami jarak dari benda tertentu ke pusat Bumi.

Di antara semua benda ada kekuatan saling tarik-menarik, tergantung pada benda itu sendiri (massanya) dan pada jarak di antara mereka.

Arti fisika dari konstanta gravitasi

Dari rumus (1) kita temukan

\(G = F \cdot \frac (R^2)(m_1 \cdot m_2)\).

Oleh karena itu jika jarak antara benda secara numerik sama dengan satu ( R= 1 m) dan massa benda yang berinteraksi juga sama dengan satu ( M 1 = M 2 = 1 kg), maka konstanta gravitasi secara numerik sama dengan modulus gaya F. Lewat sini ( arti fisik ),

konstanta gravitasi secara numerik sama dengan modulus gaya gravitasi yang bekerja pada benda bermassa 1 kg dari benda lain bermassa sama dengan jarak antara benda sama dengan 1 m.

Dalam SI, konstanta gravitasi dinyatakan sebagai

Pengalaman Cavendish

Nilai konstanta gravitasi G hanya dapat ditemukan secara empiris. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengukur modulus gaya gravitasi F, bekerja pada massa tubuh M berat badan 1 sisi M 2 pada jarak yang diketahui R antara tubuh.

Pengukuran pertama dari konstanta gravitasi dilakukan pada pertengahan abad ke-18. Perkirakan, meskipun sangat kasar, nilainya G pada saat itu berhasil karena mempertimbangkan daya tarik pendulum ke gunung, yang massanya ditentukan dengan metode geologis.

Pengukuran akurat dari konstanta gravitasi pertama kali dilakukan pada tahun 1798 oleh fisikawan Inggris G. Cavendish menggunakan perangkat yang disebut keseimbangan torsi. Secara skema, keseimbangan torsi ditunjukkan pada Gambar 4.

Cavendish memperbaiki dua bola timah kecil (diameter 5 cm dan beratnya M 1 = 775 g masing-masing) di ujung yang berlawanan dari batang dua meter. Batang itu digantung pada seutas kawat tipis. Untuk kawat ini, gaya elastis yang timbul di dalamnya ketika memutar melalui berbagai sudut telah ditentukan sebelumnya. Dua bola timah besar (diameter 20 cm dan beratnya M 2 = 49,5 kg) dapat didekatkan dengan bola-bola kecil. Gaya tarik menarik dari bola-bola besar memaksa bola-bola kecil bergerak ke arah mereka, sementara kawat yang diregangkan sedikit terpelintir. Derajat puntiran adalah ukuran gaya yang bekerja di antara bola. Sudut puntir kawat (atau putaran batang dengan bola-bola kecil) ternyata sangat kecil sehingga harus diukur menggunakan tabung optik. Hasil yang diperoleh Cavendish hanya berbeda 1% dari nilai konstanta gravitasi yang diterima saat ini:

G 6.67∙10 -11 (N∙m 2) / kg 2

Jadi, gaya tarik-menarik dari dua benda dengan berat masing-masing 1 kg, yang terletak pada jarak 1 m dari satu sama lain, hanya 6,67∙10 -11 N dalam modul, ini adalah gaya yang sangat kecil. Hanya dalam kasus ketika benda bermassa sangat besar berinteraksi (atau setidaknya massa salah satu benda besar), gaya gravitasi menjadi besar. Misalnya, Bumi menarik Bulan dengan kekuatan F 2∙10 20 N.

Gaya gravitasi adalah yang "terlemah" dari semua gaya alam. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa konstanta gravitasi kecil. Tetapi dengan massa benda kosmik yang besar, gaya gravitasi universal menjadi sangat besar. Gaya-gaya ini membuat semua planet tetap berada di dekat Matahari.

Arti dari hukum gravitasi

Hukum gravitasi universal mendasari mekanika langit - ilmu gerak planet. Dengan bantuan hukum ini, posisi benda langit di cakrawala selama beberapa dekade mendatang ditentukan dengan sangat akurat dan lintasannya dihitung. Hukum gravitasi universal juga diterapkan dalam perhitungan gerak satelit buatan Kendaraan otomatis bumi dan antarplanet.

Gangguan gerak planet. Planet tidak bergerak secara ketat menurut hukum Kepler. Hukum Kepler akan diamati secara ketat untuk pergerakan planet tertentu hanya jika planet ini saja yang berputar mengelilingi Matahari. Tetapi ada banyak planet di tata surya, semuanya tertarik oleh Matahari dan satu sama lain. Oleh karena itu, terjadi gangguan pada gerak planet-planet. Di tata surya, gangguannya kecil, karena daya tarik planet oleh Matahari jauh lebih kuat daripada daya tarik planet lain. Saat menghitung posisi planet yang tampak, gangguan harus diperhitungkan. Saat meluncurkan benda langit buatan dan saat menghitung lintasannya, mereka menggunakan teori perkiraan gerak benda langit - teori gangguan.

Penemuan Neptunus. Salah satu contoh paling jelas dari kemenangan hukum gravitasi universal adalah penemuan planet Neptunus. Pada tahun 1781, astronom Inggris William Herschel menemukan planet Uranus. Orbitnya dihitung dan tabel posisi planet ini disusun selama bertahun-tahun yang akan datang. Namun, pemeriksaan tabel ini, yang dilakukan pada tahun 1840, menunjukkan bahwa datanya berbeda dari kenyataan.

Para ilmuwan telah menyarankan bahwa penyimpangan dalam gerakan Uranus disebabkan oleh daya tarik planet yang tidak diketahui, yang terletak lebih jauh dari Matahari daripada Uranus. Mengetahui penyimpangan dari lintasan yang dihitung (gangguan dalam pergerakan Uranus), orang Inggris Adams dan orang Prancis Leverrier, menggunakan hukum gravitasi universal, menghitung posisi planet ini di langit. Adams menyelesaikan perhitungannya lebih awal, tetapi pengamat yang dia laporkan hasilnya tidak terburu-buru untuk memeriksanya. Sementara itu, Leverrier, setelah menyelesaikan perhitungannya, menunjukkan kepada astronom Jerman Halle tempat untuk mencari planet yang tidak dikenal. Pada malam pertama, 28 September 1846, Halle, mengarahkan teleskop ke tempat yang ditentukan, telah menemukan planet baru. Mereka menamainya Neptunus.

Dengan cara yang sama, pada 14 Maret 1930, planet Pluto ditemukan. Kedua penemuan itu dikatakan telah dibuat "di ujung pena".

Dengan menggunakan hukum gravitasi universal, Anda dapat menghitung massa planet dan satelitnya; menjelaskan fenomena seperti pasang surut air di lautan, dan banyak lagi.

Kekuatan gravitasi universal adalah yang paling universal dari semua kekuatan alam. Mereka bertindak di antara setiap benda yang memiliki massa, dan semua benda memiliki massa. Tidak ada hambatan terhadap gaya gravitasi. Mereka bertindak melalui tubuh apa pun.

literatur

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisika: Prok. untuk 9 sel. rata-rata sekolah - M.: Pencerahan, 1992. - 191 hal.
Fisika: Mekanika. Kelas 10: Prok. untuk studi mendalam fisika / M.M. Balashov, A.I. Gomonova, A.B. Dolitsky dan lainnya; Ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Bustard, 2002. – 496 hal.

Dengan hukum apa Anda akan menggantung saya?
- Dan kami menggantung semua orang menurut satu hukum - hukum gravitasi universal.

Hukum gravitasi

Fenomena gravitasi adalah hukum gravitasi universal. Dua benda bekerja satu sama lain dengan gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya dan berbanding lurus dengan produk massanya.

Secara matematis, kita dapat mengungkapkan hukum besar ini dengan rumus

Gravitasi bekerja pada jarak yang sangat jauh di alam semesta. Tetapi Newton berpendapat bahwa semua benda saling tarik menarik. Benarkah ada dua benda yang saling tarik menarik? Bayangkan saja, diketahui bahwa Bumi menarik Anda duduk di kursi. Tapi pernahkah Anda berpikir tentang fakta bahwa komputer dan mouse saling tarik menarik? Atau pensil dan pena di atas meja? Dalam hal ini, kami mengganti massa pena, massa pensil ke dalam rumus, dibagi dengan kuadrat jarak di antara mereka, dengan mempertimbangkan konstanta gravitasi, kami memperoleh gaya tarik-menarik timbal balik mereka. Tapi, itu akan keluar sangat kecil (karena massa kecil pena dan pensil) sehingga kita tidak merasakan kehadirannya. Hal lain adalah ketika kita sedang berbicara tentang Bumi dan kursi, atau Matahari dan Bumi. Massa itu signifikan, yang berarti kita sudah dapat mengevaluasi efek gaya.

Mari kita pikirkan tentang percepatan jatuh bebas. Ini adalah operasi hukum tarik-menarik. Di bawah aksi gaya, tubuh berubah kecepatan semakin lambat, semakin besar massa. Akibatnya, semua benda jatuh ke bumi dengan percepatan yang sama.

Apa penyebab dari kekuatan unik yang tidak terlihat ini? Sampai saat ini, keberadaan medan gravitasi diketahui dan dibuktikan. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang sifat medan gravitasi dalam materi tambahan pada topik.

Pikirkan tentang apa itu gravitasi. Dari mana asalnya? Apa yang diwakilinya? Lagi pula, tidak mungkin planet itu memandang Matahari, melihat seberapa jauh jaraknya, menghitung kuadrat terbalik dari jarak sesuai dengan hukum ini?

Arah gravitasi

Ada dua benda, misalkan benda A dan B. Benda A menarik benda B. Gaya yang dilakukan benda A dimulai pada benda B dan diarahkan ke benda A. Artinya, ia "mengambil" benda B dan menariknya ke arah dirinya sendiri . Tubuh B "melakukan" hal yang sama dengan tubuh A.

Setiap tubuh tertarik oleh bumi. Bumi "mengambil" tubuh dan menariknya menuju pusatnya. Oleh karena itu, gaya ini akan selalu diarahkan secara vertikal ke bawah, dan itu diterapkan dari pusat gravitasi tubuh, itu disebut gravitasi.

Hal utama yang harus diingat

Beberapa metode eksplorasi geologi, prediksi pasang surut dan, yang terbaru, perhitungan pergerakan satelit buatan dan stasiun antarplanet. Perhitungan awal posisi planet-planet.

Bisakah kita membuat eksperimen seperti itu sendiri, dan tidak menebak apakah planet, objek tertarik?

Pengalaman langsung seperti itu dibuat Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - ahli fisika dan kimia Inggris) menggunakan perangkat yang ditunjukkan pada gambar. Idenya adalah untuk menggantung tongkat dengan dua bola pada benang kuarsa yang sangat tipis dan kemudian membawa dua bola timah besar ke sampingnya. Gaya tarik bola akan memuntir benang sedikit – sedikit, karena gaya tarik menarik antar benda biasa sangat lemah. Dengan bantuan alat semacam itu, Cavendish dapat secara langsung mengukur gaya, jarak, dan besaran kedua massa dan, dengan demikian, menentukan konstanta gravitasi G.

Penemuan unik dari konstanta gravitasi G, yang mencirikan medan gravitasi di ruang angkasa, memungkinkan untuk menentukan massa Bumi, Matahari, dan benda langit lainnya. Oleh karena itu, Cavendish menyebut pengalamannya "menimbang Bumi."

Menariknya, berbagai hukum fisika memiliki beberapa fitur umum. Mari kita beralih ke hukum listrik (gaya Coulomb). Gaya listrik juga berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi sudah antara muatan, dan tanpa sadar muncul pemikiran bahwa pola ini memiliki makna yang dalam. Sampai saat ini, belum ada yang mampu menghadirkan gravitasi dan listrik sebagai dua manifestasi berbeda dari esensi yang sama.

Gaya di sini juga bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi perbedaan besarnya gaya listrik dan gaya gravitasi sangat mencolok. Mencoba untuk menginstal sifat umum gravitasi dan listrik, kami menemukan keunggulan gaya listrik di atas gaya gravitasi sehingga sulit untuk percaya bahwa keduanya memiliki sumber yang sama. Bagaimana Anda bisa mengatakan bahwa yang satu lebih kuat dari yang lain? Lagi pula, itu semua tergantung pada apa massa dan muatannya. Berdebat tentang seberapa kuat gravitasi bekerja, Anda tidak berhak mengatakan: "Mari kita ambil massa dengan ukuran ini dan itu," karena Anda memilihnya sendiri. Tetapi jika kita mengambil apa yang alam tawarkan kepada kita (dia nilai eigen dan ukuran yang tidak ada hubungannya dengan inci, tahun, ukuran kita), lalu kita bisa membandingkan. Kami akan mengambil partikel bermuatan dasar, seperti, misalnya, elektron. Dua partikel dasar, dua elektron, karena muatan listrik saling tolak menolak dengan gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya, dan karena gravitasi saling tarik menarik lagi dengan gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.

Pertanyaan: Berapa perbandingan gaya gravitasi dengan gaya listrik? Gravitasi terkait dengan tolakan listrik seperti halnya dengan angka dengan 42 nol. Ini sangat membingungkan. Dari mana datangnya jumlah yang begitu besar?

Orang-orang mencari faktor besar ini dalam fenomena alam lainnya. Mereka melalui segala macam angka besar dan jika Anda membutuhkan jumlah besar, mengapa tidak mengambil, katakanlah, rasio diameter alam semesta dengan diameter proton - secara mengejutkan, ini juga merupakan angka dengan 42 nol. Dan mereka berkata: mungkinkah koefisien ini sama dengan rasio diameter proton dengan diameter alam semesta? Ini adalah pemikiran yang menarik, tetapi ketika alam semesta mengembang secara bertahap, konstanta gravitasi juga harus berubah. Meskipun hipotesis ini belum terbantahkan, kami tidak memiliki bukti yang mendukungnya. Sebaliknya, beberapa bukti menunjukkan bahwa konstanta gravitasi tidak berubah dengan cara ini. Jumlah yang sangat besar ini masih menjadi misteri hingga saat ini.

Einstein harus memodifikasi hukum gravitasi sesuai dengan prinsip relativitas. Prinsip pertama mengatakan bahwa jarak x tidak dapat diatasi secara instan, sedangkan menurut teori Newton, gaya bekerja secara instan. Einstein harus mengubah hukum Newton. Perubahan ini, penyempurnaan sangat kecil. Salah satunya adalah ini: karena cahaya memiliki energi, energi setara dengan massa, dan semua massa menarik, cahaya juga menarik dan, oleh karena itu, melewati Matahari, harus dibelokkan. Ini adalah bagaimana hal itu benar-benar terjadi. Gaya gravitasi juga sedikit dimodifikasi dalam teori Einstein. Tetapi perubahan yang sangat kecil dalam hukum gravitasi ini cukup untuk menjelaskan beberapa ketidakteraturan yang tampak dalam gerakan Merkurius.

Fenomena fisik di mikrokosmos tunduk pada hukum lain selain fenomena di dunia skala besar. Timbul pertanyaan: bagaimana gravitasi memanifestasikan dirinya dalam dunia skala kecil? Teori gravitasi kuantum akan menjawabnya. Tetapi belum ada teori gravitasi kuantum. Orang belum terlalu berhasil dalam menciptakan teori gravitasi yang sepenuhnya konsisten dengan prinsip mekanika kuantum dan dengan prinsip ketidakpastian.

Gaya gravitasi adalah gaya yang dengannya benda-benda bermassa tertentu tertarik satu sama lain, yang terletak pada jarak tertentu satu sama lain.

Ilmuwan Inggris Isaac Newton pada tahun 1867 menemukan hukum gravitasi universal. Ini adalah salah satu hukum dasar mekanika. Inti dari undang-undang ini adalah sebagai berikut:setiap dua partikel material tertarik satu sama lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan produk massa mereka dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka.

Gaya tarik adalah gaya pertama yang dirasakan seseorang. Ini adalah kekuatan yang dengannya Bumi bekerja pada semua benda yang terletak di permukaannya. Dan setiap orang merasakan kekuatan ini sebagai beratnya sendiri.

Hukum gravitasi

Ada legenda bahwa Newton menemukan hukum gravitasi universal secara tidak sengaja, berjalan di malam hari di taman orang tuanya. orang-orang kreatif selalu diwaspadai penemuan ilmiah- ini bukan wawasan instan, tetapi buah dari kerja mental yang panjang. Duduk di bawah pohon apel, Newton sedang memikirkan ide lain, dan tiba-tiba sebuah apel jatuh di kepalanya. Jelas bagi Newton bahwa apel jatuh sebagai akibat dari gravitasi bumi. “Tapi kenapa bulan tidak jatuh ke bumi? dia pikir. "Itu berarti ada kekuatan lain yang bekerja padanya, menjaganya tetap di orbit." Beginilah cara yang terkenal hukum gravitasi.

Para ilmuwan yang sebelumnya telah mempelajari rotasi benda langit percaya bahwa benda angkasa mematuhi beberapa hukum yang sama sekali berbeda. Artinya, diasumsikan bahwa ada hukum tarik-menarik yang sama sekali berbeda di permukaan Bumi dan di luar angkasa.

Newton menggabungkan jenis gravitasi yang dianggap ini. Menganalisis hukum Kepler yang menggambarkan gerakan planet-planet, dia sampai pada kesimpulan bahwa gaya tarik-menarik muncul di antara benda apa pun. Artinya, baik apel yang jatuh di taman maupun planet-planet di luar angkasa dipengaruhi oleh gaya yang mematuhi hukum yang sama - hukum gravitasi universal.

Newton menemukan bahwa hukum Kepler hanya bekerja jika ada gaya tarik menarik antara planet-planet. Dan gaya ini berbanding lurus dengan massa planet-planet dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka.

Gaya tarik-menarik dihitung dengan rumus F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 adalah massa benda pertama;

m2adalah massa benda kedua;

R adalah jarak antara tubuh;

G adalah koefisien proporsionalitas, yang disebut konstanta gravitasi atau konstanta gravitasi.

Nilainya ditentukan secara eksperimental. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Jika dua poin materi dengan massa sama dengan satuan massa, berada pada jarak, sama dengan satu jarak, mereka ditarik dengan gaya yang sama dengan G.

Gaya tarik menarik adalah gaya gravitasi. Mereka juga disebut gravitasi. Mereka tunduk pada hukum gravitasi universal dan muncul di mana-mana, karena semua benda memiliki massa.

Gaya gravitasi

Gaya gravitasi di dekat permukaan bumi adalah gaya yang menarik semua benda ke bumi. Mereka memanggilnya gravitasi. Dianggap konstan jika jarak benda dari permukaan bumi kecil dibandingkan dengan jari-jari bumi.

Karena gravitasi, yang merupakan gaya gravitasi, tergantung pada massa dan jari-jari planet, itu akan berbeda di planet yang berbeda. Karena jari-jari Bulan lebih kecil dari jari-jari Bumi, maka gaya tarik-menarik di Bulan kurang dari 6 kali di Bumi. Dan di Jupiter, sebaliknya, gravitasi 2,4 kali lebih besar dari gravitasi di Bumi. Tetapi berat badan tetap konstan, di mana pun ia diukur.

Banyak orang bingung arti berat dan gravitasi, percaya bahwa gravitasi selalu sama dengan berat. Tapi tidak.

Kekuatan yang digunakan tubuh untuk menekan penyangga atau meregangkan suspensi, ini adalah beratnya. Jika penyangga atau suspensi dilepas, tubuh akan mulai jatuh dengan percepatan jatuh bebas di bawah aksi gravitasi. Gaya gravitasi sebanding dengan massa tubuh. Itu dihitung sesuai dengan rumusF= m G , di mana M- massa tubuh, G- percepatan gravitasi.

Berat badan bisa berubah, dan terkadang hilang sama sekali. Bayangkan kita berada di lift di lantai paling atas. Lift sangat berharga. Pada saat ini, berat kita P dan gaya gravitasi F, yang dengannya Bumi menarik kita, adalah sama. Tapi begitu lift mulai bergerak turun dengan percepatan tetapi , berat dan gravitasi tidak lagi sama. Menurut hukum kedua Newtonmg+ P = m. P \u003d m g -ibu.

Hal ini dapat dilihat dari rumus bahwa berat badan kami menurun saat kami bergerak ke bawah.

Pada saat lift menambah kecepatan dan mulai bergerak tanpa percepatan, berat badan kami kembali sama dengan kekuatan gravitasi. Dan ketika lift mulai memperlambat gerakannya, percepatan tetapi menjadi negatif dan beratnya meningkat. Ada kelebihan beban.

Dan jika tubuh bergerak ke bawah dengan percepatan jatuh bebas, maka beratnya akan sama dengan nol.

Pada Sebuah=G R=mg-ma= mg - mg=0

Ini adalah keadaan tanpa bobot.

Jadi, tanpa kecuali, semua benda material di Semesta mematuhi hukum gravitasi universal. Dan planet-planet yang mengelilingi Matahari, dan semua benda yang berada di dekat permukaan Bumi.

Benar-benar semua benda di Semesta dipengaruhi oleh kekuatan magis yang entah bagaimana menarik mereka ke Bumi (lebih tepatnya, ke intinya). Tidak ada tempat untuk melarikan diri, tidak ada tempat untuk bersembunyi dari gravitasi magis yang mencakup segalanya: planet kita tata surya tertarik tidak hanya ke Matahari yang besar, tetapi juga satu sama lain, semua benda, molekul, dan atom terkecil juga saling tertarik. dikenal bahkan oleh anak-anak kecil, setelah mengabdikan hidupnya untuk mempelajari fenomena ini, ia menetapkan salah satu hukum terbesar - hukum gravitasi universal.

Apa itu gravitasi?

Pengertian dan rumusnya sudah lama diketahui banyak orang. Ingatlah bahwa gaya gravitasi adalah besaran tertentu, salah satu manifestasi alami dari gravitasi universal, yaitu: gaya yang dengannya benda apa pun selalu tertarik ke Bumi.

Gaya gravitasi dilambangkan huruf latin F berat

Gravitasi: rumus

Bagaimana cara menghitung diarahkan ke tubuh tertentu? Apa jumlah lain yang perlu Anda ketahui untuk melakukan ini? Rumus untuk menghitung gravitasi cukup sederhana, dipelajari di kelas 7 sekolah Menengah, di awal kursus fisika. Agar tidak hanya mempelajarinya, tetapi juga memahaminya, seseorang harus melanjutkan dari fakta bahwa gaya gravitasi, yang selalu bekerja pada suatu benda, berbanding lurus dengan nilai kuantitatifnya (massa).

Unit gravitasi dinamai ilmuwan besar Newton.

Itu selalu diarahkan secara ketat ke pusat inti bumi, karena pengaruhnya semua benda jatuh dengan percepatan yang seragam. Fenomena gravitasi di Kehidupan sehari-hari Kami mengamati di mana-mana dan terus-menerus:

benda, yang secara tidak sengaja atau khusus dilepaskan dari tangan, pasti jatuh ke Bumi (atau ke permukaan apa pun yang mencegah jatuh bebas);
sebuah satelit yang diluncurkan ke luar angkasa tidak terbang menjauh dari planet kita untuk jarak yang tidak terbatas secara tegak lurus ke atas, tetapi tetap berada di orbit;
semua sungai mengalir dari pegunungan dan tidak dapat dibalik;
kebetulan seseorang jatuh dan terluka;
partikel debu terkecil berada di semua permukaan;
udara terkonsentrasi di permukaan bumi;
sulit untuk membawa tas;
hujan turun dari awan dan awan, salju turun, hujan es.

Seiring dengan konsep "gravitasi", istilah "berat badan" digunakan. Jika tubuh diletakkan pada permukaan horizontal yang datar, maka berat dan gravitasinya secara numerik sama, sehingga kedua konsep ini sering diganti, yang sama sekali tidak benar.

Percepatan gravitasi

Konsep "percepatan jatuh bebas" (dengan kata lain, dikaitkan dengan istilah "gravitasi." Rumusnya menunjukkan: untuk menghitung gaya gravitasi, Anda perlu mengalikan massa dengan g (percepatan St. p .).

"g" = 9,8 N/kg, ini adalah nilai konstan. Namun, lebih pengukuran yang akurat menunjukkan bahwa karena rotasi bumi, nilai percepatan St. p. tidak sama dan tergantung pada garis lintang: di Kutub Utara = 9,832 N / kg, dan di ekuator yang gerah = 9,78 N / kg. Ternyata, di tempat yang berbeda planet pada benda dengan massa yang sama, gaya gravitasi yang berbeda diarahkan (rumus mg masih tetap tidak berubah). Untuk perhitungan praktis, diputuskan untuk membiarkan kesalahan kecil dalam nilai ini dan menggunakan nilai rata-rata 9,8 N/kg.

Proporsionalitas kuantitas seperti gravitasi (rumus membuktikan ini) memungkinkan Anda untuk mengukur berat suatu benda dengan dinamometer (mirip dengan bisnis rumah tangga biasa). Harap dicatat bahwa perangkat hanya menunjukkan kekuatan, karena untuk menentukan berat yang tepat tubuh perlu mengetahui nilai regional "g".

Apakah gravitasi bekerja pada setiap jarak (baik dekat maupun jauh) dari pusat bumi? Newton berhipotesis bahwa ia bekerja pada tubuh bahkan pada jarak yang cukup jauh dari Bumi, tetapi nilainya menurun berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari objek ke inti Bumi.

Gravitasi di tata surya

Apakah ada Definisi dan rumus tentang planet lain mempertahankan relevansinya. Dengan hanya satu perbedaan dalam arti "g":

di Bulan = 1,62 N/kg (enam kali lebih kecil dari di Bumi);
di Neptunus = 13,5 N/kg (hampir satu setengah kali lebih tinggi dari di Bumi);
di Mars = 3,73 N/kg (lebih dari dua setengah kali lebih sedikit daripada di planet kita);
di Saturnus = 10,44 N/kg;
pada Merkurius = 3,7 N/kg;
di Venus = 8,8 N/kg;
di Uranus = 9,8 N/kg (hampir sama dengan milik kita);
di Jupiter = 24 N/kg (hampir dua setengah kali lebih tinggi).

Abad XVI - XVII, banyak yang dengan tepat menyebut salah satu periode paling mulia di dalamnya.Pada saat itulah sebagian besar fondasi diletakkan, yang tanpanya pengembangan lebih lanjut ilmu ini tidak akan terpikirkan. Copernicus, Galileo, Kepler telah melakukan pekerjaan yang hebat untuk menyatakan fisika sebagai ilmu yang dapat menjawab hampir semua pertanyaan. Berdiri terpisah dalam seluruh rangkaian penemuan adalah hukum gravitasi universal, rumusan akhir yang dimiliki oleh ilmuwan Inggris yang luar biasa Isaac Newton.

Signifikansi utama dari karya ilmuwan ini bukanlah pada penemuannya tentang gaya gravitasi universal - baik Galileo maupun Kepler berbicara tentang keberadaan kuantitas ini bahkan sebelum Newton, tetapi pada kenyataan bahwa ia adalah orang pertama yang membuktikan bahwa keduanya pada Bumi dan di luar angkasa kekuatan interaksi yang sama antara tubuh bertindak.

Newton dalam praktiknya mengkonfirmasi dan secara teoritis mendukung fakta bahwa secara mutlak semua benda di Semesta, termasuk yang terletak di Bumi, berinteraksi satu sama lain. Interaksi ini disebut gravitasi, sedangkan proses gravitasi universal itu sendiri disebut gravitasi.
Interaksi ini terjadi antara benda-benda karena ada jenis materi khusus, tidak seperti yang lain, yang dalam sains disebut medan gravitasi. Medan ini ada dan bekerja di sekitar objek apa pun, sementara tidak ada perlindungan darinya, karena ia memiliki kemampuan yang tak tertandingi untuk menembus bahan apa pun.

Gaya gravitasi universal, definisi dan formulasi yang dia berikan, secara langsung bergantung pada produk massa benda-benda yang berinteraksi, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara objek-objek ini. Menurut Newton, yang dikonfirmasi secara tak terbantahkan oleh penelitian praktis, gaya gravitasi universal ditemukan dengan rumus berikut:

Di dalamnya, yang sangat penting adalah konstanta gravitasi G, yang kira-kira sama dengan 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Gaya gravitasi yang menarik benda-benda ke bumi adalah kasus spesial Hukum Newton disebut gaya gravitasi. Dalam hal ini, konstanta gravitasi dan massa Bumi itu sendiri dapat diabaikan, sehingga rumus untuk menemukan gaya gravitasi akan terlihat seperti ini:

Di sini g tidak lebih dari sebuah percepatan yang nilai numeriknya kira-kira sama dengan 9,8 m/s2.

Hukum Newton menjelaskan tidak hanya proses yang terjadi secara langsung di Bumi, tetapi juga memberikan jawaban atas banyak pertanyaan terkait struktur seluruh tata surya. Secara khusus, gaya gravitasi universal antara memiliki pengaruh yang menentukan pada gerakan planet-planet dalam orbitnya. Deskripsi teoretis gerakan ini diberikan oleh Kepler, tetapi pembenarannya menjadi mungkin hanya setelah Newton merumuskan hukumnya yang terkenal.

Newton sendiri menghubungkan fenomena gravitasi terestrial dan ekstraterestrial di contoh sederhana: ketika ditembakkan dari, itu tidak terbang lurus, tetapi di sepanjang lintasan arkuata. Pada saat yang sama, dengan peningkatan muatan bubuk mesiu dan massa nukleus, yang terakhir akan terbang lebih jauh dan lebih jauh. Akhirnya, dengan asumsi bahwa adalah mungkin untuk mendapatkan begitu banyak bubuk mesiu dan merancang senjata sedemikian rupa sehingga bola meriam akan terbang ke mana-mana. bola dunia, maka setelah melakukan gerakan ini, ia tidak akan berhenti, tetapi akan melanjutkan gerakan melingkar (ellipsoidal), berubah menjadi gerakan buatan.Akibatnya, gaya gravitasi universal adalah sama di alam baik di Bumi maupun di luar angkasa.