forze gravitazionali. Legge di gravità

Perché una pietra liberata dalle mani cade a terra? Perché è attratto dalla Terra, dirà ognuno di voi. Infatti il sasso cade sulla Terra con accelerazione caduta libera. Di conseguenza, una forza diretta verso la Terra agisce sulla pietra dal lato della Terra. Secondo la terza legge di Newton, la pietra agisce anche sulla Terra con lo stesso modulo di forza diretto verso la pietra. In altre parole, tra la Terra e la pietra agiscono forze di mutua attrazione.

Newton è stato il primo a indovinare, e poi a dimostrare rigorosamente, che la ragione che ha causato la caduta di una pietra sulla Terra, il movimento della Luna attorno alla Terra e dei pianeti attorno al Sole, è la stessa. Questa è la forza gravitazionale che agisce tra qualsiasi corpo dell'Universo. Ecco il corso del suo ragionamento dato nell'opera principale di Newton "I principi matematici della filosofia naturale":

“Un sasso lanciato orizzontalmente devierà sotto l'azione della gravità da un percorso rettilineo e, dopo aver descritto una traiettoria curva, cadrà infine sulla Terra. Se lo lanci a una velocità maggiore, cadrà ulteriormente” (Fig. 1).

Continuando queste argomentazioni, Newton giunge alla conclusione che se non fosse per la resistenza dell'aria, allora la traiettoria di un sasso lanciato da alta montagna con una certa velocità, potrebbe diventare tale da non raggiungere mai la superficie della Terra, ma muoversi attorno ad essa "proprio come i pianeti descrivono le loro orbite nello spazio celeste".

Ora siamo così abituati al movimento dei satelliti intorno alla Terra che non c'è bisogno di spiegare l'idea di Newton in modo più dettagliato.

Quindi, secondo Newton, anche il movimento della Luna attorno alla Terra o dei pianeti attorno al Sole è una caduta libera, ma solo una caduta che dura senza fermarsi per miliardi di anni. Il motivo di tale "caduta" (sia che si parli davvero della caduta di una normale pietra sulla Terra o del movimento dei pianeti nelle loro orbite) è la forza gravità. Da cosa dipende questa forza?

La dipendenza della forza di gravità dalla massa dei corpi

Galileo ha dimostrato che durante la caduta libera, la Terra informa tutti i corpi dentro questo posto la stessa accelerazione indipendentemente dalla loro massa. Ma l'accelerazione, secondo la seconda legge di Newton, è inversamente proporzionale alla massa. Come si spiega che l'accelerazione impartita a un corpo dalla gravità terrestre è la stessa per tutti i corpi? Ciò è possibile solo se la forza di attrazione verso la Terra è direttamente proporzionale alla massa del corpo. In questo caso, un aumento della massa m, ad esempio, di un fattore due comporterà un aumento del modulo di forza Fè anche raddoppiato e l'accelerazione, che è uguale a \(a = \frac (F)(m)\), rimarrà invariata. Generalizzando questa conclusione per le forze di gravità tra qualsiasi corpo, concludiamo che la forza di gravitazione universale è direttamente proporzionale alla massa del corpo su cui questa forza agisce.

Ma almeno due corpi partecipano all'attrazione reciproca. Ciascuno di essi, secondo la terza legge di Newton, è soggetto allo stesso modulo di forze gravitazionali. Pertanto, ciascuna di queste forze deve essere proporzionale sia alla massa di un corpo che alla massa dell'altro corpo. Pertanto, la forza di gravitazione universale tra due corpi è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse:

\(F \sim m_1 \cpunto m_2\)

La dipendenza della forza di gravità dalla distanza tra i corpi

È noto per esperienza che l'accelerazione di caduta libera è di 9,8 m/s 2 ed è la stessa per i corpi che cadono da un'altezza di 1, 10 e 100 m, cioè non dipende dalla distanza tra il corpo e la terra. Questo sembra significare che la forza non dipende dalla distanza. Ma Newton credeva che le distanze dovessero essere misurate non dalla superficie, ma dal centro della Terra. Ma il raggio della Terra è di 6400 km. È chiaro che diverse decine, centinaia o addirittura migliaia di metri sopra la superficie terrestre non possono modificare in modo evidente il valore dell'accelerazione di caduta libera.

Per scoprire come la distanza tra i corpi influisca sulla forza della loro mutua attrazione, sarebbe necessario scoprire qual è l'accelerazione di corpi lontani dalla Terra a distanze sufficientemente grandi. Tuttavia, è difficile osservare e studiare la caduta libera di un corpo da un'altezza di migliaia di chilometri sopra la Terra. Ma la natura stessa è venuta qui in soccorso e ha permesso di determinare l'accelerazione di un corpo che si muove in cerchio attorno alla Terra e quindi in possesso di un'accelerazione centripeta, causata, ovviamente, dalla stessa forza di attrazione verso la Terra. Un tale corpo è il satellite naturale della Terra: la Luna. Se la forza di attrazione tra la Terra e la Luna non dipendesse dalla distanza tra loro, allora accelerazione centripeta della luna sarebbe la stessa dell'accelerazione di un corpo in caduta libera vicino alla superficie della terra. In realtà, l'accelerazione centripeta della Luna è di 0,0027 m/s 2 .

Dimostriamolo. La rivoluzione della Luna intorno alla Terra avviene sotto l'influenza della forza gravitazionale tra di loro. Approssimativamente, l'orbita della Luna può essere considerata un cerchio. Pertanto, la Terra impartisce accelerazione centripeta alla Luna. Si calcola con la formula \(a = \frac (4 \pi^2 \cdot R)(T^2)\), dove R- il raggio dell'orbita lunare, pari a circa 60 raggi della Terra, T≈ 27 giorni 7 h 43 min ≈ 2,4∙10 6 s è il periodo della rivoluzione della Luna attorno alla Terra. Dato che il raggio della terra R h ≈ 6.4∙10 6 m, otteniamo che l'accelerazione centripeta della Luna è uguale a:

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

Il valore trovato di accelerazione è inferiore all'accelerazione di caduta libera di corpi vicino alla superficie terrestre (9,8 m/s 2) di circa 3600 = 60 2 volte.

Pertanto, un aumento della distanza tra il corpo e la Terra di 60 volte ha portato a una diminuzione dell'accelerazione impartita dalla gravità terrestre e, di conseguenza, della forza di gravità stessa, di 60 2 volte.

Quindi segue conclusione importante: l'accelerazione impartita ai corpi dalla forza di gravità verso la terra diminuisce in proporzione inversa al quadrato della distanza dal centro della terra

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

Legge di gravità

Nel 1667 Newton formulò finalmente la legge di gravitazione universale:

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

La forza di attrazione reciproca di due corpi è direttamente proporzionale al prodotto delle masse di questi corpi e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

Fattore di proporzionalità G chiamata costante gravitazionale.

Legge di gravità vale solo per corpi le cui dimensioni sono trascurabilmente piccole rispetto alla distanza tra loro. In altre parole, è giusto per punti materiali. In questo caso, le forze di interazione gravitazionale sono dirette lungo la linea che collega questi punti (Fig. 2). Tali forze sono dette centrali.

Per trovare la forza gravitazionale che agisce su un dato corpo dal lato di un altro, nel caso in cui non si possa trascurare la dimensione dei corpi, procedere come segue. Entrambi i corpi sono mentalmente divisi in elementi così piccoli che ognuno di essi può essere considerato un punto. Sommando le forze gravitazionali agenti su ciascun elemento di un dato corpo da tutti gli elementi di un altro corpo, otteniamo la forza agente su questo elemento (Fig. 3). Dopo aver eseguito tale operazione per ogni elemento di un dato corpo e sommando le forze risultanti, trovano la forza gravitazionale totale che agisce su questo corpo. Questo compito è difficile.

C'è, tuttavia, un caso praticamente importante in cui la formula (1) è applicabile a corpi estesi. Si può dimostrare che i corpi sferici, la cui densità dipende solo dalle distanze dai loro centri, a distanze tra loro maggiori della somma dei loro raggi, si attraggono con forze i cui moduli sono determinati dalla formula (1). In questo caso Rè la distanza tra i centri delle palle.

E infine, poiché le dimensioni dei corpi che cadono sulla Terra sono molte taglie più piccole Terra, allora questi corpi possono essere considerati come corpi puntiformi. Poi sotto R nella formula (1) si dovrebbe comprendere la distanza da un dato corpo al centro della Terra.

Tra tutti i corpi ci sono forze di mutua attrazione, che dipendono dai corpi stessi (le loro masse) e dalla distanza tra loro.

Il significato fisico della costante gravitazionale

Dalla formula (1) troviamo

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

Ne consegue che se la distanza tra i corpi è numericamente uguale a uno ( R= 1 m) e anche le masse dei corpi interagenti sono uguali all'unità ( m 1 = m 2 = 1 kg), allora la costante gravitazionale è numericamente uguale al modulo di forza F. Così ( significato fisico ),

la costante gravitazionale è numericamente uguale al modulo della forza gravitazionale agente su un corpo di massa 1 kg da un altro corpo di stessa massa con distanza tra i corpi pari a 1 m.

In SI, la costante gravitazionale è espressa come

Esperienza Cavendish

Il valore della costante gravitazionale G può essere trovato solo empiricamente. Per fare ciò, è necessario misurare il modulo della forza gravitazionale F, agendo sulla massa corporea m 1 peso corporeo laterale m 2 ad una distanza nota R tra corpi.

Le prime misurazioni della costante gravitazionale furono effettuate a metà del 18° secolo. Stimare, anche se molto approssimativamente, il valore G in quel momento riuscì a considerare l'attrazione del pendolo sulla montagna, la cui massa era determinata con metodi geologici.

Misurazioni accurate della costante gravitazionale furono effettuate per la prima volta nel 1798 dal fisico inglese G. Cavendish utilizzando un dispositivo chiamato bilancia di torsione. Schematicamente, l'equilibrio di torsione è mostrato nella Figura 4.

Cavendish ha fissato due palline di piombo (5 cm di diametro e del peso). m 1 = 775 g ciascuno) alle estremità opposte di un'asta di due metri. L'asta era sospesa su un filo sottile. Per questo filo, sono state preliminarmente determinate le forze elastiche che si generano in esso durante la torsione attraverso vari angoli. Due grandi sfere di piombo (20 cm di diametro e del peso m 2 = 49,5 kg) potrebbe essere avvicinato a palline. Le forze attrattive delle palline grandi costringevano le palline piccole a muoversi verso di esse, mentre il filo teso si attorcigliava leggermente. Il grado di torsione era una misura della forza che agisce tra le sfere. L'angolo di torsione del filo (o la rotazione dell'asta con palline) si è rivelato così piccolo da dover essere misurato utilizzando un tubo ottico. Il risultato ottenuto da Cavendish è solo dell'1% diverso dal valore della costante gravitazionale accettata oggi:

G ≈ 6,67∙10 -11 (N∙m 2) / kg 2

Pertanto, le forze di attrazione di due corpi del peso di 1 kg ciascuno, posti a una distanza di 1 m l'uno dall'altro, sono solo 6,67∙10 -11 N in moduli.Questa è una forza molto piccola. Solo nel caso in cui interagiscono corpi di massa enorme (o almeno la massa di uno dei corpi è grande), la forza gravitazionale diventa grande. Ad esempio, la Terra attira la Luna con forza F≈ 2∙10 20 N.

Le forze gravitazionali sono le "più deboli" di tutte le forze della natura. Ciò è dovuto al fatto che la costante gravitazionale è piccola. Ma con grandi masse di corpi cosmici, le forze di gravitazione universale diventano molto grandi. Queste forze mantengono tutti i pianeti vicini al Sole.

Il significato della legge di gravità

La legge di gravitazione universale è alla base della meccanica celeste, la scienza del moto planetario. Con l'aiuto di questa legge si determinano con grande precisione le posizioni dei corpi celesti nel firmamento per molti decenni a venire e si calcolano le loro traiettorie. La legge di gravitazione universale viene applicata anche nei calcoli del movimento satelliti artificiali Veicoli automatici terrestri e interplanetari.

Disturbi nel moto dei pianeti. I pianeti non si muovono rigorosamente secondo le leggi di Keplero. Le leggi di Keplero sarebbero rigorosamente osservate per il movimento di un dato pianeta solo se questo pianeta da solo ruotasse attorno al Sole. Ma ci sono molti pianeti nel sistema solare, tutti sono attratti dal Sole e l'uno dall'altro. Pertanto, ci sono disturbi nel movimento dei pianeti. Nel sistema solare, le perturbazioni sono piccole, perché l'attrazione del pianeta da parte del Sole è molto più forte dell'attrazione di altri pianeti. Quando si calcola la posizione apparente dei pianeti, devono essere prese in considerazione le perturbazioni. Quando lanciano corpi celesti artificiali e calcolano le loro traiettorie, usano una teoria approssimativa del movimento dei corpi celesti: la teoria delle perturbazioni.

Scoperta di Nettuno. Uno degli esempi più chiari del trionfo della legge di gravitazione universale è la scoperta del pianeta Nettuno. Nel 1781, l'astronomo inglese William Herschel scoprì il pianeta Urano. La sua orbita è stata calcolata e una tabella delle posizioni di questo pianeta è stata compilata per molti anni a venire. Tuttavia, un controllo di questa tabella, effettuato nel 1840, ha mostrato che i suoi dati differiscono dalla realtà.

Gli scienziati hanno suggerito che la deviazione nel movimento di Urano sia causata dall'attrazione di un pianeta sconosciuto, situato ancora più lontano dal Sole di Urano. Conoscendo le deviazioni dalla traiettoria calcolata (disturbi nel movimento di Urano), l'inglese Adams e il francese Leverrier, utilizzando la legge di gravitazione universale, calcolarono la posizione di questo pianeta nel cielo. Adams ha completato i calcoli in precedenza, ma gli osservatori a cui ha riferito i suoi risultati non avevano fretta di verificare. Intanto Leverrier, completati i suoi calcoli, indicò all'astronomo tedesco Halle il luogo dove cercare un pianeta sconosciuto. La prima sera, il 28 settembre 1846, Halle, puntando il telescopio verso luogo specificato, scoperto nuovo pianeta. L'hanno chiamata Nettuno.

Allo stesso modo, il 14 marzo 1930, fu scoperto il pianeta Plutone. Si dice che entrambe le scoperte siano state fatte "con la punta di una penna".

Usando la legge di gravitazione universale, puoi calcolare la massa dei pianeti e dei loro satelliti; spiegare fenomeni come il flusso e riflusso dell'acqua negli oceani e molto altro.

Le forze di gravitazione universale sono le più universali di tutte le forze della natura. Agiscono tra tutti i corpi che hanno massa e tutti i corpi hanno massa. Non ci sono barriere alle forze di gravità. Agiscono attraverso qualsiasi corpo.

Letteratura

Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fisica: proc. per 9 celle. media scuola - M.: Illuminismo, 1992. - 191 p.
Fisica: meccanica. Grado 10: Proc. per approfondimenti di fisica / M.M. Balashov, AI Gomonova, AB Dolitsky e altri; ed. G.Ya. Myakishev. – M.: Otarda, 2002. – 496 p.

Con quale legge mi impiccherai?
- E impicchiamo tutti secondo una legge: la legge di gravitazione universale.

Legge di gravità

Il fenomeno della gravità è la legge di gravitazione universale. Due corpi agiscono l'uno sull'altro con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro e direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse.

Matematicamente, possiamo esprimere questa grande legge con la formula

La gravità agisce su vaste distanze nell'universo. Ma Newton ha sostenuto che tutti gli oggetti sono reciprocamente attratti. È vero che due oggetti qualsiasi si attraggono? Immagina, è noto che la Terra ti attrae seduto su una sedia. Ma hai mai pensato al fatto che un computer e un mouse si attraggono? O matita e penna sul tavolo? In questo caso, sostituiamo nella formula la massa della penna, la massa della matita, la dividiamo per il quadrato della distanza tra loro, tenendo conto della costante gravitazionale, otteniamo la forza della loro reciproca attrazione. Ma uscirà così piccolo (a causa delle piccole masse della penna e della matita) che non ne sentiamo la presenza. Un'altra cosa è quando noi stiamo parlando della Terra e della sedia, o del Sole e della Terra. Le masse sono significative, il che significa che possiamo già valutare l'effetto della forza.

Pensiamo all'accelerazione di caduta libera. Questo è il funzionamento della legge di attrazione. Sotto l'azione di una forza, il corpo cambia velocità più lentamente, maggiore è la massa. Di conseguenza, tutti i corpi cadono sulla Terra con la stessa accelerazione.

Qual è la causa di questo potere unico invisibile? Ad oggi, l'esistenza di un campo gravitazionale è nota e provata. Puoi saperne di più sulla natura del campo gravitazionale nel materiale aggiuntivo sull'argomento.

Pensa a cos'è la gravità. Da dove viene? Cosa rappresenta? Dopotutto, non può essere che il pianeta guardi il Sole, veda quanto è lontano, calcoli l'inverso del quadrato della distanza secondo questa legge?

Direzione di gravità

Ci sono due corpi, diciamo il corpo A e B. Il corpo A attrae il corpo B. La forza con cui il corpo A agisce inizia sul corpo B ed è diretta verso il corpo A. Cioè esso "prende" il corpo B e lo tira verso di sé . Il corpo B "fa" la stessa cosa con il corpo A.

Ogni corpo è attratto dalla Terra. La terra "prende" il corpo e lo tira verso il suo centro. Pertanto, questa forza sarà sempre diretta verticalmente verso il basso e viene applicata dal baricentro del corpo, si chiama gravità.

La cosa principale da ricordare

Alcuni metodi di esplorazione geologica, previsione delle maree e, più recentemente, il calcolo del movimento di satelliti artificiali e stazioni interplanetarie. Calcolo anticipato della posizione dei pianeti.

Possiamo organizzare noi stessi un esperimento del genere e non indovinare se i pianeti, gli oggetti sono attratti?

Un'esperienza così diretta fatta Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - fisico e chimico inglese) utilizzando il dispositivo mostrato in figura. L'idea era quella di appendere un'asta con due palline su un filo di quarzo molto sottile e poi portare due grandi palline di piombo a lato di esse. L'attrazione delle palline torcerà leggermente il filo, leggermente, perché le forze di attrazione tra oggetti ordinari sono molto deboli. Con l'aiuto di un tale strumento, Cavendish è stato in grado di misurare direttamente la forza, la distanza e la grandezza di entrambe le masse e, quindi, determinare costante gravitazionale G.

La scoperta unica della costante gravitazionale G, che caratterizza il campo gravitazionale nello spazio, ha permesso di determinare la massa della Terra, del Sole e di altri corpi celesti. Pertanto, Cavendish ha chiamato la sua esperienza "pesare la Terra".

È interessante notare che le varie leggi della fisica ne hanno alcune caratteristiche comuni. Passiamo alle leggi dell'elettricità (forza di Coulomb). Anche le forze elettriche sono inversamente proporzionali al quadrato della distanza, ma già tra le cariche, e involontariamente sorge il pensiero che questo schema abbia un significato profondo. Finora, nessuno è stato in grado di presentare gravità ed elettricità come due diverse manifestazioni della stessa essenza.

La forza qui varia anche inversamente al quadrato della distanza, ma la differenza nell'entità delle forze elettriche e delle forze gravitazionali è sorprendente. Tentativo di installazione natura comune gravità ed elettricità, troviamo una tale superiorità delle forze elettriche rispetto alle forze gravitazionali che è difficile credere che entrambe abbiano la stessa fonte. Come si può dire che uno è più forte dell'altro? Dopotutto, tutto dipende da qual è la massa e qual è la carica. Discutendo su come agisce la forza di gravità, non hai il diritto di dire: "Prendiamo una massa di tale dimensione", perché la scegli tu stesso. Ma se prendiamo ciò che la Natura stessa ci offre (lei autovalori e misure che non hanno nulla a che fare con i nostri pollici, anni, le nostre misure), quindi possiamo confrontare. Prenderemo una particella carica elementare, come ad esempio un elettrone. Due particelle elementari, due elettroni, a causa di carica elettrica si respingono con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro, e per gravità si attraggono di nuovo con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Domanda: Qual è il rapporto tra la forza gravitazionale e la forza elettrica? La gravitazione è correlata alla repulsione elettrica come uno è a un numero con 42 zeri. Questo è profondamente sconcertante. Da dove potrebbe venire un numero così grande?

Le persone cercano questo enorme fattore in altri fenomeni naturali. Ne passano di tutti i tipi grandi numeri e se hai bisogno gran numero perché non prendere, diciamo, il rapporto tra il diametro dell'Universo e il diametro di un protone - sorprendentemente, anche questo è un numero con 42 zeri. E dicono: forse questo coefficiente è uguale al rapporto tra il diametro del protone e il diametro dell'universo? Questo è un pensiero interessante, ma man mano che l'universo si espande, anche la costante di gravità deve cambiare. Sebbene questa ipotesi non sia stata ancora confutata, non abbiamo alcuna prova a suo favore. Al contrario, alcune prove suggeriscono che la costante di gravità non è cambiata in questo modo. Questo numero enorme rimane un mistero fino ad oggi.

Einstein dovette modificare le leggi di gravità secondo i principi della relatività. Il primo di questi principi dice che la distanza x non può essere superata istantaneamente, mentre secondo la teoria di Newton le forze agiscono istantaneamente. Einstein dovette cambiare le leggi di Newton. Questi cambiamenti, perfezionamenti sono molto piccoli. Uno di questi è questo: poiché la luce ha energia, l'energia è equivalente alla massa, e tutte le masse si attraggono, anche la luce attrae e, quindi, passando accanto al Sole, deve essere deviata. Questo è come accade effettivamente. Anche la forza di gravità è leggermente modificata nella teoria di Einstein. Ma questo leggerissimo cambiamento nella legge di gravità è appena sufficiente per spiegare alcune delle apparenti irregolarità nel movimento di Mercurio.

I fenomeni fisici nel microcosmo sono soggetti a leggi diverse dai fenomeni nel mondo su larga scala. Sorge la domanda: come si manifesta la gravità in un mondo di piccole scale? La teoria quantistica della gravità risponderà. Ma non esiste ancora una teoria quantistica della gravità. Le persone non hanno ancora avuto molto successo nel creare una teoria della gravità che sia pienamente coerente con i principi della meccanica quantistica e con il principio di indeterminazione.

La forza gravitazionale è la forza con cui gli oggetti di una certa massa vengono attratti l'uno dall'altro, situati a una certa distanza l'uno dall'altro.

Lo scienziato inglese Isaac Newton nel 1867 scoprì la legge di gravitazione universale. Questa è una delle leggi fondamentali della meccanica. L'essenza di questa legge è la seguente:due particelle materiali qualsiasi sono attratte l'una dall'altra con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

La forza di attrazione è la prima forza che una persona ha sentito. Questa è la forza con cui la Terra agisce su tutti i corpi che si trovano sulla sua superficie. E ogni persona sente questa forza come il proprio peso.

Legge di gravità

C'è una leggenda secondo cui Newton scoprì la legge di gravitazione universale quasi per caso, passeggiando la sera nel giardino dei suoi genitori. Persone creative sono costantemente alla ricerca scoperte scientifiche- questa non è un'intuizione istantanea, ma il frutto di un lungo lavoro mentale. Seduto sotto un melo, Newton stava pensando a un'altra idea e all'improvviso una mela gli cadde in testa. Per Newton era chiaro che la mela fosse caduta a causa della gravità terrestre. “Ma perché la luna non cade sulla Terra? pensò. "Significa che qualche altra forza agisce su di esso, mantenendolo in orbita." Ecco come il famoso legge di gravità.

Gli scienziati che avevano precedentemente studiato la rotazione dei corpi celesti lo credevano corpi celestiali obbedire a leggi completamente diverse. Cioè, si presumeva che ci fossero leggi di attrazione completamente diverse sulla superficie della Terra e nello spazio.

Newton ha combinato questi presunti tipi di gravità. Analizzando le leggi di Keplero che descrivono il moto dei pianeti, giunse alla conclusione che la forza di attrazione sorge tra qualsiasi corpo. Cioè, sia la mela caduta nel giardino che i pianeti nello spazio sono influenzati da forze che obbediscono alla stessa legge: la legge di gravitazione universale.

Newton ha scoperto che le leggi di Keplero funzionano solo se c'è una forza di attrazione tra i pianeti. E questa forza è direttamente proporzionale alle masse dei pianeti e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.

La forza di attrazione è calcolata dalla formula F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 è la massa del primo corpo;

m2è la massa del secondo corpo;

r è la distanza tra i corpi;

G è il coefficiente di proporzionalità, che viene chiamato costante gravitazionale o costante gravitazionale.

Il suo valore è stato determinato sperimentalmente. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Se due punti materiali di massa uguale all'unità di massa, sono distanti, uguale a uno distanza, sono attratti da una forza uguale a G.

Le forze di attrazione sono le forze gravitazionali. Sono anche chiamati gravità. Sono soggetti alla legge di gravitazione universale e compaiono ovunque, poiché tutti i corpi hanno massa.

Gravità

La forza gravitazionale vicino alla superficie terrestre è la forza con cui tutti i corpi sono attratti dalla Terra. La chiamano gravità. È considerato costante se la distanza del corpo dalla superficie terrestre è piccola rispetto al raggio della Terra.

Poiché la gravità, che è la forza gravitazionale, dipende dalla massa e dal raggio del pianeta, sarà diversa su pianeti diversi. Poiché il raggio della Luna è inferiore al raggio della Terra, la forza di attrazione sulla Luna è inferiore di 6 volte rispetto alla Terra. E su Giove, al contrario, la gravità è 2,4 volte maggiore della gravità sulla Terra. Ma il peso corporeo rimane costante, indipendentemente da dove viene misurato.

Molte persone confondono il significato di peso e gravità, credendo che la gravità sia sempre uguale al peso. Ma non lo è.

La forza con cui il corpo preme sul supporto o allunga la sospensione, questo è il peso. Se il supporto o la sospensione vengono rimossi, il corpo inizierà a cadere con l'accelerazione della caduta libera sotto l'azione della gravità. La forza di gravità è proporzionale alla massa del corpo. Si calcola secondo la formulaF= m g , dove m- massa corporea, g- accelerazione di gravità.

Il peso corporeo può cambiare e talvolta scomparire del tutto. Immagina di essere in un ascensore all'ultimo piano. L'ascensore vale la pena. In questo momento, il nostro peso P e la forza di gravità F, con la quale la Terra ci trascina, sono uguali. Ma non appena l'ascensore iniziò a scendere con accelerazione un , peso e gravità non sono più uguali. Secondo la seconda legge di Newtonmg+ P = ma. P \u003d m g -ma.

Dalla formula si può vedere che il nostro peso è diminuito man mano che ci siamo spostati verso il basso.

Nel momento in cui l'ascensore ha preso velocità e ha iniziato a muoversi senza accelerazione, il nostro peso è tornato uguale a forza gravità. E quando l'ascensore ha cominciato a rallentare il suo movimento, l'accelerazione unè diventato negativo e il peso è aumentato. C'è un sovraccarico.

E se il corpo si abbassa con l'accelerazione della caduta libera, il peso diventerà completamente uguale a zero.

In un=g R=mg-ma= mg - mg=0

Questo è uno stato di assenza di gravità.

Quindi, senza eccezioni, tutti i corpi materiali nell'Universo obbediscono alla legge di gravitazione universale. E i pianeti intorno al Sole e tutti i corpi che si trovano vicino alla superficie della Terra.

Assolutamente tutti i corpi nell'Universo sono influenzati da una forza magica che in qualche modo li attrae sulla Terra (più precisamente, nel suo nucleo). Non c'è nessun posto dove scappare, nessun posto dove nascondersi dalla gravità magica onnicomprensiva: il nostro pianeta sistema solare sono attratti non solo dall'enorme Sole, ma anche l'uno dall'altro, anche tutti gli oggetti, le molecole e gli atomi più piccoli sono reciprocamente attratti. noto anche ai bambini piccoli, avendo dedicato la sua vita allo studio di questo fenomeno, stabilì una delle più grandi leggi: la legge di gravitazione universale.

Cos'è la gravità?

La definizione e la formula sono note da tempo a molti. Ricordiamo che la forza di gravità è una certa quantità, una delle manifestazioni naturali della gravitazione universale, ovvero: la forza con cui ogni corpo è invariabilmente attratto dalla Terra.

La forza di gravità è indicata Lettera latina F pesante

Gravità: formula

Come calcolare diretto a un determinato corpo? Quali altre quantità devi sapere per fare questo? La formula per calcolare la gravità è abbastanza semplice, è studiata in 7a elementare scuola media, all'inizio del corso di fisica. Per non solo apprenderlo, ma anche comprenderlo, bisogna partire dal fatto che la forza di gravità, agendo invariabilmente su un corpo, è direttamente proporzionale al suo valore quantitativo (massa).

L'unità di gravità prende il nome dal grande scienziato Newton.

È sempre diretto rigorosamente verso il centro del nucleo terrestre, a causa della sua influenza tutti i corpi cadono con un'accelerazione uniforme. I fenomeni di gravità in Vita di ogni giorno Osserviamo ovunque e costantemente:

oggetti, accidentalmente o appositamente liberati dalle mani, cadono necessariamente a terra (o su qualsiasi superficie che ne impedisca la caduta libera);
un satellite lanciato nello spazio non vola via dal nostro pianeta per una distanza indefinita perpendicolarmente verso l'alto, ma rimane in orbita;
tutti i fiumi scorrono dalle montagne e non possono essere invertiti;
capita che una persona cada e si ferisca;
le particelle di polvere più piccole si depositano su tutte le superfici;
l'aria è concentrata sulla superficie terrestre;
borse difficili da trasportare;
la pioggia cade dalle nuvole e dalle nuvole, cade la neve, la grandine.

Insieme al concetto di "gravità", viene utilizzato il termine "peso corporeo". Se il corpo è posizionato su una superficie piana orizzontale, il suo peso e la sua gravità sono numericamente uguali, quindi questi due concetti vengono spesso sostituiti, il che non è affatto corretto.

Accelerazione di gravità

Il concetto di "accelerazione di caduta libera" (in altre parole, è associato al termine "gravità". La formula mostra: per calcolare la forza di gravità, è necessario moltiplicare la massa per g (accelerazione di St. p .).

"g" = 9,8 N/kg, questo è un valore costante. Tuttavia, di più misurazioni accurate mostrano che a causa della rotazione della Terra, il valore dell'accelerazione di St. p.non è lo stesso e dipende dalla latitudine: al Polo Nord è = 9,832 N / kg, e all'equatore afoso = 9,78 N / kg. Si scopre, dentro luoghi differenti pianeti su corpi di uguale massa, viene diretta una diversa forza di gravità (la formula mg rimane ancora invariata). Per i calcoli pratici, si è deciso di tenere conto di piccoli errori in questo valore e di utilizzare il valore medio di 9,8 N/kg.

La proporzionalità di una quantità come la gravità (la formula lo dimostra) consente di misurare il peso di un oggetto con un dinamometro (simile alla normale attività domestica). Si prega di notare che il dispositivo mostra solo la forza, poiché per determinare peso esatto l'organismo deve conoscere il valore regionale di "g".

La gravità agisce a qualsiasi distanza (sia vicina che lontana) dal centro della terra? Newton ipotizzò che agisse sul corpo anche a notevole distanza dalla Terra, ma il suo valore decresce inversamente al quadrato della distanza dall'oggetto al nucleo terrestre.

Gravità nel sistema solare

C'è una definizione e una formula per quanto riguarda altri pianeti mantengono la loro rilevanza. Con una sola differenza nel significato di "g":

sulla Luna = 1,62 N/kg (sei volte meno che sulla Terra);
su Nettuno = 13,5 N/kg (quasi una volta e mezzo in più che sulla Terra);
su Marte = 3,73 N/kg (più di due volte e mezzo meno che sul nostro pianeta);
su Saturno = 10,44 N/kg;
su Mercurio = 3,7 N/kg;
su Venere = 8,8 N/kg;
su Urano = 9,8 N/kg (praticamente uguale al nostro);
su Giove = 24 N/kg (quasi due volte e mezzo superiore).

XVI - XVII secoli, molti giustamente chiamano in esso uno dei periodi più gloriosi.Fu in questo periodo che furono in gran parte gettate le fondamenta, senza le quali ulteriori sviluppi questa scienza sarebbe semplicemente impensabile. Copernico, Galileo, Keplero hanno fatto un ottimo lavoro per dichiarare la fisica una scienza in grado di rispondere a quasi tutte le domande. In tutta una serie di scoperte si distingue la legge di gravitazione universale, la cui formulazione finale appartiene allo straordinario scienziato inglese Isaac Newton.

Il significato principale del lavoro di questo scienziato non è stato nella sua scoperta della forza di gravitazione universale: sia Galileo che Keplero hanno parlato della presenza di questa quantità anche prima di Newton, ma nel fatto che è stato il primo a dimostrare che entrambi su Terra e dentro spazio agiscono le stesse forze di interazione tra i corpi.

Newton in pratica ha confermato e teoricamente sostanziato il fatto che assolutamente tutti i corpi dell'Universo, compresi quelli situati sulla Terra, interagiscono tra loro. Questa interazione è chiamata gravitazionale, mentre lo stesso processo di gravitazione universale è chiamato gravità.
Questa interazione avviene tra i corpi perché esiste un tipo speciale di materia, a differenza di altri, che nella scienza è chiamato campo gravitazionale. Questo campo esiste e agisce attorno a qualsiasi oggetto, mentre non c'è protezione da esso, poiché ha una capacità senza precedenti di penetrare in qualsiasi materiale.

La forza di gravitazione universale, di cui ha dato la definizione e la formulazione, è direttamente dipendente dal prodotto delle masse dei corpi interagenti, e inversamente dal quadrato della distanza tra questi oggetti. Secondo Newton, inconfutabilmente confermato dalla ricerca pratica, la forza di gravitazione universale si trova con la seguente formula:

In esso, di particolare importanza appartiene la costante gravitazionale G, che è approssimativamente pari a 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

La forza gravitazionale con cui i corpi sono attratti dalla terra è caso speciale La legge di Newton è chiamata forza di gravità. In questo caso, la costante gravitazionale e la massa della Terra stessa possono essere trascurate, quindi la formula per trovare la forza di gravità sarà simile a questa:

Qui g non è altro che un'accelerazione il cui valore numerico è approssimativamente pari a 9,8 m/s2.

La legge di Newton non solo spiega i processi che avvengono direttamente sulla Terra, ma dà una risposta a molte domande relative alla struttura dell'intero sistema solare. In particolare, la forza di gravitazione universale interposta ha un'influenza decisiva sul moto dei pianeti nelle loro orbite. La descrizione teorica di questo movimento fu data da Keplero, ma la sua giustificazione divenne possibile solo dopo che Newton formulò la sua famosa legge.

Lo stesso Newton collegò i fenomeni di gravità terrestre ed extraterrestre semplice esempio: quando sparato non vola dritto, ma lungo una traiettoria arcuata. Allo stesso tempo, con l'aumento della carica della polvere da sparo e della massa del nucleo, quest'ultimo volerà sempre più lontano. Infine, supponendo che sia possibile ottenere così tanta polvere da sparo e progettare una tale pistola che la palla di cannone volerà in giro globo, quindi, fatto questo movimento, non si fermerà, ma continuerà il suo movimento circolare (ellissoidale), trasformandosi in uno artificiale, di conseguenza la forza gravitazionale universale è la stessa in natura sia sulla Terra che nello spazio.