Gravitācija: formula, definīcija. referat

Pilnīgi visus ķermeņus Visumā ietekmē maģisks spēks, kas tos kaut kādā veidā piesaista Zemei (precīzāk, tās kodolam). Nav kur aizbēgt, nav kur paslēpties no visaptverošās maģiskās gravitācijas: mūsu planēta Saules sistēma tiek piesaistīti ne tikai milzīgā Saule, bet arī viens otram, visi objekti, molekulas un mazākie atomi arī ir savstarpēji piesaistīti. zināms pat maziem bērniem, savu dzīvi veltījis šīs parādības izpētei, viņš iedibināja vienu no lielākajiem likumiem - universālās gravitācijas likumu.

Kas ir gravitācija?

Definīcija un formula jau sen ir zināmas daudziem. Atgādiniet, ka gravitācijas spēks ir noteikts daudzums, viena no universālās gravitācijas dabiskajām izpausmēm, proti: spēks, ar kādu jebkuru ķermeni vienmēr piesaista Zeme.

Smaguma spēks ir apzīmēts Latīņu burts F smags

Gravitācija: formula

Kā aprēķināt, kas vērsta uz noteiktu ķermeni? Kādi vēl daudzumi ir jāzina, lai to izdarītu? Smaguma aprēķināšanas formula ir diezgan vienkārša, to mācās 7. klasē vidusskola, fizikas kursa sākumā. Lai to ne tikai apgūtu, bet arī saprastu, ir jāvadās no tā, ka gravitācijas spēks, kas vienmēr iedarbojas uz ķermeni, ir tieši proporcionāls tā kvantitatīvajai vērtībai (masai).

Smaguma mērvienība ir nosaukta izcilā zinātnieka Ņūtona vārdā.

Tas vienmēr ir stingri vērsts uz zemes kodola centru, tā ietekmes dēļ visi ķermeņi krīt uz leju ar vienmērīgu paātrinājumu. Gravitācijas parādības iekšā Ikdiena Mēs novērojam visur un pastāvīgi:

• priekšmeti, kas nejauši vai īpaši izlaisti no rokām, noteikti nokrīt uz Zemi (vai uz jebkuru virsmu, kas novērš brīvu kritienu);
• kosmosā palaists satelīts neaizlido no mūsu planētas uz nenoteiktu attālumu perpendikulāri uz augšu, bet paliek orbītā;
• visas upes plūst no kalniem, un tās nevar apgriezt;
• gadās, ka cilvēks nokrīt un gūst traumas;
• mazākās putekļu daļiņas atrodas uz visām virsmām;
• gaiss ir koncentrēts uz zemes virsmas;
• grūti pārnēsājamas somas;
• lietus līst no mākoņiem un mākoņiem, snieg, krusa.

Kopā ar jēdzienu "smaguma spēks" tiek lietots termins "ķermeņa svars". Ja ķermenis ir novietots uz līdzenas horizontālas virsmas, tad tā svars un gravitācija ir skaitliski vienādi, tāpēc šie divi jēdzieni bieži tiek aizstāti, kas nebūt nav pareizi.

Smaguma paātrinājums

Jēdziens "paātrinājums Brīvais kritiens"(citiem vārdiem sakot, tas ir saistīts ar terminu" gravitācija. "Formula parāda: lai aprēķinātu gravitācijas spēku, jums ir jāreizina masa ar g (paātrinājums St. p.).

"g" = 9,8 N/kg, tā ir nemainīga vērtība. Taču precīzāki mērījumi liecina, ka Zemes rotācijas dēļ paātrinājuma vērtība St. lpp. nav vienāds un ir atkarīgs no platuma: Ziemeļpolā tas ir = 9,832 N / kg, bet pie tveicīgā ekvatora = 9,78 N / kg. Izrādās, iekšā dažādas vietas planētas uz ķermeņiem ar vienādu masu, tiek vērsts cits gravitācijas spēks (formula mg joprojām paliek nemainīga). Praktiskiem aprēķiniem tika nolemts pieļaut nelielas kļūdas šajā vērtībā un izmantot vidējo vērtību 9,8 N/kg.

Tāda daudzuma kā gravitācijas proporcionalitāte (to pierāda formula) ļauj izmērīt objekta svaru ar dinamometru (līdzīgi kā parastajā mājsaimniecības biznesā). Lūdzu, ņemiet vērā, ka ierīce parāda tikai spēku, jo, lai noteiktu precīzs svarsķermenim jāzina “g” reģionālā vērtība.

Vai gravitācija darbojas jebkurā (gan tuvu, gan tālu) attālumā no Zemes centra? Ņūtons izvirzīja hipotēzi, ka tas iedarbojas uz ķermeni pat ievērojamā attālumā no Zemes, bet tā vērtība samazinās apgriezti ar attāluma kvadrātu no objekta līdz Zemes kodolam.

Gravitācija Saules sistēmā

Vai pastāv definīcija un formula attiecībā uz citām planētām, saglabā savu nozīmi. Tikai ar vienu atšķirību "g" nozīmē:

• uz Mēness = 1,62 N/kg (sešas reizes mazāk nekā uz Zemes);
• uz Neptūna = 13,5 N/kg (gandrīz pusotru reizi augstāks nekā uz Zemes);
• uz Marsa = 3,73 N/kg (vairāk nekā divarpus reizes mazāk nekā uz mūsu planētas);
• uz Saturna = 10,44 N/kg;
• uz dzīvsudraba = 3,7 N/kg;
• uz Veneras = 8,8 N/kg;
• uz Urāna = 9,8 N/kg (praktiski tāds pats kā pie mums);
• uz Jupitera = 24 N/kg (gandrīz divarpus reizes lielāks).

Ne tikai visnoslēpumainākais dabas spēki bet arī visspēcīgākais.

Cilvēks ceļā uz progresu

Vēsturiski tā ir bijis Cilvēks virzoties uz priekšu progresa ceļi apguva arvien spēcīgākos dabas spēkus. Viņš sāka, kad viņam nebija nekas cits kā nūja dūrē un viņa paša fiziskais spēks.

Bet viņš bija gudrs un izmantoja dzīvnieku fizisko spēku, padarot tos mājīgus. Zirgs paātrināja skrējienu, kamielis padarīja tuksnesi izbraucamu, zilonis padarīja purvainos džungļus. Bet pat spēcīgāko dzīvnieku fiziskie spēki ir neizmērojami mazi, salīdzinot ar dabas spēkiem.

Pirmā persona pakļāva uguns elementu, bet tikai tās vājākajās versijās. Sākotnēji – daudzus gadsimtus – kā kurināmo viņš izmantoja tikai koksni – ļoti zemas enerģijas patēriņa veidu. Nedaudz vēlāk viņš iemācījās izmantot vēja enerģiju no šī enerģijas avota, vīrietis pacēla buras balto spārnu gaisā - un viegls kuģis kā putns lidoja pāri viļņiem.

Buru laiva uz viļņiem

Viņš uzstādīja asmeņus pret vēja brāzmām vējdzirnavas- un smagie dzirnakmeņu akmeņi vērpās, putraimu piestas grabēja. Taču visiem ir skaidrs, ka gaisa strūklu enerģija ne tuvu nav koncentrēta. Turklāt gan bura, gan vējdzirnavas baidījās no vēja pūtieniem: vētra saplēsa buras un nogremdēja kuģus, vētra salauza spārnus un apgāza dzirnavas.

Vēl vēlāk cilvēks sāka iekarot plūstošo ūdeni. Ritenis ir ne tikai primitīvākā no ierīcēm, kas spēj pārvērst ūdens enerģiju rotācijas kustībā, bet arī visnepiemērotākā salīdzinājumā ar dažādām ierīcēm.

Cilvēks gāja augšup pa progresa kāpnēm, un viņam vajadzēja visu lielos daudzumos enerģiju.
Viņš sāka izmantot jaunus degvielas veidus - jau pāreja uz ogļu dedzināšanu palielināja degvielas kilograma enerģijas intensitāti no 2500 kcal līdz 7000 kcal - gandrīz trīs reizes. Tad pienāca laiks naftai un gāzei. Atkal katra fosilā kurināmā kilograma enerģijas saturs palielinājās pusotru līdz divas reizes.

Pārmaiņai tvaika dzinēji ieradās tvaika turbīnas; dzirnavu riteņus nomainīja hidrauliskās turbīnas. Tad vīrietis pastiepa roku uz skaldāmā urāna atomu. Taču pirmajai jauna veida enerģijas izmantošanai bija traģiskas sekas – Hirosimas kodolliesma 1945. gadā dažu minūšu laikā sadedzināja 70 tūkstošus cilvēku siržu.

1954. gadā sāka darboties pasaulē pirmā padomju atomelektrostacija, pārvēršot urāna jaudu elektriskās strāvas starojuma jaudā. Un jāņem vērā, ka kilograms urāna satur divus miljonus reižu vairāk enerģijas nekā kilograms labākās naftas.

Tas bija fundamentāli jauna uguns, ko varētu saukt par fizisku, jo tieši fiziķi pētīja procesus, kas noveda pie tik pasakainiem enerģijas daudzumiem.
Urāns nav vienīgā kodoldegviela. Jau tagad tiek izmantots jaudīgāks degvielas veids - ūdeņraža izotopi.

Diemžēl cilvēks vēl nav spējis pakļaut ūdeņraža-hēlija kodolliesmu. Viņš zina, kā uz mirkli aizdedzināt savu visu degošo uguni, aizdedzinot reakciju ūdeņraža bumbā ar urāna sprādziena uzliesmojumu. Taču arvien tuvāk un tuvāk zinātnieki redz ūdeņraža reaktoru, kas dzemdēs elektrībaūdeņraža izotopu kodolu saplūšanas rezultātā hēlija kodolos.

Atkal enerģijas daudzums, ko cilvēks var uzņemt no katra degvielas kilograma, pieaugs gandrīz desmitkārtīgi. Bet vai šis solis būs pēdējais cilvēces varas pār dabas spēkiem nākamajā vēsturē?

Nē! Priekšā - enerģijas gravitācijas formas apgūšana. Daba to ir iepakojusi vēl piesardzīgāk nekā pat ūdeņraža un hēlija saplūšanas enerģija. Mūsdienās tas ir visvairāk koncentrētais enerģijas veids, par kuru cilvēks pat var nojaust.

Nekas tālāk par zinātnes līderiem vēl nav redzams. Un, lai gan mēs varam droši teikt, ka spēkstacijas darbosies cilvēka labā, pārstrādājot gravitācijas enerģiju elektriskā strāvā (vai varbūt gāzes strūklā, kas izlido no reaktīvā dzinēja sprauslas, vai plānotajā visuresošo silīcija un skābekļa atomu pārveidē ultrareto metālu atomos), mēs vēl nevaram neko teikt par šādas spēkstacijas detaļām ( raķešu dzinējs, fiziskais reaktors).

Universālās gravitācijas spēks galaktiku dzimšanas sākumā

Universālās gravitācijas spēks ir galaktiku dzimšanas pirmsākumi no pirmszvaigžņu matērijas, kā ir pārliecināts akadēmiķis V. A. Ambartsumjans. Tas nodzēš arī zvaigznes, kuras savu laiku ir iztērējušas, iztērējot tām piedzimstot atvēlēto zvaigžņu degvielu.

Jā, paskaties apkārt: visu uz Zemes lielākoties kontrolē šis spēks.

Tieši viņa nosaka mūsu planētas slāņaino struktūru - litosfēras, hidrosfēras un atmosfēras miju. Viņa tur biezs slānis gaisa gāzes, kuru apakšā un pateicoties kurām mēs visi pastāvam.

Ja nebūtu gravitācijas, Zeme nekavējoties izlauztos no orbītas ap Sauli, un pats globuss sabruktu, centrbēdzes spēku plosīts. Ir grūti atrast kaut ko tādu, kas vienā vai otrā pakāpē nebūtu atkarīgs no universālās gravitācijas spēka.

Protams, senie filozofi, ļoti vērīgi cilvēki, nevarēja nepamanīt, ka uz augšu uzmests akmens vienmēr atgriežas. Platons 4. gadsimtā pirms mūsu ēras to skaidroja ar to, ka visas Visuma vielas tiecas tur, kur koncentrējas lielākā daļa līdzīgo vielu: iemests akmens nokrīt zemē vai nokļūst dibenā, izlijis ūdens iesūcas tuvākajā dīķī vai upē, kas dodas uz jūru, uguns dūmi plūst pie saviem radniecīgajiem mākoņiem.

Platona skolnieks Aristotelis precizēja, ka visiem ķermeņiem piemīt īpašas smaguma un viegluma īpašības. Smagie ķermeņi - akmeņi, metāli - steidzas uz Visuma centru, gaisma - uguns, dūmi, tvaiki - uz perifēriju. Šī hipotēze, kas izskaidro dažas ar universālās gravitācijas spēku saistītās parādības, pastāv jau vairāk nekā 2 tūkstošus gadu.

Zinātnieki par gravitācijas spēku

Iespējams, pirmais, kas izvirzīja jautājumu par gravitācijas spēks patiešām zinātnisks, bija renesanses ģēnijs - Leonardo da Vinči. Leonardo sludināja, ka gravitācija ir raksturīga ne tikai Zemei, ka ir daudz smaguma centru. Un viņš arī ierosināja, ka gravitācijas spēks ir atkarīgs no attāluma līdz smaguma centram.

Kopernika, Galileja, Keplera, Roberta Huka darbi arvien tuvāk tuvināja universālās gravitācijas likuma ideju, taču galīgajā formulējumā šis likums uz visiem laikiem ir saistīts ar Īzaka Ņūtona vārdu.

Īzaks Ņūtons par gravitācijas spēku

Dzimis 1643. gada 4. janvārī. Viņš absolvēja Kembridžas universitāti, kļuva par bakalauru, pēc tam - par zinātņu maģistra grādu.

Īzaks Ņūtons

Viss turpmākais ir bezgalīgs zinātnisku darbu klāsts. Bet viņa galvenais darbs ir "Dabas filozofijas matemātiskie principi", kas publicēti 1687. gadā un parasti saukti vienkārši par "Sākumiem". Tieši tajos ir formulēts lielais. Droši vien visi viņu atceras no vidusskolas laikiem.

Visi ķermeņi tiek piesaistīti viens otram ar spēku, kas ir tieši proporcionāls šo ķermeņu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem ...

Dažus šī formulējuma nosacījumus varēja paredzēt Ņūtona priekšgājēji, taču tas vēl nevienam nav nodots pilnībā. Ņūtona ģēnijs bija vajadzīgs, lai šos fragmentus saliktu vienotā veselumā, lai Zemes pievilcību izplatītu uz Mēnesi, bet Saules – uz visu planētu sistēmu.

No universālās gravitācijas likuma Ņūtons atvasināja visus planētu kustības likumus, ko iepriekš atklāja Keplers. Tās vienkārši bija tā sekas. Turklāt Ņūtons parādīja, ka ne tikai Keplera likumi, bet arī novirzes no šiem likumiem (trīs vai vairāk ķermeņu pasaulē) ir universālās gravitācijas rezultāts... Tas bija liels zinātnes triumfs.

Likās, ka beidzot ir atklāts un matemātiski aprakstīts galvenais dabas spēks, kas kustina pasaules, spēks, kuram ir pakļautas gaisa, ābolu un Saules molekulas. Milzīgs, neizmērojami milzīgs bija Ņūtona solis.

Spoža zinātnieka darba pirmais popularizētājs, franču rakstnieks Fransuā Marī Aruē, pasaulē pazīstamais ar pseidonīmu Voltērs, stāstīja, ka Ņūtons, skatoties uz krītošu ābolu, pēkšņi uzminējis viņa vārdā nosaukta likuma eksistenci.

Pats Ņūtons nekad nepieminēja šo ābolu. Un diez vai šodien ir vērts tērēt laiku, lai to atspēkotu skaista leģenda. Un acīmredzot Ņūtons saprata dabas lielo spēku, izmantojot loģisku spriešanu. Visticamāk, tas tika iekļauts attiecīgajā "Sākumu" nodaļā.

Smaguma spēks ietekmē kodola lidojumu

Pieņemsim, ka ļoti augsts kalns, tik augstu, ka tā virsotne jau ir ārpus atmosfēras, uzstādījām milzu artilērijas gabalu. Tā stobru novietoja stingri paralēli zemeslodes virsmai un izšāva. Loka aprakstīšana serde nokrīt zemē.

Palielinām lādiņu, uzlabojam šaujampulvera kvalitāti, tā vai citādi liekam serdenim kustēties ar lielāku ātrumu pēc nākamā šāviena. Kodola aprakstītais loks kļūst plakanāks. Kodols nokrīt daudz tālāk no mūsu kalna pakājes.

Mēs arī palielinām lādiņu un šaujam. Kodols lido pa tik maigu trajektoriju, ka nolaižas paralēli zemeslodes virsmai. Kodols vairs nevar nokrist uz Zemi: ar tādu pašu ātrumu, kādā tas nokrīt, Zeme izkļūst no tās apakšas. Un, aprakstot gredzenu ap mūsu planētu, kodols atgriežas sākuma punktā.

Pa to laiku ieroci var noņemt. Galu galā kodola lidojums apkārt pasaulei prasīs vairāk nekā stundu. Un tad kodols ātri pārslīdēs pāri kalna virsotnei un dosies jaunā aplī ap Zemi. Kritums, ja, kā vienojāmies, kodols nepiedzīvos nekādu gaisa pretestību, tas nekad nevarēs.

Pamatātrumam šajā gadījumā jābūt tuvu 8 km/sek. Un ja jūs palielināt kodola lidojuma ātrumu? Vispirms tas lidos lokā, kas ir maigāks par zemes virsmas izliekumu, un sāks attālināties no Zemes. Tajā pašā laikā tā ātrums Zemes gravitācijas ietekmē samazināsies.

Un, visbeidzot, apgriežoties, tas sāks it kā krist atpakaļ uz Zemi, bet tas lidos tai garām un vairs nepabeigs apli, bet gan elipsi. Kodols pārvietosies ap Zemi tieši tāpat kā Zeme ap Sauli, proti, pa elipsi, kuras vienā no fokusiem atradīsies mūsu planētas centrs.

Ja mēs vēl vairāk palielināsim kodola sākotnējo ātrumu, elipse izrādīsies vairāk izstiepta. Šo elipsi ir iespējams izstiept tā, ka kodols sasniegs Mēness orbītu vai pat daudz tālāk. Bet, kamēr šī kodola sākotnējais ātrums nepārsniegs 11,2 km/s, tas paliks Zemes pavadonis.

Kodols, kas, izšaujot, saņēma ātrumu virs 11,2 km/s, uz visiem laikiem aizlidos no Zemes pa parabolisko trajektoriju. Ja elipse ir slēgta līkne, tad parabola ir līkne, kurai ir divi zari, kas virzās uz bezgalību. Virzoties pa elipsi, lai cik tā būtu iegarena, mēs neizbēgami sistemātiski atgriezīsimies sākuma punktā. Pārvietojoties pa parabolu, mēs nekad neatgriezīsimies sākuma punktā.

Bet, atstājot Zemi ar šādu ātrumu, kodols vēl nespēs lidot līdz bezgalībai. Spēcīgā Saules gravitācija salieks tās lidojuma trajektoriju, tuvu sev apkārt kā planētas trajektorija. Kodols kļūs par Zemes māsu, niecīgu planētu mūsu pašu planētu saimē.

Lai kodolu novirzītu ārpus planētu sistēmas, lai pārvarētu Saules pievilcību, tam jāpasaka ātrums, kas lielāks par 16,7 km/s, un jānovirza tā, lai šim ātrumam pievienotu pašas Zemes kustības ātrumu. .

Ātrumu aptuveni 8 km/s (šis ātrums ir atkarīgs no kalna augstuma, no kura šauj mūsu lielgabals) sauc par apļveida ātrumu, ātrumu no 8 līdz 11,2 km/s ir eliptiski, no 11,2 līdz 16,7 km/s ir paraboliski, un virs šī skaitļa - atbrīvojošie ātrumi.

Šeit jāpiebilst, ka norādītās šo ātrumu vērtības ir spēkā tikai Zemei. Ja mēs dzīvotu uz Marsa, apļveida ātrumu mums būtu daudz vieglāk sasniegt - tur tas ir tikai aptuveni 3,6 km/s, bet paraboliskais ātrums ir tikai nedaudz lielāks par 5 km/s.

No otras puses, kodolu nosūtīt kosmiskā lidojumā no Jupitera būtu daudz grūtāk nekā no Zemes: apļveida ātrums uz šīs planētas ir 42,2 km/s, bet paraboliskais ātrums ir pat 61,8 km/s!

Saules iemītniekiem visgrūtāk būtu pamest savu pasauli (ja, protams, tāda varētu pastāvēt). Šī milža apļveida ātrumam jābūt 437,6, bet atdalīšanas ātrumam - 618,8 km / s!

Tātad Ņūtons 17. gadsimta beigās, simts gadus pirms pirmā lidojuma, kas piepildīts ar siltu gaisu gaisa balons Brāļi Montgolfieri divsimt gadus pirms brāļu Raitu lidmašīnas pirmajiem lidojumiem un gandrīz ceturtdaļu tūkstošgades pirms pirmo šķidro raķešu pacelšanās norādīja ceļu uz debesīm satelītiem un kosmosa kuģiem.

Smaguma spēks ir raksturīgs katrai sfērai

Caur gravitācijas likums tika atklātas nezināmas planētas, tika radītas kosmogoniskās hipotēzes par Saules sistēmas izcelsmi. Ir atklāts un matemātiski aprakstīts galvenais dabas spēks, kas kontrolē zvaigznes, planētas, ābolus dārzā un gāzes molekulas atmosfērā.

Bet mēs nezinām universālās gravitācijas mehānismu. Ņūtona gravitācija neizskaidro, bet vizuāli attēlo pašreizējo planētu kustības stāvokli.

Mēs nezinām, kas izraisa visu Visuma ķermeņu mijiedarbību. Un nevar teikt, ka Ņūtonu šis iemesls neinteresēja. Daudzus gadus viņš domāja par tā iespējamo mehānismu.

Starp citu, tas patiešām ir ārkārtīgi noslēpumains spēks. Spēks, kas izpaužas caur simtiem miljonu kilometru kosmosa, no pirmā acu uzmetiena bez jebkādiem materiāliem veidojumiem, ar kuru palīdzību varētu izskaidrot mijiedarbības pārnesi.

Ņūtona hipotēzes

Un ņūtonsķērās pie hipotēze par noteikta ētera esamību, kas it kā piepilda visu Visumu. 1675. gadā viņš pievilcību Zemei skaidroja ar to, ka visu Visumu aizpildošais ēteris nepārtrauktās plūsmās steidzas uz Zemes centru, satverot visus šajā kustībā esošos objektus un radot gravitācijas spēku. Tā pati ētera plūsma steidzas uz Sauli un, velkot planētas, komētas, nodrošina to eliptiskās trajektorijas...

Tā nebija pārāk pārliecinoša, kaut arī absolūti matemātiski loģiska hipotēze. Bet tagad, 1679. gadā, Ņūtons radīja jaunu hipotēzi, kas izskaidro gravitācijas mehānismu. Šoreiz viņš apveltī ēteri ar īpašību, ka planētu tuvumā un tālu no tām ir atšķirīga koncentrācija. Jo tālāk no planētas centra, jo šķietami blīvāks ir ēteris. Un tai ir īpašība izspiest visus materiālos ķermeņus no blīvākajiem slāņiem mazāk blīvos. Un visi ķermeņi tiek izspiesti līdz Zemes virsmai.

1706. gadā Ņūtons asi noliedz ētera eksistenci. 1717. gadā viņš atkal atgriežas pie hipotēzes par ētera izspiešanu.

Ņūtona atjautīgās smadzenes cīnījās par lielā noslēpuma risinājumu un to neatrada. Tas izskaidro tik asu mešanu no vienas puses uz otru. Ņūtons mēdza teikt:

Es neizvirzu hipotēzes.

Un, lai gan, kā mēs tikai varējām pārbaudīt, tā nav pilnīga taisnība, mēs noteikti varam apgalvot ko citu: Ņūtons spēja skaidri atšķirt neapstrīdamas lietas no nestabilām un pretrunīgām hipotēzēm. Un Elementos ir lielā likuma formula, bet nav mēģināts izskaidrot tā mehānismu.
Lielais fiziķis novēlēja šo mīklu nākotnes cilvēkam. Viņš nomira 1727. gadā.
Tas nav atrisināts arī šodien.

Diskusija par Ņūtona likuma fizisko būtību ilga divus gadsimtus. Un varbūt šī diskusija neskartu pašu likuma būtību, ja viņš atbildētu tieši uz visiem viņam uzdotajiem jautājumiem.

Bet lieta ir tāda, ka laika gaitā izrādījās, ka šis likums nav universāls. Ka ir gadījumi, kad viņš nevar izskaidrot to vai citu parādību. Sniegsim piemērus.

Smaguma spēks Zīligera aprēķinos

Pirmais no tiem ir Zīligera paradokss. Uzskatot, ka Visums ir bezgalīgs un vienmērīgi piepildīts ar matēriju, Zīligers mēģināja saskaņā ar Ņūtona likumu aprēķināt universālo gravitācijas spēku, ko kādā tā punktā radīja visa bezgalīgā Visuma bezgalīgi lielā masa.

Tas nebija viegls uzdevums no tīrās matemātikas viedokļa. Pārvarējis visas sarežģītāko transformāciju grūtības, Zīligers atklāja, ka vēlamais universālās gravitācijas spēks ir proporcionāls Visuma rādiusam. Un tā kā šis rādiuss ir vienāds ar bezgalību, tad gravitācijas spēkam jābūt bezgalīgi lielam. Taču praksē mēs to neredzam. Tas nozīmē, ka universālās gravitācijas likums neattiecas uz visu Visumu.

Tomēr ir iespējami arī citi paradoksa skaidrojumi. Piemēram, varam pieņemt, ka matērija ne vienmērīgi aizpilda visu Visumu, bet tās blīvums pakāpeniski samazinās un, visbeidzot, kaut kur ļoti tālu matērijas nemaz nav. Bet iedomāties šādu attēlu nozīmē atzīt telpas pastāvēšanas iespēju bez matērijas, kas kopumā ir absurds.

Var pieņemt, ka gravitācijas spēks vājinās ātrāk, nekā palielinās attāluma kvadrāts. Taču tas liek apšaubīt Ņūtona likuma pārsteidzošo harmoniju. Nē, un šis skaidrojums zinātniekus neapmierināja. Paradokss palika paradokss.

Dzīvsudraba kustības novērojumi

Vēl viens fakts, universālā gravitācijas spēka darbība, kas nav izskaidrota ar Ņūtona likumu Merkura kustības novērošana- vistuvāk planētai. Precīzi aprēķini saskaņā ar Ņūtona likumu parādīja, ka perehēlionam - elipses punktam, pa kuru Merkurs virzās vistuvāk Saulei - 100 gadu laikā vajadzētu pārvietoties par 531 loka sekundi.

Un astronomi ir atklājuši, ka šī nobīde ir vienāda ar 573 loka sekundēm. Šo pārsniegumu - 42 loka sekundes - arī zinātnieki nevarēja izskaidrot, izmantojot tikai formulas, kas izriet no Ņūtona likuma.

Viņš izskaidroja gan Zīligera paradoksu, gan Merkūrija hellion pārvietošanos, gan daudzas citas paradoksālas parādības un neizskaidrojamus faktus. Alberts Einšteins, viens no visu laiku lielākajiem, ja ne lielākajiem fiziķiem. Starp kaitinošajiem sīkumiem bija jautājums par ēteriskais vējš.

Alberta Miķelsona eksperimenti

Šķita, ka šis jautājums tieši neattiecas uz gravitācijas problēmu. Viņš saistījās ar optiku, ar gaismu. Precīzāk, līdz tā ātruma definīcijai.

Dāņu astronoms bija pirmais, kurš noteica gaismas ātrumu. Olafs Remers vērojot Jupitera pavadoņu aptumsumu. Tas notika jau 1675. gadā.

Amerikāņu fiziķis Alberts Miķelsons 18. gadsimta beigās viņš veica virkni gaismas ātruma noteikšanas zemes apstākļos, izmantojot viņa izstrādāto aparātu.

1927. gadā viņš uzrādīja gaismas ātrumu 299796 + 4 km/s, kas tiem laikiem bija izcila precizitāte. Taču lietas būtība ir cita. 1880. gadā viņš nolēma izpētīt ēterisko vēju. Viņš vēlējās beidzot noskaidrot šī ētera esamību, ar kura klātbūtni viņi mēģināja izskaidrot gan gravitācijas mijiedarbības, gan gaismas viļņu pārraidi.

Miķelsons, iespējams, bija sava laika visievērojamākais eksperimentētājs. Viņam bija lielisks aprīkojums. Un viņš bija gandrīz pārliecināts par panākumiem.

Pieredzes būtība

Pieredze tika iecerēts šādi. Zeme savā orbītā pārvietojas ar ātrumu aptuveni 30 km/s.. Pārvietojas pa gaisu. Tas nozīmē, ka gaismas ātrumam no avota, kas atrodas priekšā uztvērējam attiecībā pret Zemes kustību, jābūt lielākam nekā no avota, kas atrodas otrā pusē. Pirmajā gadījumā gaismas ātrumam jāpievieno ēteriskā vēja ātrums, otrajā gadījumā gaismas ātrumam jāsamazinās par šo vērtību.

Protams, Zemes ātrums orbītā ap Sauli ir tikai viena desmittūkstošā daļa no gaismas ātruma. Atrast tik mazu terminu ir ļoti grūti, taču Miķelsons ne velti tika saukts par precizitātes karali. Viņš izmantoja ģeniālu veidu, kā noķert "nenotveramo" gaismas staru ātruma atšķirību.

Viņš sadalīja staru divās daļās vienāda plūsma un virzīja tos savstarpēji perpendikulāros virzienos: pa meridiānu un pa paralēli. Atspoguļoti no spoguļiem, stari atgriezās. Ja pa paralēli ejošais stars izjustu ēteriskā vēja ietekmi, to pievienojot meridionālajam staram, būtu jāveido interferences bārkstis, abu staru viļņi būtu fāzē nobīdīti.

Taču Miķelsonam bija grūti ar tik lielu precizitāti izmērīt abu staru ceļus, lai tie būtu tieši vienādi. Tāpēc viņš uzbūvēja aparātu tā, lai nebūtu traucējumu bārkstis, un pēc tam pagrieza to par 90 grādiem.

Meridionālais stars kļuva par platuma un otrādi. Ja pūš ēterisks vējš, zem okulāra jāparādās melnām un gaišām svītrām! Bet viņi nebija. Varbūt, pagriežot ierīci, zinātnieks to pārvietoja.

Viņš to uzstādīja pusdienlaikā un salaboja. Galu galā, papildus tam, ka tas arī griežas ap savu asi. Un tā iekšā atšķirīgs laiks dienās, platuma stars ieņem atšķirīgu pozīciju attiecībā pret tuvojošos ēterisko vēju. Tagad, kad aparāts ir stingri nekustīgs, var pārliecināties par eksperimenta precizitāti.

Atkal nebija nekādu traucējumu bārkstiņu. Eksperiments tika veikts daudzas reizes, un Miķelsons un kopā ar viņu visi tā laika fiziķi bija pārsteigti. Ēteriskais vējš netika atklāts! Gaisma ceļoja visos virzienos ar tādu pašu ātrumu!

To neviens nav spējis izskaidrot. Miķelsons atkārtoja eksperimentu atkal un atkal, uzlaboja aprīkojumu un beidzot sasniedza gandrīz neticamu mērījumu precizitāti, kas ir par kārtu lielāku, nekā bija nepieciešams, lai eksperiments būtu veiksmīgs. Un atkal nekā!

Alberta Einšteina eksperimenti

Nākamais lielais solis zināšanas par gravitācijas spēku izgatavots Alberts Einšteins.
Albertam Einšteinam reiz jautāja:

Kā jūs nonācāt pie savas īpašās relativitātes teorijas? Kādos apstākļos jums radās ģeniāla ideja? Zinātnieks atbildēja: “Man vienmēr šķita, ka tas tā ir.

Varbūt viņš nevēlējās būt atklāts, varbūt viņš gribēja atbrīvoties no kaitinošā sarunu biedra. Bet ir grūti iedomāties, ka Einšteina ideja par laika, telpas un ātruma sakarībām bija iedzimta.

Nē, protams, sākumā bija nojauta, spilgta kā zibens. Tad sākās attīstība. Nē, nav nekādu pretrunu ar zināmām parādībām. Un tad parādījās tās piecas lappuses, pilnas ar formulām, kuras tika publicētas fiziskā žurnālā. Lapas, kas tika atvērtas jauna ēra fizikā.

Iedomājieties kosmosa kuģi, kas lido pa kosmosu. Tūlīt brīdināsim: zvaigžņu kuģis ir ļoti savdabīgs, tāds, par kādu neesi lasījis zinātniskās fantastikas stāstos. Tā garums ir 300 tūkstoši kilometru, un tā ātrums ir, teiksim, 240 tūkstoši km / s. Un šis kosmosa kuģis lido garām vienai no kosmosa starpplatformām, pie tās neapstājoties. Pilnā ātrumā.

Viens no pasažieriem stāv uz zvaigžņu kuģa klāja ar pulksteni. Un mēs, lasītāj, stāvam uz platformas - tā garumam jāatbilst zvaigžņu kuģa izmēram, tas ir, 300 tūkstoši kilometru, pretējā gadījumā tas nespēs pieķerties. Un arī mums rokās ir pulkstenis.

Pamanām, ka brīdī, kad zvaigžņu kuģa priekšgals panāca mūsu platformas aizmugurējo malu, uz tās pazibēja laterna, kas apgaismoja apkārtējo telpu. Pēc sekundes gaismas stars sasniedza mūsu platformas priekšējo malu. Mēs par to nešaubāmies, jo mums ir zināms gaismas ātrums, un mums ir izdevies precīzi noteikt atbilstošo brīdi pulkstenī. Un uz zvaigžņu kuģa...

Taču arī zvaigžņu kuģis lidoja pretī gaismas staram. Un mēs pavisam noteikti redzējām, ka gaisma izgaismoja savu pakaļgalu tajā brīdī, kad tā atradās kaut kur perona vidum. Noteikti redzējām, ka gaismas stars nepārklāja 300 tūkstošus kilometru no kuģa priekšgala līdz pakaļgalam.

Taču pasažieri uz zvaigžņu kuģa klāja ir pārliecināti par ko citu. Viņi ir pārliecināti, ka viņu stars pārklāja visu 300 tūkstošu kilometru attālumu no priekšgala līdz pakaļgalam. Galu galā viņš tam veltīja veselu sekundi. Arī viņi to absolūti precīzi ierakstīja savos pulksteņos. Un kā tas varētu būt citādi: galu galā gaismas ātrums nav atkarīgs no avota ātruma ...

Kā tā? Mēs redzam vienu lietu no fiksētas platformas un citu viņiem uz zvaigžņu kuģa klāja? Kas noticis?

Einšteina relativitātes teorija

Nekavējoties jāatzīmē: Einšteina relativitātes teorija no pirmā acu uzmetiena tas ir absolūti pretrunā ar mūsu iedibināto priekšstatu par pasaules uzbūvi. Var teikt, ka tas ir arī pretrunā ar veselo saprātu, kā mēs esam pieraduši to pasniegt. Zinātnes vēsturē tas ir noticis daudzas reizes.

Taču Zemes sfēriskuma atklāšana bija pretrunā veselajam saprātam. Kā cilvēki var dzīvot pretējā pusē un neiekrist bezdibenī?

Mums Zemes sfēriskums ir neapšaubāms fakts, un no veselā saprāta viedokļa jebkurš cits pieņēmums ir bezjēdzīgs un mežonīgs. Bet atkāpieties no sava laika, iedomājieties pirmo šīs idejas parādīšanos, un jūs sapratīsit, cik grūti būtu to pieņemt.

Nu, vai bija vieglāk atzīt, ka Zeme nav nekustīga, bet lido pa savu trajektoriju desmitiem reižu ātrāk nekā lielgabala lode?

Tie visi bija veselā saprāta vraki. Tāpēc mūsdienu fiziķi uz to nekad neatsaucas.

Tagad atgriezieties pie īpašās relativitātes teorijas. Pasaule viņu pirmo reizi atpazina 1905. gadā pēc raksta, kuru parakstīja daži slavens vārds- Alberts Einšteins. Un viņam tajā laikā bija tikai 26 gadi.

Einšteins no šī paradoksa izdarīja ļoti vienkāršu un loģisku pieņēmumu: no platformas novērotāja viedokļa braucošā automašīnā ir pagājis mazāk laika, nekā izmērīja jūsu rokas pulkstenis. Automašīnā laika ritējums palēninājās, salīdzinot ar laiku uz stacionāras platformas.

No šī pieņēmuma loģiski izrietēja diezgan pārsteidzošas lietas. Izrādījās, ka cilvēks, kurš brauc uz darbu tramvajā, salīdzinot ar gājēju, kas iet tāpat vien, ne tikai ietaupa laiku no ātruma, bet arī viņam brauc lēnāk.

Taču necenties šādi saglabāt mūžīgo jaunību: pat kļūstot par vagonu vadītāju un trešdaļu dzīves pavadot tramvajā, pēc 30 gadiem iegūsit diez vai vairāk par sekundes miljondaļu. Lai laika ieguvums kļūtu pamanāms, jāpārvietojas ar ātrumu, kas tuvs gaismas ātrumam.

Izrādās, ka ķermeņu ātruma pieaugums atspoguļojas to masā. Jo tuvāk ķermeņa ātrums ir gaismas ātrumam, jo ​​lielāka ir tā masa. Ķermeņa ātrumā, kas vienāds ar gaismas ātrumu, tā masa ir vienāda ar bezgalību, tas ir, tā ir lielāka par Zemes, Saules, Galaktikas, visa mūsu Visuma masu ... Lūk, cik liela masa ir var koncentrēties vienkāršā bruģakmenī, paātrinot to līdz ātrumam
Sveta!

Tas uzliek ierobežojumu, kas neļauj nevienam materiālam ķermenim attīstīt ātrumu, kas vienāds ar gaismas ātrumu. Galu galā, masai augot, to izkliedēt kļūst arvien grūtāk. Un bezgalīgu masu nevar kustināt ne ar kādu spēku.

Tomēr daba ir izdarījusi ļoti svarīgu izņēmumu no šī likuma veselai daļiņu klasei. Piemēram, fotoniem. Viņi var pārvietoties ar gaismas ātrumu. Precīzāk, viņi nevar pārvietoties ar citu ātrumu. Nav iedomājams iedomāties nekustīgu fotonu.

Stacionārā stāvoklī tam nav masas. Tāpat neitrīniem nav miera masas, un arī tie ir nolemti mūžīgam nesavaldīgam lidojumam pa kosmosu mūsu Visumā maksimāli iespējamā ātrumā, neapdzenot gaismu un nesekojot tai līdzi.

Vai nav tiesa, ka katra no mūsu uzskaitītajām speciālās relativitātes teorijas sekām ir pārsteidzoša, paradoksāla! Un katrs, protams, ir pretrunā ar "veselo saprātu"!

Bet šeit ir tas, kas ir interesanti: nevis tā konkrētajā formā, bet gan kā plašā filozofiskā nostājā, visas šīs apbrīnojamās sekas paredzēja dialektiskā materiālisma pamatlicēji. Ko saka šīs sekas? Par savienojumiem, kas savieno enerģiju un masu, masu un ātrumu, ātrumu un laiku, kustīga objekta ātrumu un garumu…

Einšteina atklājums par savstarpējo atkarību, piemēram, cements (vairāk:), savienojot kopā stiegrojumu jeb pamatakmeņus, savienoja kopā lietas un parādības, kas iepriekš šķita viena no otras neatkarīgas, un radīja pamatu, uz kura pirmo reizi zinātnes vēsturē tas tika izveidots. iespējams uzbūvēt harmonisku ēku. Šī ēka atspoguļo to, kā darbojas mūsu Visums.

Bet vispirms vismaz daži vārdi par vispārējo relativitātes teoriju, ko arī radījis Alberts Einšteins.

Alberts Einšteins

Šis nosaukums - vispārējā relativitātes teorija - ne visai atbilst teorijas saturam, par kuru tiks runāts. Tas nosaka telpas un matērijas savstarpējo atkarību. Acīmredzot pareizāk būtu tā saukt telpas un laika teorija, vai gravitācijas teorija.

Taču šis nosaukums ir tik cieši pieaudzis līdz ar Einšteina teoriju, ka pat jautājuma izvirzīšana par tā aizstāšanu daudziem zinātniekiem tagad šķiet nepiedienīgi.

Vispārējā relativitātes teorija noteica savstarpējo atkarību starp matēriju un laiku un telpu, kas to satur. Izrādījās, ka telpu un laiku ne tikai nevar iedomāties kā pastāvošus atsevišķi no matērijas, bet to īpašības ir atkarīgas arī no matērijas, kas tos piepilda.

Diskusijas sākuma punkts

Tāpēc var tikai precizēt diskusijas sākuma punkts un izdarīt dažus svarīgus secinājumus.

Kosmosa ceļojuma sākumā negaidīta katastrofa iznīcināja bibliotēku, filmu fondu un citas prāta krātuves, atmiņu par cilvēkiem, kuri lidoja pa kosmosu. Un dzimtās planētas daba gadsimtu maiņā ir aizmirsta. Pat universālās gravitācijas likums tiek aizmirsts, jo raķete lido starpgalaktiskajā telpā, kur to tikpat kā nejūt.

Taču kuģa dzinēji strādā lieliski, enerģijas padeve akumulatoros ir praktiski neierobežota. Lielāko daļu laika kuģis pārvietojas pēc inerces, un tā iedzīvotāji ir pieraduši pie bezsvara stāvokļa. Bet dažreiz viņi ieslēdz dzinējus un palēnina vai paātrina kuģa kustību. Kad strūklas sprauslas uzliesmo tukšumā ar bezkrāsainu liesmu un kuģis kustas paātrinātā tempā, iedzīvotāji jūt, ka viņu ķermenis kļūst smags, viņi ir spiesti staigāt apkārt kuģim, nevis lidot pa koridoriem.

Un tagad lidojums ir tuvu noslēgumam. Kuģis uzlido līdz vienai no zvaigznēm un nokrīt vispiemērotākās planētas orbītā. Zvaigžņu kuģi iziet, ejot pa svaigi zaļu zemi, pastāvīgi piedzīvojot to pašu smaguma sajūtu, kas pazīstama no laika, kad kuģis pārvietojās paātrinātā tempā.

Bet planēta pārvietojas vienmērīgi. Tas nevar lidot pret viņiem ar nemainīgu paātrinājumu 9,8 m/s2! Un viņiem ir pirmais pieņēmums, ka gravitācijas lauks (gravitācijas spēks) un paātrinājums dod tādu pašu efektu un, iespējams, tiem ir kopīgs raksturs.

Neviens no mūsu zemes laikabiedriem nebija tik ilgā lidojumā, taču daudzi cilvēki juta sava ķermeņa “nosvēršanas” un “vieglošanas” fenomenu. Jau parasts lifts, kad tas pārvietojas paātrinātā tempā, rada šo sajūtu. Nolaižoties, jūtat pēkšņu svara zudumu, paceļoties, gluži pretēji, grīda spiež kājas ar lielāku spēku nekā parasti.

Bet viena sajūta neko neliecina. Galu galā sajūtas mēģina mūs pārliecināt, ka Saule pārvietojas debesīs ap nekustīgo Zemi, ka visas zvaigznes un planētas atrodas vienādā attālumā no mums, debesīs utt.

Zinātnieki eksperimentāli pārbaudīja sajūtas. Pat Ņūtons domāja par abu parādību dīvaino identitāti. Viņš mēģināja dot viņiem skaitliskus raksturlielumus. Izmērījis gravitācijas un , viņš bija pārliecināts, ka to vērtības vienmēr ir stingri vienādas viena ar otru.

No jebkādiem materiāliem viņš izgatavoja izmēģinājuma rūpnīcas svārstus: no sudraba, svina, stikla, sāls, koka, ūdens, zelta, smiltīm, kviešiem. Rezultāts bija tāds pats.

Ekvivalences princips, par kuru mēs runājam, ir vispārējās relativitātes teorijas pamatā, lai gan mūsdienu teorijas interpretācijai šis princips vairs nav vajadzīgs. Izlaižot no šī principa izrietošos matemātiskos secinājumus, pāriesim tieši pie dažām vispārējās relativitātes teorijas sekām.

Lielu vielu masu klātbūtne ļoti ietekmē apkārtējo telpu. Tas noved pie tādām izmaiņām tajā, ko var definēt kā telpas neviendabīgumu. Šīs neviendabības virza jebkuru masu kustību, kas atrodas tuvu piesaistošajam ķermenim.

Parasti izmanto šādu analoģiju. Iedomājieties audeklu, kas cieši izstiepts uz rāmja paralēli zemes virsmai. Uzlieciet tam smagu svaru. Šī būs mūsu lielā piesaistes masa. Viņa, protams, salieks audeklu un nonāks kādā padziļinājumā. Tagad ritiniet bumbu pāri šim audeklam tā, lai daļa no tās ceļa būtu blakus piesaistošajai masai. Atkarībā no tā, kā bumba tiks palaista, ir iespējami trīs varianti.

1. Bumbiņa lidos pietiekami tālu no padziļinājuma, ko rada audekla novirze, un nemainīs savu kustību.
2. Bumbiņa pieskarsies padziļinājumam, un tās kustības līnijas noliecīsies uz pievilkšanas masu.
3. Bumba iekritīs šajā bedrē, nevarēs no tās izkļūt un veiks vienu vai divus apgriezienus ap gravitācijas masu.

Vai nav tiesa, ka trešais variants ļoti skaisti modelē zvaigznes vai planētas notvertu svešu ķermeni, kas nevērīgi ielidots viņu pievilkšanas laukā?

Un otrs gadījums ir tāda ķermeņa trajektorijas saliekšana, kas lido ar ātrumu, kas lielāks par iespējamo uztveršanas ātrumu! Pirmais gadījums ir līdzīgs lidošanai ārpus gravitācijas lauka praktiskā sasniedzamības. Jā, tas ir praktiski, jo teorētiski gravitācijas lauks ir neierobežots.

Protams, šī ir ļoti attāla līdzība, galvenokārt tāpēc, ka neviens īsti nevar iedomāties mūsu trīsdimensiju telpas novirzi. Kas fiziskā nozīmešo novirzi jeb izliekumu, kā mēdz teikt, neviens nezina.

No vispārējās relativitātes teorijas izriet, ka jebkurš materiāls ķermenis var pārvietoties gravitācijas laukā tikai pa izliektām līnijām. Tikai īpaši īpašos gadījumos līkne pārvēršas taisnā līnijā.

Gaismas stars arī pakļaujas šim noteikumam. Galu galā tas sastāv no fotoniem, kuriem lidojuma laikā ir noteikta masa. Un gravitācijas laukam ir sava ietekme uz to, kā arī uz molekulu, asteroīdu vai planētu.

Cits svarīgs secinājums ir tas, ka gravitācijas lauks arī maina laika gaitu. Lielas pievilkšanas masas tuvumā, tās radītā spēcīgā gravitācijas laukā, laikam vajadzētu ritēt lēnāk nekā prom no tās.

Redziet, un vispārējā relativitātes teorija ir pilna ar paradoksāliem secinājumiem, kas atkal un atkal var apgāzt mūsu idejas par "veselo saprātu"!

Gravitācijas sabrukums

Parunāsim par apbrīnojamu kosmiskas dabas parādību – par gravitācijas sabrukumu (katastrofālu saspiešanu). Šī parādība notiek gigantiskos matērijas uzkrājumos, kur gravitācijas spēki sasniedz tik milzīgus lielumus, ka nekādi citi dabā esošie spēki nespēj tiem pretoties.

Atcerieties slaveno Ņūtona formulu: jo lielāks gravitācijas spēks, jo mazāks ir attāluma kvadrāts starp gravitācijas ķermeņiem. Tādējādi, jo blīvāks kļūst materiāla veidojums, jo mazāks ir tā izmērs, jo straujāk palielinās gravitācijas spēki, jo neizbēgamāks ir to postošais apskāviens.

Tur ir viltīgs triks, ar kuras palīdzību daba cīnās ar šķietami neierobežoto matērijas saspiešanu. Lai to izdarītu, tas aptur pašu laika gaitu supergigantisko gravitācijas spēku darbības sfērā, un važās esošās matērijas masas it kā tiek izslēgtas no mūsu Visuma, sastingušas dīvainā letarģiskā sapnī.

Pirmais no šiem kosmosa "melnajiem caurumiem", iespējams, jau ir atklāts. Pēc padomju zinātnieku O.Kh.Huseinova un A.Š.Novruzovas pieņēmuma, tā ir Dvīņu delta – dubultzvaigzne ar vienu neredzamu sastāvdaļu.

Redzamās sastāvdaļas masa ir 1,8 saules, un tās neredzamajam "partnerim" pēc aprēķiniem vajadzētu būt četras reizes masīvākam par redzamo. Bet no viņas nav nekādu pēdu: skat pārsteidzoša radīšana daba, "melnais caurums", nav iespējams.

Padomju zinātnieks profesors K. P. Staņukovičs, kā saka, “uz pildspalvas gala”, ar tīri teorētiskām konstrukcijām parādīja, ka “sasaldētas vielas” daļiņas var būt ļoti dažāda izmēra.

• Ir iespējami tā gigantiski veidojumi, līdzīgi kā kvazāri, kas nepārtraukti izstaro tik daudz enerģijas, cik izstaro visas 100 miljardi mūsu Galaktikas zvaigžņu.
• Iespējami daudz pieticīgāki kluči, kas vienādi tikai ar dažām saules masām. Gan tie, gan citi objekti paši var rasties no parastas, nevis “guļošas” matērijas.
• Un ir iespējami pavisam citas klases veidojumi, kas samērojami ar masu elementārdaļiņas.

Lai tie rastos, vispirms ir jāpakļauj milzīgam spiedienam matērija, kas viņus rada, un jāievada Švarcšilda sfērā - sfērā, kur ārējam novērotājam laiks pilnībā apstājas. Un pat ja pēc tam spiediens tiek pat noņemts, daļiņas, kurām laiks ir apstājies, turpinās pastāvēt neatkarīgi no mūsu Visuma.

plankeons

Plankeoni ir ļoti īpaša daļiņu klase. Viņiem, pēc K.P.Stanjukoviča domām, ir ārkārtīgi interesants īpašums: tie nes matēriju sevī nemainīgu, piemēram, pirms miljoniem un miljardiem gadu. Skatoties plankeona iekšienē, mēs varējām redzēt matēriju tādu, kāda tā bija mūsu Visuma dzimšanas brīdī. Saskaņā ar teorētiskajiem aprēķiniem Visumā ir aptuveni 1080 plankeonu, aptuveni viens plankeons kosmosa kubā ar 10 centimetru malu. Starp citu, vienlaikus ar Staņukoviču un (neatkarīgi no viņa plankeonu hipotēzi izvirzīja akadēmiķis M. A. Markovs. Tikai Markovs tiem deva citu nosaukumu - maksimoni.

Plankeonu īpašās īpašības var izmantot arī, lai izskaidrotu dažkārt paradoksālas elementārdaļiņu pārvērtības. Ir zināms, ka, saduroties divām daļiņām, fragmenti nekad neveidojas, bet rodas citas elementārdaļiņas. Tas ir patiesi pārsteidzoši: parastajā pasaulē, salaužot vāzi, mēs nekad neiegūsim veselas krūzes vai pat rozetes. Bet pieņemsim, ka katras elementārdaļiņas dziļumos ir plankeons, viens vai vairāki un dažreiz arī daudzi plankeoni.

Daļiņu sadursmes brīdī cieši piesietais plankeona "maiss" nedaudz atveras, tajā "iekritīs" dažas daļiņas, kuras, mūsuprāt, radušās sadursmes laikā, nevis "izlēks". Tajā pašā laikā plankeons kā čakls grāmatvedis nodrošinās visus elementārdaļiņu pasaulē pieņemtos "saglabāšanas likumus".
Nu, kāds sakars ar to universālās gravitācijas mehānismam?

Saskaņā ar K. P. Staņukoviča hipotēzi par gravitāciju ir "atbildīgas" sīkas daļiņas, tā sauktie gravitoni, ko nepārtraukti izstaro elementārdaļiņas. Gravitoni ir tikpat daudz mazāki nekā pēdējie, jo saules starā dejojošs putekļu plankums ir mazāks par zemeslodi.

Gravitonu starojums pakļaujas vairākām likumsakarībām. Jo īpaši viņiem ir vieglāk lidot šajā kosmosa reģionā. Kurā ir mazāk gravitonu. Tātad, ja ir divi debess ķermeņi a, abi izstaros gravitonus pārsvarā "uz āru", viens otram pretējos virzienos. Tas rada impulsu, kas liek ķermeņiem tuvoties viens otram, piesaistīt viens otru.

Gravitācijas spēks ir spēks, ar kuru noteiktas masas objekti tiek piesaistīti viens otram, kas atrodas noteiktā attālumā viens no otra.

Angļu zinātnieks Īzaks Ņūtons 1867. gadā atklāja universālās gravitācijas likumu. Šis ir viens no mehānikas pamatlikumiem. Šī likuma būtība ir šāda:jebkuras divas materiāla daļiņas tiek piesaistītas viena otrai ar spēku, kas ir tieši proporcionāls to masas reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām.

Pievilkšanās spēks ir pirmais spēks, ko cilvēks sajuta. Tas ir spēks, ar kādu Zeme iedarbojas uz visiem ķermeņiem, kas atrodas uz tās virsmas. Un jebkurš cilvēks šo spēku izjūt kā savu svaru.

Smaguma likums

Ir leģenda, ka Ņūtons universālās gravitācijas likumu atklājis pavisam nejauši, vakarā pastaigājoties pa savu vecāku dārzu. Radošie cilvēki pastāvīgi meklē zinātniskie atklājumi- tas nav tūlītējs ieskats, bet gan ilgstoša garīga darba auglis. Sēžot zem ābeles, Ņūtons domāja par citu ideju, un pēkšņi viņam uz galvas uzkrita ābols. Ņūtonam bija skaidrs, ka ābols nokrita Zemes gravitācijas rezultātā. "Bet kāpēc mēness nenokrīt uz Zemes? viņš domāja. "Tas nozīmē, ka uz to iedarbojas kāds cits spēks, noturot to orbītā." Lūk, kā slavenais gravitācijas likums.

Zinātnieki, kuri iepriekš bija pētījuši debess ķermeņu rotāciju, uzskatīja, ka debess ķermeņi pakļaujas dažiem pilnīgi atšķirīgiem likumiem. Tas ir, tika pieņemts, ka uz Zemes virsmas un kosmosā pastāv pilnīgi atšķirīgi pievilkšanās likumi.

Ņūtons apvienoja šos iespējamos gravitācijas veidus. Analizējot Keplera likumus, kas apraksta planētu kustību, viņš nonāca pie secinājuma, ka pievilkšanās spēks rodas starp jebkuriem ķermeņiem. Tas ir, gan dārzā nokritušo ābolu, gan kosmosa planētas ietekmē spēki, kas pakļaujas vienam un tam pašam likumam – universālās gravitācijas likumam.

Ņūtons atklāja, ka Keplera likumi darbojas tikai tad, ja starp planētām ir pievilcīgs spēks. Un šis spēks ir tieši proporcionāls planētu masām un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām.

Pievilkšanās spēku aprēķina pēc formulas F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 ir pirmā ķermeņa masa;

m2ir otrā ķermeņa masa;

r ir attālums starp ķermeņiem;

G ir proporcionalitātes koeficients, ko sauc gravitācijas konstante vai gravitācijas konstante.

Tā vērtība tika noteikta eksperimentāli. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Ja divi materiālie punkti ar masu, kas vienāda ar masas vienību, atrodas attālumā, vienāds ar vienu attālumu, tie tiek piesaistīti ar spēku, kas vienāds ar G.

Pievilkšanās spēki ir gravitācijas spēki. Viņus arī sauc smagums. Tie ir pakļauti universālās gravitācijas likumam un parādās visur, jo visiem ķermeņiem ir masa.

Gravitācija

Gravitācijas spēks Zemes virsmas tuvumā ir spēks, ar kuru visi ķermeņi tiek piesaistīti Zemei. Viņi viņu sauc smagums. To uzskata par nemainīgu, ja ķermeņa attālums no Zemes virsmas ir mazs, salīdzinot ar Zemes rādiusu.

Tā kā gravitācija, kas ir gravitācijas spēks, ir atkarīga no planētas masas un rādiusa, uz dažādām planētām tā būs atšķirīga. Tā kā Mēness rādiuss ir mazāks par Zemes rādiusu, tad pievilkšanās spēks uz Mēness ir 6 reizes mazāks nekā uz Zemes. Un uz Jupitera, gluži pretēji, gravitācija ir 2,4 reizes lielāka nekā gravitācija uz Zemes. Bet ķermeņa svars paliek nemainīgs neatkarīgi no tā, kur tas tiek mērīts.

Daudzi cilvēki jauc svara un gravitācijas nozīmi, uzskatot, ka gravitācija vienmēr ir vienāda ar svaru. Bet tā nav.

Spēks, ar kādu ķermenis nospiež balstu vai izstiepj balstiekārtu, ir svars. Ja atbalsts vai balstiekārta tiek noņemta, korpuss sāks krist ar brīvā kritiena paātrinājumu gravitācijas ietekmē. Smaguma spēks ir proporcionāls ķermeņa masai. To aprēķina pēc formulasF= m g , kur m- ķermeņa masa, g- gravitācijas paātrinājums.

Ķermeņa svars var mainīties un dažreiz pazust pavisam. Iedomājieties, ka mēs esam liftā augšējā stāvā. Lifts ir tā vērts. Šobrīd mūsu svars P un gravitācijas spēks F, ar kuru Zeme mūs velk, ir vienādi. Bet tiklīdz lifts sāka kustēties uz leju ar paātrinājumu a , svars un smagums vairs nav vienādi. Saskaņā ar otro Ņūtona likumumg+ P = ma . P \u003d m g -ma.

No formulas var redzēt, ka mūsu svars samazinājās, virzoties uz leju.

Brīdī, kad lifts uzņēma ātrumu un sāka kustēties bez paātrinājuma, mūsu svars atkal vienāds ar spēku smagums. Un, kad lifts sāka palēnināt savu kustību, paātrinājumu a kļuva negatīvs un svars pieauga. Ir pārslodze.

Un, ja ķermenis virzās uz leju ar brīvā kritiena paātrinājumu, tad svars pilnībā kļūs vienāds ar nulli.

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

Šis ir bezsvara stāvoklis.

Tātad bez izņēmuma visi materiālie ķermeņi Visumā pakļaujas universālās gravitācijas likumam. Un planētas ap Sauli, un visi ķermeņi, kas atrodas netālu no Zemes virsmas.

XVI - XVII gadsimtus daudzi pamatoti sauc par vienu no krāšņākajiem periodiem tajā. Tieši šajā laikā lielā mērā tika likti pamati, bez kuriem tālākai attīstībaišī zinātne būtu vienkārši neiedomājama. Koperniks, Galilejs, Keplers ir paveikuši lielisku darbu, lai pasludinātu fiziku par zinātni, kas spēj atbildēt gandrīz uz jebkuru jautājumu. Atklājumu virknē izceļas universālās gravitācijas likums, kura galīgais formulējums pieder izcilajam angļu zinātniekam Īzakam Ņūtonam.

Šī zinātnieka darba galvenā nozīme nebija viņa universālās gravitācijas spēka atklāšanā – gan Galileo, gan Keplers runāja par šī lieluma klātbūtni jau pirms Ņūtona, bet gan tajā, ka viņš pirmais pierādīja, ka abi Zeme un iekšā kosmosā darbojas tie paši ķermeņu mijiedarbības spēki.

Ņūtons praksē apstiprināja un teorētiski pamatoja faktu, ka absolūti visi ķermeņi Visumā, arī tie, kas atrodas uz Zemes, mijiedarbojas viens ar otru. Šo mijiedarbību sauc par gravitāciju, savukārt pašu universālās gravitācijas procesu sauc par gravitāciju.
Šī mijiedarbība notiek starp ķermeņiem, jo ​​pastāv īpašs matērijas veids, atšķirībā no citiem, ko zinātnē sauc par gravitācijas lauku. Šis lauks pastāv un darbojas ap absolūti jebkuru objektu, kamēr no tā nav aizsardzības, jo tam ir nepārspējama spēja iekļūt jebkuros materiālos.

Universālās gravitācijas spēks, kura definīciju un formulējumu viņš sniedza, ir tieši atkarīgs no mijiedarbojošo ķermeņu masu reizinājuma un apgriezti no attāluma starp šiem objektiem kvadrātā. Saskaņā ar Ņūtona teikto, ko neapstrīdami apstiprina praktiskie pētījumi, universālās gravitācijas spēku nosaka pēc šādas formulas:

Tajā īpaša nozīme ir gravitācijas konstantei G, kas ir aptuveni vienāda ar 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Gravitācijas spēks, ar kādu ķermeņi tiek piesaistīti zemei, ir īpašs gadījumsŅūtona likumu sauc par gravitācijas spēku. Šajā gadījumā gravitācijas konstanti un pašas Zemes masu var neņemt vērā, tāpēc gravitācijas spēka atrašanas formula izskatīsies šādi:

Šeit g ir nekas cits kā paātrinājums, kura skaitliskā vērtība ir aptuveni vienāda ar 9,8 m/s2.

Ņūtona likums izskaidro ne tikai procesus, kas notiek tieši uz Zemes, tas sniedz atbildi uz daudziem jautājumiem, kas saistīti ar visas Saules sistēmas uzbūvi. Jo īpaši universālās gravitācijas spēkam starp ir izšķiroša ietekme uz planētu kustību to orbītās. Šīs kustības teorētisko aprakstu sniedza Keplers, taču tā pamatojums kļuva iespējams tikai pēc tam, kad Ņūtons formulēja savu slaveno likumu.

Ņūtons pats savienoja zemes un ārpuszemes gravitācijas parādības vienkāršs piemērs: izšaujot, tas nelido taisni, bet gan pa lokveida trajektoriju. Tajā pašā laikā, palielinoties šaujampulvera lādiņam un kodola masai, pēdējais lidos arvien tālāk un tālāk. Visbeidzot, ja pieņemam, ka ir iespējams iegūt tik daudz šaujampulvera un izveidot tādu lielgabalu, lai lielgabala lode aplidotu apkārt zemeslodei, tad, izdarījusi šo kustību, tā neapstāsies, bet turpinās savu apļveida (elipsoidālo) kustību, pārvēršoties par mākslīgu.Rezultātā universālās gravitācijas spēks dabā ir vienāds gan uz Zemes, gan kosmosā.

DEFINĪCIJA

Universālās gravitācijas likumu atklāja I. Ņūtons:

Divus ķermeņus pievelk viens otram ar , kas ir tieši proporcionāls to reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem:

Smaguma likuma apraksts

Koeficients ir gravitācijas konstante. SI sistēmā gravitācijas konstantei ir šāda vērtība:

Šī konstante, kā redzams, ir ļoti maza, tāpēc arī gravitācijas spēki starp ķermeņiem ar mazu masu ir mazi un praktiski nav jūtami. Tomēr kosmisko ķermeņu kustību pilnībā nosaka gravitācija. Universālās gravitācijas klātbūtne jeb, citiem vārdiem sakot, gravitācijas mijiedarbība izskaidro, uz ko Zeme un planētas “turas” un kāpēc tās pārvietojas ap Sauli pa noteiktām trajektorijām, nevis aizlido no tās. Universālās gravitācijas likums ļauj noteikt daudzas debess ķermeņu īpašības – planētu, zvaigžņu, galaktiku un pat melno caurumu masas. Šis likums ļauj ar lielu precizitāti aprēķināt planētu orbītas un izveidot matemātiskais modelis Visums.

Ar universālās gravitācijas likuma palīdzību iespējams aprēķināt arī kosmiskos ātrumus. Piemēram, minimālais ātrums, ar kādu ķermenis, kas pārvietojas horizontāli virs Zemes virsmas, uz to nenokritīs, bet gan pārvietosies pa apļveida orbītu, ir 7,9 km/s (pirmais kosmosa ātrums). Lai pamestu Zemi, t.i. Lai pārvarētu gravitācijas pievilcību, ķermeņa ātrumam jābūt 11,2 km / s (otrais kosmiskais ātrums).

Gravitācija ir viena no pārsteidzošākajām dabas parādībām. Ja nebūtu gravitācijas spēku, Visuma pastāvēšana būtu neiespējama, Visums pat nevarētu rasties. Gravitācija ir atbildīga par daudziem procesiem Visumā – tā dzimšanu, kārtības pastāvēšanu haosa vietā. Gravitācijas būtība joprojām nav pilnībā izprasta. Līdz šim neviens nav spējis izstrādāt cienīgu gravitācijas mijiedarbības mehānismu un modeli.

Gravitācija

Īpašs izpausmes gadījums gravitācijas spēki ir gravitācijas spēks.

Gravitācija vienmēr ir vērsta vertikāli uz leju (uz Zemes centru).

Ja uz ķermeni iedarbojas gravitācijas spēks, tad ķermenis veic. Kustības veids ir atkarīgs no sākotnējā ātruma virziena un moduļa.

Mēs katru dienu saskaramies ar gravitācijas spēku. , pēc kāda laika ir uz zemes. Grāmata, atbrīvota no rokām, nokrīt. Ielēcis, cilvēks neielido kosmosā un nolaižas zemē.

Ņemot vērā ķermeņa brīvo kritienu netālu no Zemes virsmas šī ķermeņa gravitācijas mijiedarbības ar Zemi rezultātā, mēs varam rakstīt:

no kurienes brīvā kritiena paātrinājums:

Brīvā kritiena paātrinājums nav atkarīgs no ķermeņa masas, bet ir atkarīgs no ķermeņa augstuma virs Zemes. Zeme pie poliem nedaudz saplacināti, tāpēc ķermeņi pie poliem atrodas nedaudz tuvāk Zemes centram. Šajā sakarā brīvā kritiena paātrinājums ir atkarīgs no apgabala platuma: polā tas ir nedaudz lielāks nekā pie ekvatora un citos platuma grādos (pie ekvatora m / s, pie ziemeļpola ekvatora m / s.

Tā pati formula ļauj atrast brīvā kritiena paātrinājumu uz jebkuras planētas virsmas ar masu un rādiusu.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS (Zemes "svēršanas" problēma)

Exercise	Zemes rādiuss ir km, brīvā kritiena paātrinājums uz planētas virsmas ir m/s. Izmantojot šos datus, novērtējiet aptuveno Zemes masu.
Lēmums	Brīvā kritiena paātrinājums uz Zemes virsmas: no kurienes Zemes masa: C sistēmā Zemes rādiuss m. Skaitlisko vērtību aizstāšana formulā fizikālie lielumi Novērtēsim Zemes masu:
Atbilde	Zemes masa kg.

2. PIEMĒRS

Exercise

Zemes pavadonis pārvietojas apļveida orbītā 1000 km augstumā no Zemes virsmas. Cik ātri pārvietojas satelīts? Cik ilgs laiks nepieciešams, lai satelīts veiktu vienu pilnīgu apgriezienu ap Zemi?

Lēmums

Saskaņā ar , spēks, kas iedarbojas uz satelītu no Zemes, ir vienāds ar satelīta masas un paātrinājuma, ar kādu tas pārvietojas, reizinājumu: No zemes puses uz satelītu iedarbojas gravitācijas pievilkšanās spēks, kas saskaņā ar universālās gravitācijas likumu ir vienāds ar: kur un ir attiecīgi satelīta un Zemes masas. Tā kā satelīts atrodas noteiktā augstumā virs Zemes virsmas, attālums no tā līdz Zemes centram: kur ir zemes rādiuss.