Gravitacija: formula, definicija. referat

Popolnoma vsa telesa v vesolju so pod vplivom magične sile, ki jih nekako pritegne na Zemljo (natančneje, v njeno jedro). Ni se kam pobegniti, nikamor se skriti pred vseobsegajočo magično gravitacijo: planete našega sončnega sistema privlači ne le ogromno Sonce, ampak tudi drug drugega, vsi predmeti, molekule in najmanjši atomi se prav tako privlačijo medsebojno. . poznan tudi majhnim otrokom, saj je svoje življenje posvetil preučevanju tega pojava, je vzpostavil enega največjih zakonov - zakon univerzalne gravitacije.

Kaj je gravitacija?

Definicija in formula sta že dolgo znani mnogim. Spomnimo se, da je gravitacija določena količina, ena od naravnih manifestacij univerzalne gravitacije, in sicer: sila, s katero katero koli telo vedno privlači Zemljo.

Silo teže označujemo z latinsko črko F heavy.

Gravitacija: formula

Kako izračunati usmerjeno na določeno telo? Katere druge količine morate vedeti, da to storite? Formula za izračun gravitacije je precej preprosta, študira se v 7. razredu srednje šole, na začetku tečaja fizike. Da bi se ga ne samo naučili, ampak tudi razumeli, je treba izhajati iz dejstva, da je sila gravitacije, ki vedno deluje na telo, neposredno sorazmerna z njegovo kvantitativno vrednostjo (maso).

Enota za gravitacijo je dobila ime po velikem znanstveniku Newtonu.

Vedno je usmerjena strogo navzdol proti središču zemeljskega jedra, zaradi njegovega vpliva vsa telesa padajo dol z enakomernim pospeškom. Pojav gravitacije v vsakdanjem življenju opazujemo povsod in nenehno:

• predmeti, po nesreči ali posebej izpuščeni iz rok, nujno padejo na Zemljo (ali na katero koli površino, ki preprečuje prosti padec);
• satelit, izstreljen v vesolje, ne odleti od našega planeta za nedoločeno razdaljo pravokotno navzgor, ampak ostane v orbiti;
• vse reke tečejo iz gora in jih ni mogoče obrniti;
• zgodi se, da človek pade in se poškoduje;
• najmanjši delci prahu sedijo na vseh površinah;
• zrak je koncentriran na površini zemlje;
• težko prenašati torbe;
• dež pada iz oblakov in oblakov, pada sneg, toča.

Skupaj s konceptom "gravitacije" se uporablja izraz "telesna teža". Če je telo postavljeno na ravno vodoravno površino, sta njegova teža in gravitacija številčno enaki, zato se ta dva pojma pogosto zamenjata, kar pa sploh ni pravilno.

Pospešek gravitacije

Koncept "pospeška prostega padca" (z drugimi besedami, je povezan z izrazom "gravitacija." Formula kaže: da bi izračunali silo gravitacije, morate maso pomnožiti z g (pospešek St. p .).

"g" = 9,8 N/kg, to je konstantna vrednost. Vendar natančnejše meritve kažejo, da je zaradi vrtenja Zemlje vrednost pospeška sv. p. ni enak in je odvisen od zemljepisne širine: na severnem tečaju je = 9,832 N / kg, na soparnem ekvatorju pa = 9,78 N / kg. Izkazalo se je, da so na različnih mestih na planetu različne gravitacijske sile usmerjene na telesa z enako maso (formula mg ostaja nespremenjena). Za praktične izračune je bilo odločeno, da se pri tej vrednosti dovolijo manjše napake in uporabi povprečna vrednost 9,8 N/kg.

Sorazmernost takšne količine, kot je gravitacija (formula to dokazuje), vam omogoča merjenje teže predmeta z dinamometrom (podobno kot pri običajnem gospodinjstvu). Upoštevajte, da instrument prikazuje samo silo, saj je za določitev natančne telesne teže treba poznati lokalno vrednost "g".

Ali gravitacija deluje na kateri koli (tako blizu kot daleč) razdalji od zemeljskega središča? Newton je domneval, da deluje na telo tudi na precejšnji oddaljenosti od Zemlje, vendar se njegova vrednost zmanjšuje obratno s kvadratom razdalje od predmeta do zemeljskega jedra.

Gravitacija v sončnem sistemu

Ali obstaja definicija in formula v zvezi z drugimi planeti, ohranita svojo pomembnost. Z eno samo razliko v pomenu "g":

• na Luni = 1,62 N/kg (šestkrat manj kot na Zemlji);
• na Neptunu = 13,5 N/kg (skoraj pol krat več kot na Zemlji);
• na Marsu = 3,73 N/kg (več kot dvakrat in pol manj kot na našem planetu);
• na Saturnu = 10,44 N/kg;
• na živem srebru = 3,7 N/kg;
• na Veneri = 8,8 N/kg;
• na Uranu = 9,8 N/kg (praktično enako kot pri nas);
• na Jupitru = 24 N/kg (skoraj dvakrat in pol več).

Ne samo najbolj skrivnostna sile narave ampak tudi najmočnejši.

Človek na poti k napredku

Zgodovinsko gledano je bilo Človek ko se premikate naprej poti napredka obvladoval vse močnejše sile narave. Začel je, ko ni imel nič drugega kot palico v pesti in lastno fizično moč.

Toda bil je moder in je v svojo službo prinesel fizično moč živali in jih naredil domačih. Konj je pospešil svoj tek, kamela je naredila puščavo prehodno, slon močvirno džunglo. Toda fizične sile tudi najmočnejših živali so v primerjavi z naravnimi silami neizmerno majhne.

Prva oseba si je podredila element ognja, vendar le v njegovih najbolj oslabljenih različicah. Sprva je – dolga stoletja – kot gorivo uporabljal le les – zelo nizkoenergijsko vrsto goriva. Nekoliko kasneje se je naučil uporabljati vetrno energijo iz tega vira energije, človek je dvignil belo krilo jadra v zrak - in lahka ladja je kot ptica preletela valove.

Jadrnica na valovih

Rezila vetrnice je izpostavil sunkom vetra - in težki kamni mlinskih kamnov so se vrteli, pestiči drobljencev so ropotali. A vsem je jasno, da energija zračnih curkov še zdaleč ni koncentrirana. Poleg tega sta se tako jadro kot mlin na veter bali vetrov: vihar je trgal jadra in potopil ladje, vihar je zlomil krila in prevrnil mline.

Še kasneje je človek začel osvajati tekočo vodo. Kolo ni le najbolj primitivna naprava, ki lahko pretvori energijo vode v rotacijsko gibanje, ampak tudi najmanj zmogljiva v primerjavi z različnimi.

Človek je šel naprej po lestvici napredka in potreboval je vedno več energije.
Začel je uporabljati nove vrste goriva - že prehod na kurjenje premoga je povečal energijsko intenzivnost kilograma goriva z 2500 kcal na 7000 kcal - skoraj trikrat. Potem je prišel čas za nafto in plin. Spet se je energijska vsebnost vsakega kilograma fosilnega goriva povečala za pol do dvakrat.

Parne stroje so nadomestile parne turbine; mlinska kolesa so zamenjale hidravlične turbine. Nato je moški iztegnil roko k cepljivemu atomu urana. Vendar je prva uporaba nove vrste energije imela tragične posledice - jedrski plamen Hirošime leta 1945 je v nekaj minutah sežgal 70 tisoč človeških src.

Leta 1954 je začela delovati prva sovjetska jedrska elektrarna na svetu, ki je preoblikovala moč urana v sevalno moč električnega toka. In treba je vedeti, da kilogram urana vsebuje dva milijona krat več energije kot kilogram najboljšega olja.

Šlo je za bistveno nov ogenj, ki bi ga lahko imenovali fizični, saj so bili fiziki tisti, ki so preučevali procese, ki vodijo do rojstva tako čudovitih količin energije.
Uran ni edino jedrsko gorivo. Uporablja se že močnejša vrsta goriva - izotopi vodika.

Žal človeku še ni uspelo podrediti vodikovo-helijevega jedrskega plamena. Zna za trenutek prižgati svoj vsegoreči ogenj, pri čemer zažge reakcijo v vodikovi bombi z bliskom eksplozije urana. Toda vse bližje znanstveniki vidijo vodikov reaktor, ki bo ustvaril električni tok kot rezultat fuzije jeder vodikovih izotopov v jedra helija.

Spet se bo količina energije, ki jo lahko človek vzame iz vsakega kilograma goriva, skoraj desetkrat povečala. Toda ali bo ta korak zadnji v prihodnji zgodovini človeške moči nad silami narave?

Ne! Pred nami - obvladovanje gravitacijske oblike energije. Narava je še bolj preudarno zapakirana kot celo energija fuzije vodika in helija. Danes je to najbolj koncentrirana oblika energije, o kateri človek sploh lahko ugiba.

Nič več tam še ni vidno, onkraj vrhunca znanosti. In čeprav lahko samozavestno trdimo, da bodo elektrarne delovale za človeka, ki bo gravitacijsko energijo predelalo v električni tok (ali morda v curek plina, ki leti iz šobe reaktivnega motorja, ali v načrtovano transformacijo vseprisotnih atomov silicija in kisika v atome ultra redkih kovin), o podrobnostih takšne elektrarne (raketni motor, fizični reaktor) še ne moremo reči ničesar.

Sila univerzalne gravitacije v izvoru rojstva galaksij

Sila univerzalne gravitacije je izvor rojstva galaksij iz predzvezdne snovi, kot je prepričan akademik V. A. Ambartsumyan. Prav tako ugasne zvezde, ki so porabile svoj čas, saj so porabile zvezdno gorivo, ki jim je bilo dodeljeno ob rojstvu.

Da, poglej okoli: vse na Zemlji v veliki meri nadzoruje ta sila.

Ona je tista, ki določa večplastno strukturo našega planeta - izmenjavo litosfere, hidrosfere in atmosfere. Ona je tista, ki ohranja debelo plast zračnih plinov, na dnu katere in zahvaljujoč kateri vsi obstajamo.

Če ne bi bilo gravitacije, bi Zemlja takoj izbruhnila iz svoje orbite okoli Sonca, sam globus pa bi se razpadel, raztrgali so ga centrifugalne sile. Težko je najti karkoli, kar ne bi bilo tako ali drugače odvisno od sile univerzalne gravitacije.

Seveda so starodavni filozofi, zelo pozorni ljudje, niso mogli ne opaziti, da se kamen, vržen navzgor, vedno vrne. Platon je v 4. stoletju pred našim štetjem to razlagal s tem, da vse snovi Vesolja težijo tja, kjer je koncentrirana večina podobnih snovi: vržen kamen pade na tla ali gre na dno, razlita voda pronica v najbližji ribnik oz. v reko, ki si utira pot do morja, gori dim ognja k sorodnim oblakom.

Platonov študent Aristotel je pojasnil, da imajo vsa telesa posebne lastnosti teže in lahkotnosti. Težka telesa - kamni, kovine - hitijo v središče vesolja, svetloba - ogenj, dim, hlapi - na obrobje. Ta hipoteza, ki pojasnjuje nekatere pojave, povezane s silo univerzalne gravitacije, obstaja že več kot 2 tisoč let.

Znanstveniki o sili gravitacije

Verjetno prvi, ki je postavil vprašanje sila gravitacije res znanstven, je bil genij renesanse - Leonardo da Vinci. Leonardo je razglasil, da gravitacija ni značilna samo za Zemljo, da obstaja veliko težišč. In predlagal je tudi, da je sila gravitacije odvisna od razdalje do težišča.

Dela Kopernika, Galilea, Keplerja, Roberta Hookea so vse bolj približala idejo zakona univerzalne gravitacije, vendar je v svoji končni formulaciji ta zakon za vedno povezan z imenom Isaac Newton.

Isaac Newton o sili gravitacije

Rojen 4. januarja 1643. Diplomiral je na Univerzi v Cambridgeu, postal diplomirani, nato - magister znanosti.

Isaac Newton

Vse, kar sledi, je neskončno bogastvo znanstvenih del. Toda njegovo glavno delo so "Matematična načela naravne filozofije", objavljena leta 1687 in običajno imenovana preprosto "Začetki". V njih je formulirano veliko. Verjetno se ga vsi spominjajo iz srednje šole.

Vsa telesa se med seboj privlačijo s silo, ki je neposredno sorazmerna zmnožku mas teh teles in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi ...

Nekatere določbe te formulacije so lahko pričakovali že Newtonovi predhodniki, vendar je še nikomur ni bila podana v celoti. Newtonov genij je bil potreben za sestavljanje teh drobcev v eno celoto, da bi razširili privlačnost Zemlje na Luno in Sonca - na celoten planetarni sistem.

Iz zakona univerzalne gravitacije je Newton izpeljal vse zakone gibanja planetov, ki jih je pred tem odkril Kepler. Bile so preprosto njegove posledice. Poleg tega je Newton pokazal, da so ne le Keplerjevi zakoni, ampak tudi odstopanja od teh zakonov (v svetu treh ali več teles) posledica univerzalne gravitacije ... To je bil velik triumf znanosti.

Zdelo se je, da je bila končno odkrita in matematično opisana glavna sila narave, ki premika svetove, sila, ki so ji podvržene molekule zraka, jabolk in sonca. Ogromen, neizmerno ogromen je bil korak, ki ga je naredil Newton.

Prvi popularizator dela briljantnega znanstvenika, francoski pisatelj Francois Marie Arouet, svetovno znan pod psevdonimom Voltaire, je dejal, da je Newton nenadoma uganil obstoj zakona, poimenovanega po njem, ko je pogledal padajoče jabolko.

Newton sam tega jabolka ni nikoli omenil. In danes ni vredno izgubljati časa za ovrženje te čudovite legende. In očitno je Newton z logičnim sklepanjem dojel veliko moč narave. Verjetno je bil vključen v ustrezno poglavje »Začetki«.

Sila gravitacije vpliva na letenje jedra

Recimo, da smo na zelo visoki gori, tako visoki, da je njen vrh že zunaj atmosfere, namestili orjaško topniško kos. Njena cev je bila postavljena strogo vzporedno s površino globusa in izstreljena. Opis loka jedro pade na tla.

Povečamo naboj, izboljšamo kakovost smodnika, na tak ali drugačen način naredimo, da se jedro po naslednjem strelu premika z večjo hitrostjo. Lok, ki ga opisuje jedro, postane položnejši. Jedro pade precej dlje od vznožja naše gore.

Povečamo tudi naboj in streljamo. Jedro leti po tako nežni poti, da se spušča vzporedno s površino zemeljske oble. Jedro ne more več pasti na Zemljo: z enako hitrostjo, s katero pade, Zemlja pobegne izpod njega. In po opisu obroča okoli našega planeta se jedro vrne na izhodiščno točko.

Pištolo je mogoče medtem odstraniti. Konec koncev bo let jedra okoli sveta trajal več kot eno uro. In potem bo jedro hitro preletelo vrh gore in šlo v nov krog okoli Zemlje. Padec, če, kot smo se dogovorili, jedro ne bo doživelo zračnega upora, ne bo nikoli.

Glavna hitrost za to bi morala biti blizu 8 km/s. In če povečate hitrost leta jedra? Najprej bo letel v loku, bolj nežnem od ukrivljenosti zemeljske površine, in se začel odmikati od Zemlje. Hkrati se bo njegova hitrost pod vplivom Zemljine gravitacije zmanjšala.

In končno, ko se bo obrnil, bo začel tako rekoč padati nazaj na Zemljo, vendar bo letel mimo nje in ne bo več zaključil kroga, temveč elipso. Jedro se bo okoli Zemlje premikalo na popolnoma enak način, kot se Zemlja giblje okoli Sonca, in sicer po elipsi, v enem od žarišč katere se bo nahajalo središče našega planeta.

Če še povečamo začetno hitrost jedra, se bo elipsa izkazala za bolj raztegnjeno. To elipso je mogoče raztegniti tako, da bo jedro doseglo lunino orbito ali celo veliko dlje. Toda dokler začetna hitrost tega jedra ne preseže 11,2 km/s, bo ostal satelit Zemlje.

Jedro, ki je ob izstrelitvi prejelo hitrost več kot 11,2 km / s, bo za vedno odletelo od Zemlje po parabolični poti. Če je elipsa zaprta krivulja, potem je parabola krivulja, ki ima dve veji, ki gredo v neskončnost. Če se premikamo po elipsi, ne glede na to, kako podolgovata je, se bomo neizogibno sistematično vračali na izhodišče. Če se premikamo po paraboli, se ne bomo nikoli vrnili na izhodišče.

Toda, ko je zapustilo Zemljo s to hitrostjo, jedro še ne bo moglo leteti v neskončnost. Močna gravitacija Sonca bo ukrivila pot svojega leta, zaprla okoli sebe kot pot planeta. Jedro bo postalo Zemljina sestra, majhen planet v naši družini planetov.

Da bi jedro usmerili izven planetarnega sistema, da bi premagali sončno privlačnost, mu je treba povedati hitrost več kot 16,7 km / s in ga usmeriti tako, da se tej hitrosti prišteje hitrost lastnega gibanja Zemlje. .

Hitrost približno 8 km / s (ta hitrost je odvisna od višine gore, iz katere strelja naša puška) se imenuje krožna hitrost, hitrosti od 8 do 11,2 km / s so eliptične, od 11,2 do 16,7 km / s so parabolične, in nad to številko - osvobajajoče hitrosti.

Tu je treba dodati, da podane vrednosti teh hitrosti veljajo samo za Zemljo. Če bi živeli na Marsu, bi krožno hitrost veliko lažje dosegli – tam je le okoli 3,6 km/s, parabolična hitrost pa je le nekaj več kot 5 km/s.

Po drugi strani pa bi bilo veliko težje poslati jedro na vesoljski polet z Jupitra kot z Zemlje: krožna hitrost na tem planetu je 42,2 km/s, parabolična pa celo 61,8 km/s!

Najtežje bi prebivalci Sonca zapustili svoj svet (če bi seveda takšen obstajal). Krožna hitrost tega velikana bi morala biti 437,6, hitrost ločevanja pa 618,8 km / s!

Tako je Newton ob koncu 17. stoletja, sto let pred prvim poletom toplozračnega balona, ​​ki so ga napolnili s toplim zrakom brata Montgolfier, dvesto let pred prvimi leti letala bratov Wright in skoraj četrtina leta tisočletje pred vzletom prvih tekočih raket, je pokazal pot do neba za satelite in vesoljske ladje.

Sila gravitacije je lastna vsaki sferi

Preko zakon gravitacije odkrili neznane planete, nastale kozmogonične hipoteze o nastanku sončnega sistema. Odkrita in matematično je opisana glavna sila narave, ki nadzoruje zvezde, planete, jabolka na vrtu in molekule plinov v atmosferi.

A mehanizma univerzalne gravitacije ne poznamo. Newtonova gravitacija ne pojasnjuje, ampak vizualno predstavlja trenutno stanje gibanja planetov.

Ne vemo, kaj povzroča interakcijo vseh teles vesolja. In ni mogoče reči, da Newtona ta razlog ni zanimal. Dolga leta je premišljeval o njegovem možnem mehanizmu.

Mimogrede, to je res izjemno skrivnostna moč. Sila, ki se kaže skozi stotine milijonov kilometrov prostora, na prvi pogled brez kakršnih koli materialnih tvorb, s pomočjo katere bi lahko razložili prenos interakcije.

Newtonove hipoteze

in newton zatekel k hipoteza o obstoju določenega etra, ki naj bi polnil celotno Vesolje. Leta 1675 je razložil privlačnost Zemlje z dejstvom, da eter, ki napolni celotno vesolje, hiti v središče Zemlje v neprekinjenih tokovih, zajame vse predmete v tem gibanju in ustvari gravitacijsko silo. Isti tok etra hiti proti Soncu in vleče planete, komete, zagotavlja njihove eliptične poti ...

To ni bila zelo prepričljiva, čeprav absolutno matematično logična hipoteza. Toda zdaj, leta 1679, je Newton ustvaril novo hipotezo, ki pojasnjuje mehanizem gravitacije. Tokrat obdari eter z lastnostjo, da ima drugačno koncentracijo blizu planetov in daleč od njih. Čim dlje od središča planeta, tem domnevno je gostejši eter. In ima lastnost, da vsa materialna telesa iz svojih gostejših plasti iztisne v manj gosta. In vsa telesa so iztisnjena na površje Zemlje.

Leta 1706 je Newton ostro zanikal sam obstoj etra. Leta 1717 se znova vrača k hipotezi o iztiskanju etra.

Iznajdljivi Newtonovi možgani so se borili za rešitev velike skrivnosti in je niso našli. To pojasnjuje tako ostro metanje z ene strani na drugo. Newton je govoril:

Ne postavljam hipotez.

In čeprav, kot smo lahko le preverili, to ni povsem res, lahko vsekakor trdimo še nekaj: Newton je znal jasno ločiti med nespornimi stvarmi od nestalnih in kontroverznih hipotez. In v Elementih je formula velikega zakona, vendar ni poskusa razložiti njegovega mehanizma.
Veliki fizik je to uganko zapustil človeku prihodnosti. Umrl je leta 1727.
Še danes ni rešena.

Razprava o fizičnem bistvu Newtonovega zakona je trajala dve stoletji. In morda ta razprava ne bi zadevala samega bistva zakona, če bi natančno odgovoril na vsa zastavljena vprašanja.

A dejstvo je, da se je sčasoma izkazalo, da ta zakon ni univerzalen. Da so primeri, ko tega ali onega pojava ne zna razložiti. Dajmo primere.

Sila gravitacije v Seeligerjevih izračunih

Prvi od teh je Seeligerjev paradoks. Glede na to, da je vesolje neskončno in enakomerno napolnjeno s snovjo, je Seeliger skušal po Newtonovem zakonu izračunati univerzalno gravitacijsko silo, ki jo ustvari celotna neskončno velika masa neskončnega Vesolja na nekaterih njegovih točkah.

Z vidika čiste matematike to ni bila lahka naloga. Ko je premagal vse težave najkompleksnejših transformacij, je Seeliger ugotovil, da je želena sila univerzalne gravitacije sorazmerna s polmerom vesolja. In ker je ta polmer enak neskončnosti, mora biti gravitacijska sila neskončno velika. Vendar tega v praksi ne vidimo. To pomeni, da zakon univerzalne gravitacije ne velja za celotno vesolje.

Možne pa so tudi druge razlage paradoksa. Na primer, domnevamo lahko, da snov ne zapolnjuje enakomerno celotnega Vesolja, vendar se njena gostota postopoma zmanjšuje in končno nekje zelo daleč ni snovi. Toda predstavljati si takšno sliko pomeni priznati možnost obstoja prostora brez materije, kar je na splošno absurdno.

Predvidevamo lahko, da sila teže oslabi hitreje, kot se povečuje kvadrat razdalje. Toda to vzbuja dvom o presenetljivi harmoniji Newtonovega zakona. Ne, in ta razlaga znanstvenikov ni zadovoljila. Paradoks je ostal paradoks.

Opazovanja gibanja Merkurja

Drugo dejstvo, delovanje sile univerzalne gravitacije, ki ni pojasnjeno z Newtonovim zakonom, je prineslo opazovanje gibanja Merkurja- najbližje planetu. Natančni izračuni po Newtonovem zakonu so pokazali, da bi se moral perehelion – točka elipse, po kateri se Merkur giblje najbližje Soncu – premakniti za 531 ločnih sekund v 100 letih.

Astronomi so ugotovili, da je ta premik enak 573 ločnim sekundam. Tega presežka - 42 ločnih sekund - znanstveniki tudi niso mogli razložiti, pri čemer so uporabili samo formule, ki izhajajo iz Newtonovega zakona.

Pojasnil je tako Seeligerjev paradoks kot premik Merkurjevega perhelija ter številne druge paradoksalne pojave in nerazložljiva dejstva. Albert Einstein, eden največjih, če ne celo največji fizik vseh časov. Med nadležnimi malenkostmi je bilo vprašanje eterični veter.

Poskusi Alberta Michelsona

Zdelo se je, da se to vprašanje ne nanaša neposredno na problem gravitacije. Povezan je z optiko, s svetlobo. Natančneje, do definicije njegove hitrosti.

Danski astronom je bil prvi, ki je določil hitrost svetlobe. Olaf Remer opazovanje mrka Jupitrovih lun. To se je zgodilo že leta 1675.

ameriški fizik Albert Michelson ob koncu 18. stoletja je izvedel vrsto določanja hitrosti svetlobe v zemeljskih razmerah z uporabo aparata, ki ga je zasnoval.

Leta 1927 je dal hitrost svetlobe 299796 + 4 km/s, kar je bila za tiste čase odlična natančnost. A bistvo zadeve je drugačno. Leta 1880 se je odločil raziskati eterični veter. Želel je dokončno ugotoviti obstoj prav tega etra, s prisotnostjo katerega so poskušali razložiti tako prenos gravitacijske interakcije kot prenos svetlobnih valov.

Michelson je bil verjetno najbolj izjemen eksperimentator svojega časa. Imel je odlično opremo. In bil je skoraj prepričan v uspeh.

Bistvo izkušenj

Izkušnje bil tako zasnovan. Zemlja se po svoji orbiti giblje s hitrostjo približno 30 km/s.. Premika se po zraku. To pomeni, da mora biti hitrost svetlobe iz vira, ki je pred sprejemnikom glede na gibanje Zemlje, večja kot iz vira, ki je na drugi strani. V prvem primeru je treba hitrosti eteričnega vetra dodati hitrosti svetlobe, v drugem primeru pa se mora hitrost svetlobe zmanjšati za to vrednost.

Seveda je hitrost Zemlje v svoji orbiti okoli Sonca le ena desettisočaka svetlobne hitrosti. Najti tako majhen izraz je zelo težko, a Michelsona so z razlogom imenovali za kralja natančnosti. Uporabil je iznajdljiv način, da je ujel »neulovljivo« razliko v hitrostih svetlobnih žarkov.

Žarek je razdelil na dva enaka toka in ju usmeril v medsebojno pravokotni smeri: vzdolž poldnevnika in vzdolž vzporednice. Odraženi od ogledal so se žarki vrnili. Če bi žarek, ki gre vzdolž vzporednice, doživel vpliv eteričnega vetra, bi se ob dodajanju meridionskega snopa morale pojaviti interferenčne obrobe, valovi obeh žarkov bi bili zamaknjeni v fazi.

Vendar je bilo Michelsonu težko izmeriti poti obeh žarkov s tako veliko natančnostjo, da sta bili popolnoma enaki. Zato je aparat zgradil tako, da ni bilo motenj, in ga nato obrnil za 90 stopinj.

Meridionski žarek je postal širinski in obratno. Če piha eterični veter, naj se pod okularjem pojavijo črne in svetle črte! Ampak niso bili. Morda jo je znanstvenik ob obračanju naprave premaknil.

Opoldne ga je postavil in popravil. Konec koncev, poleg tega, da se vrti tudi okoli svoje osi. In zato v različnih obdobjih dneva zavzema zemljepisni žarek drugačen položaj glede na prihajajoči eterični veter. Zdaj, ko je aparat strogo negiben, se lahko prepričamo o točnosti poskusa.

Spet ni bilo nobenih motenj. Poskus je bil večkrat izveden in Michelson in z njim vsi fiziki tistega časa so bili presenečeni. Eterični veter ni bil zaznan! Svetloba je potovala v vse smeri z enako hitrostjo!

Tega nihče ni znal razložiti. Michelson je poskus ponavljal znova in znova, izboljšal opremo in na koncu dosegel skoraj neverjetno natančnost meritev, za red večjo, kot je bilo potrebno za uspeh poskusa. In spet nič!

Poskusi Alberta Einsteina

Naslednji velik korak poznavanje sile teže narejeno Albert Einstein.
Alberta Einsteina so nekoč vprašali:

Kako ste prišli do svoje posebne teorije relativnosti? V kakšnih okoliščinah se vam je porodila briljantna ideja? Znanstvenik je odgovoril: »Vedno se mi je zdelo, da je tako.

Morda ni hotel biti odkrit, morda se je hotel znebiti nadležnega sogovornika. Toda težko si je predstavljati, da je bila Einsteinova ideja o povezavah med časom, prostorom in hitrostjo prirojena.

Ne, seveda, sprva je bilo slutnje, svetlo kot strela. Nato se je začel razvoj. Ne, z znanimi pojavi ni protislovij. In potem se je pojavilo tistih pet strani polnih formul, ki so bile objavljene v fizičnem časopisu. Strani, ki so odprle novo obdobje v fiziki.

Predstavljajte si vesoljsko ladjo, ki leti skozi vesolje. Takoj vas bomo opozorili: zvezdna ladja je zelo svojevrstna, taka, o kateri še niste brali v znanstvenofantastičnih zgodbah. Njegova dolžina je 300 tisoč kilometrov, njegova hitrost pa je, recimo, 240 tisoč km / s. In ta vesoljska ladja leti mimo ene od vmesnih platform v vesolju, ne da bi se pri njej ustavila. Pri polni hitrosti.

Eden od potnikov z uro stoji na krovu ladje. In ti in jaz, bralec, stojimo na ploščadi - njena dolžina mora ustrezati velikosti zvezdne ladje, torej 300 tisoč kilometrov, sicer se je ne bo mogla držati. In v rokah imamo tudi uro.

Opazimo, da je v trenutku, ko je premec ladje dohitel zadnji rob naše ploščadi, na njem utripala luč, ki je osvetljevala prostor, ki jo obdaja. Sekundo pozneje je žarek svetlobe dosegel sprednji rob naše ploščadi. O tem ne dvomimo, saj poznamo svetlobno hitrost in nam je uspelo natančno določiti ustrezen trenutek na uri. In na zvezdni ladji ...

A tudi zvezdna ladja je letela proti snopu svetlobe. In zagotovo smo videli, da je luč osvetlila njeno krmo v trenutku, ko je bila nekje blizu sredine ploščadi. Vsekakor smo videli, da snop svetlobe ni prekril 300 tisoč kilometrov od premca do krme ladje.

Toda potniki na krovu zvezdne ladje so prepričani v nekaj drugega. Prepričani so, da je njihov žarek pokril celotno razdaljo od premca do krme 300 tisoč kilometrov. Konec koncev je za to porabil celo sekundo. Tudi oni so to popolnoma natančno zabeležili na svoje ure. In kako bi lahko bilo drugače: navsezadnje hitrost svetlobe ni odvisna od hitrosti vira ...

Kako to? Vidimo eno stvar s fiksne platforme, drugo pa njim na krovu zvezdne ladje? Kaj je narobe?

Einsteinova teorija relativnosti

Takoj je treba opozoriti: Einsteinova teorija relativnosti na prvi pogled je absolutno v nasprotju z našo ustaljeno predstavo o strukturi sveta. Lahko rečemo, da je tudi v nasprotju z zdravim razumom, saj smo ga vajeni predstavljati. To se je v zgodovini znanosti že večkrat zgodilo.

Toda odkritje sferičnosti Zemlje je bilo v nasprotju z zdravo pametjo. Kako lahko ljudje živijo na nasprotni strani in ne padejo v brezno?

Za nas je sferičnost Zemlje nedvomno dejstvo, z vidika zdrave pameti pa je vsaka druga predpostavka nesmiselna in divja. Toda stopite nazaj iz svojega časa, predstavljajte si prvo pojavnost te ideje in razumeli boste, kako težko bi jo bilo sprejeti.

No, ali je bilo lažje priznati, da Zemlja ni negibna, ampak leti po svoji poti desetkrat hitreje kot topovska krogla?

Vse to so bile razbitine zdrave pameti. Zato ga sodobni fiziki nikoli ne omenjajo.

Zdaj pa nazaj k posebni teoriji relativnosti. Svet jo je prvič prepoznal leta 1905 iz članka, ki ga je podpisalo malo znano ime - Albert Einstein. In takrat je bil star komaj 26 let.

Einstein je iz tega paradoksa naredil zelo preprosto in logično predpostavko: z vidika opazovalca na ploščadi je v premikajočem se avtomobilu minilo manj časa, kot je izmerila vaša zapestna ura. V avtomobilu se je čas upočasnil v primerjavi s časom na mirujoči ploščadi.

Iz te predpostavke so logično sledile precej neverjetne stvari. Izkazalo se je, da oseba, ki potuje v službo s tramvajem, v primerjavi s pešcem, ki hodi po isti poti, zaradi hitrosti ne le prihrani čas, ampak mu gre tudi počasneje.

Vendar ne poskušajte na ta način ohraniti večne mladosti: tudi če postanete voznik kočije in preživite tretjino svojega življenja v tramvaju, boste v 30 letih pridobili komaj več kot milijoninko sekunde. Da bi pridobitev v času postala opazna, se je treba premikati s hitrostjo, ki je blizu svetlobni.

Izkazalo se je, da se povečanje hitrosti teles odraža v njihovi masi. Bolj ko je hitrost telesa bližja svetlobni hitrosti, večja je njegova masa. Pri hitrosti telesa, ki je enaka svetlobni hitrosti, je njegova masa enaka neskončnosti, torej je večja od mase Zemlje, Sonca, Galaksije, celotnega našega Vesolja ... Toliko je masa se lahko skoncentrira v preprost tlak in ga pospeši do hitrosti
Sveta!

To nalaga omejitev, ki nobenemu materialnemu telesu ne omogoča, da razvije hitrost, ki je enaka hitrosti svetlobe. Konec koncev, ko masa raste, jo je vse težje razpršiti. In neskončne mase ni mogoče premakniti z nobeno silo.

Vendar je narava naredila zelo pomembno izjemo od tega zakona za cel razred delcev. Na primer za fotone. Lahko se premikajo s svetlobno hitrostjo. Natančneje, ne morejo se premikati z nobeno drugo hitrostjo. Nepremičnega fotona si je nepredstavljivo predstavljati.

Ko miruje, nima mase. Prav tako nevtrini nimajo mase mirovanja, prav tako pa so obsojeni na večni neomejen let skozi vesolje z največjo možno hitrostjo v našem vesolju, ne da bi prehitevali svetlobo in ji sledili.

Ali ni res, da je vsaka od nas naštetih posledic posebne teorije relativnosti presenetljiva, paradoksalna! In vsak je seveda v nasprotju z "zdravo pametjo"!

Toda tukaj je zanimivo: ne v svoji konkretni obliki, temveč kot široko filozofsko stališče, so vse te neverjetne posledice napovedali ustanovitelji dialektičnega materializma. Kaj pravijo te posledice? O povezavah, ki povezujejo energijo in maso, maso in hitrost, hitrost in čas, hitrost in dolžino premikajočega se predmeta ...

Einsteinovo odkritje medsebojne odvisnosti, kot je cement (več:), ki povezuje armature ali temeljne kamne, je povezalo stvari in pojave, ki so se prej zdeli neodvisni drug od drugega, in ustvarilo temelj, na katerem je prvič v zgodovini znanosti mogoče zgraditi harmonično zgradbo. Ta zgradba je predstavitev delovanja našega vesolja.

Najprej pa vsaj nekaj besed o splošni teoriji relativnosti, ki jo je ustvaril tudi Albert Einstein.

Albert Einstein

To ime - splošna teorija relativnosti - ne ustreza povsem vsebini teorije, o kateri bomo razpravljali. Vzpostavlja soodvisnost med prostorom in materijo. Očitno bi bilo bolj pravilno poimenovati teorija prostor-čas, oz teorija gravitacije.

Toda to ime se je tako zraslo z Einsteinovo teorijo, da se celo postavljati vprašanje zamenjave zdaj mnogim znanstvenikom zdi nespodobno.

Splošna teorija relativnosti je vzpostavila soodvisnost med materijo ter časom in prostorom, ki jo vsebujeta. Izkazalo se je, da si prostora in časa ne le ne moremo predstavljati ločeno od materije, ampak so njune lastnosti odvisne tudi od snovi, ki ju napolnjuje.

Izhodišče razprave

Zato je mogoče le določiti izhodišče razprave in naredi nekaj pomembnih zaključkov.

Na začetku vesoljskega potovanja je nepričakovana katastrofa uničila knjižnico, filmski fond in druga odlagališča uma, spomina ljudi, ki so leteli skozi vesolje. In narava domačega planeta je pozabljena v menjavi stoletij. Pozabljen je celo zakon univerzalne gravitacije, saj raketa leti v medgalaktičnem prostoru, kjer se skoraj ne čuti.

Vendar ladijski motorji delujejo vrhunsko, zaloga energije v baterijah je tako rekoč neomejena. Večino časa se ladja premika po vztrajnosti, njeni prebivalci pa so navajeni breztežnosti. Včasih pa prižgejo motorje in upočasnijo ali pospešijo gibanje ladje. Ko reaktivne šobe z brezbarvnim plamenom vžgejo v praznino in se ladja pospešeno premika, prebivalci čutijo, da njihova telesa postanejo težka, prisiljeni so hoditi po ladji in ne leteti po hodnikih.

In zdaj je let blizu zaključka. Ladja prileti do ene od zvezd in pade v orbite najprimernejšega planeta. Zvezdne ladje ugasnejo, hodijo po svežih zelenih tleh, nenehno doživljajo enak občutek teže, znan iz časa, ko se je ladja premikala s pospešenim tempom.

Toda planet se giblje enakomerno. Ne more leteti proti njim s stalnim pospeškom 9,8 m/s2! In imajo prvo predpostavko, da gravitacijsko polje (gravitacijska sila) in pospešek dajeta enak učinek in imata morda skupno naravo.

Nobeden od naših zemeljskih sodobnikov ni bil na tako dolgem letu, vendar je veliko ljudi občutilo pojav »uteževanja« in »lajšanja« svojega telesa. Že navadno dvigalo, ko se premika s pospešenim tempom, ustvari ta občutek. Pri spuščanju občutite nenadno izgubo teže, pri vzponu, nasprotno, tla pritiskajo na noge z večjo silo kot običajno.

Toda en občutek ne dokazuje ničesar. Navsezadnje nas občutki poskušajo prepričati, da se Sonce giblje na nebu okoli negibne Zemlje, da so vse zvezde in planeti na enaki razdalji od nas, na nebu itd.

Znanstveniki so senzacije podvrgli eksperimentalnemu preverjanju. Tudi Newton je razmišljal o nenavadni identiteti obeh pojavov. Poskušal jim je dati številčne značilnosti. Ko je izmeril gravitacijsko in , je bil prepričan, da so njune vrednosti vedno med seboj strogo enake.

Iz kakršnih koli materialov je izdelal nihala pilotne tovarne: iz srebra, svinca, stekla, soli, lesa, vode, zlata, peska, pšenice. Rezultat je bil enak.

Načelo enakovrednosti, o katerem govorimo, je osnova splošne teorije relativnosti, čeprav sodobna interpretacija teorije tega načela ne potrebuje več. Če izpustimo matematične sklepe, ki izhajajo iz tega načela, preidimo neposredno na nekatere posledice splošne teorije relativnosti.

Prisotnost velikih množic snovi močno vpliva na okoliški prostor. V njem vodi do takšnih sprememb, ki jih lahko opredelimo kot nehomogenosti prostora. Te nehomogenosti usmerjajo gibanje vseh mas, ki so blizu privlačnega telesa.

Običajno se zatečejo k takšni analogiji. Predstavljajte si platno, tesno napeto na okvirju, vzporednem z zemeljsko površino. Nanj položite veliko težo. To bo naša velika privlačna masa. Seveda bo upognila platno in končala v neki vdolbini. Zdaj zavijte kroglo čez to platno tako, da del njene poti leži poleg privlačne mase. Glede na to, kako bo žogica izstreljena, so možne tri možnosti.

1. Žoga bo letela dovolj daleč od vdolbine, ki nastane zaradi odklona platna, in ne bo spremenila svojega gibanja.
2. Žogica se bo dotaknila vdolbine, linije njenega gibanja pa se bodo upognile proti privlačni masi.
3. Žoga bo padla v to luknjo, ne bo mogla iz nje in bo naredila en ali dva obrata okoli gravitacijske mase.

Ali ni res, da tretja možnost zelo lepo modelira, da zvezda ali planet ujame tuje telo, ki je nemarno priletelo v njihovo privlačno polje?

In drugi primer je upogibanje poti telesa, ki leti s hitrostjo, večjo od možne hitrosti zajemanja! Prvi primer je podoben letenju zunaj praktičnega dosega gravitacijskega polja. Da, praktično je, ker je teoretično gravitacijsko polje neomejeno.

Seveda je to zelo oddaljena analogija, predvsem zato, ker si nihče ne more zares predstavljati odklona našega tridimenzionalnega prostora. Kakšen je fizični pomen tega upogiba ali ukrivljenosti, kot pogosto pravijo, nihče ne ve.

Iz splošne teorije relativnosti izhaja, da se lahko vsako materialno telo giblje v gravitacijskem polju le vzdolž ukrivljenih črt. Samo v posebnih primerih se krivulja spremeni v ravno črto.

To pravilo upošteva tudi žarek svetlobe. Konec koncev je sestavljen iz fotonov, ki imajo med letom določeno maso. In gravitacijsko polje vpliva nanj, pa tudi na molekulo, asteroid ali planet.

Drug pomemben zaključek je, da gravitacijsko polje spreminja tudi potek časa. V bližini velike privlačne mase, v močnem gravitacijskem polju, ki ga ustvari, bi moral čas teči počasneje kot stran od nje.

Vidite, in splošna teorija relativnosti je polna paradoksalnih zaključkov, ki lahko vedno znova prevrnejo naše ideje o »zdravi pameti«!

Gravitacijski kolaps

Pogovorimo se o neverjetnem pojavu kozmične narave - o gravitacijskem kolapsu (katastrofalnem stiskanju). Ta pojav se pojavlja v velikanskih kopičenjih snovi, kjer gravitacijske sile dosežejo tako ogromne velikosti, da se jim nobena druga sila, ki obstaja v naravi, ne more upreti.

Spomnite se znamenite Newtonove formule: večja kot je sila teže, manjši je kvadrat razdalje med gravitirajočimi telesi. Tako bolj ko postane tvorba materiala, manjša kot je njegova velikost, hitreje se povečajo gravitacijske sile, bolj neizogiben je njihov uničujoči objem.

Obstaja zvita tehnika, s katero se narava bori z navidez neomejenim stiskanjem snovi. Da bi to naredil, ustavi sam potek časa v sferi delovanja supergigantskih gravitacijskih sil, okovane mase materije pa so tako rekoč izključene iz našega vesolja, zamrznjene v čudnih letargičnih sanjah.

Prva od teh "črnih lukenj" kozmosa je verjetno že bila odkrita. Po domnevi sovjetskih znanstvenikov O. Kh. Huseynova in A. Sh. Novruzova gre za delto Dvojčkov - dvojno zvezdo z eno nevidno komponento.

Vidna komponenta ima maso 1,8 sonca, njen nevidni "partner" pa bi moral biti po izračunih štirikrat masivnejši od vidne. Toda o tem ni nobenih sledi: nemogoče je videti najbolj neverjetno stvaritev narave, "črno luknjo".

Sovjetski znanstvenik profesor K.P. Stanyukovich, kot pravijo, "na konici peresa", je s čisto teoretičnimi konstrukcijami pokazal, da so delci "zamrznjene snovi" lahko zelo raznoliki po velikosti.

• Možne so njegove velikanske formacije, podobne kvazarjem, ki nenehno oddajajo toliko energije, kot jo izžareva vseh 100 milijard zvezd naše Galaksije.
• Možne so veliko skromnejše kepe, enake le nekaj sončnimi masami. Tako ti kot drugi predmeti lahko nastanejo iz navadne, ne "speče" snovi.
• In možne so formacije popolnoma drugega razreda, ki so po masi sorazmerne z osnovnimi delci.

Da nastanejo, je treba snov, ki jih dela, najprej podrediti velikanskemu pritisku in jo zagnati v sfero Schwarzschilda – sfero, kjer se čas za zunanjega opazovalca popolnoma ustavi. In tudi če se po tem pritisk celo odstrani, bodo delci, za katere se je čas ustavil, še naprej obstajali neodvisno od našega Vesolja.

plankeoni

Plankeoni so zelo poseben razred delcev. Po besedah ​​K. P. Stanjukoviča imajo izjemno zanimivo lastnost: v sebi nosijo snov v nespremenjeni obliki, kakršna je bila pred milijoni in milijardami let. Če pogledamo v notranjost plankeona, smo lahko videli materijo, kakršna je bila v času rojstva našega vesolja. Po teoretičnih izračunih je v vesolju približno 1080 plankeonov, približno en plankeon v kocki prostora s stranico 10 centimetrov. Mimogrede, hkrati s Stanjukovičem in (neodvisno od njega je hipotezo o plankeonih postavil akademik M. A. Markov. Le Markov jim je dal drugačno ime - maksimoni.

Posebne lastnosti plankeonov lahko uporabimo tudi za razlago včasih paradoksalnih transformacij elementarnih delcev. Znano je, da ob trku dveh delcev nikoli ne nastanejo drobci, ampak nastanejo drugi elementarni delci. To je res neverjetno: v običajnem svetu, ko razbijemo vazo, nikoli ne bomo dobili celih skodelic ali celo rozet. Toda predpostavimo, da je v globinah vsakega elementarnega delca plankeon, eden ali več, včasih pa tudi veliko plankeonov.

V trenutku trka delcev se tesno zavezana "vreča" plankeona rahlo odpre, nekateri delci bodo "padli" vanjo, namesto da bi "skočili" tisti, za katere menimo, da so nastali med trkom. Hkrati bo plankeon kot prizadevni računovodja poskrbel za vse »ohranjevalne zakone«, sprejete v svetu elementarnih delcev.
No, kaj ima mehanizem univerzalne gravitacije s tem?

"Odgovorni" za gravitacijo so po hipotezi K.P. Stanjukoviča drobni delci, tako imenovani gravitoni, ki jih nenehno oddajajo elementarni delci. Gravitoni so toliko manjši od slednjih, kot je drobec prahu, ki pleše v sončnem žarku, manjši od globusa.

Sevanje gravitonov je podrejeno številnim zakonitostim. Zlasti lažje letijo v to območje vesolja. Ki vsebuje manj gravitonov. To pomeni, da če sta v vesolju dve nebesni telesi, bosta oba sevala gravitone pretežno "navzven", v nasprotni smeri. To ustvarja impulz, ki povzroči, da se telesa približata drug drugemu, da se pritegneta.

Gravitacijska sila je sila, s katero se telesa določene mase privlačijo drug proti drugemu, ki se nahajajo na določeni razdalji drug od drugega.

Angleški znanstvenik Isaac Newton je leta 1867 odkril zakon univerzalne gravitacije. To je eden od temeljnih zakonov mehanike. Bistvo tega zakona je naslednje:vsaka dva materialna delca se med seboj privlačita s silo, ki je neposredno sorazmerna zmnožku njunih mas in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima.

Sila privlačnosti je prva sila, ki jo človek občuti. To je sila, s katero Zemlja deluje na vsa telesa, ki se nahajajo na njeni površini. In vsak človek čuti to silo kot svojo težo.

Zakon gravitacije

Obstaja legenda, da je Newton odkril zakon univerzalne gravitacije povsem po naključju, ko se je zvečer sprehajal po vrtu svojih staršev. Ustvarjalni ljudje so nenehno v iskanju, znanstvena odkritja pa niso takojšen vpogled, temveč plod dolgoletnega miselnega dela. Newton je sedel pod jablano in razmišljal o drugi ideji in nenadoma mu je jabolko padlo na glavo. Newtonu je bilo jasno, da je jabolko padlo zaradi zemeljske gravitacije. »Toda zakaj luna ne pade na Zemljo? mislil je. "To pomeni, da nanj deluje neka druga sila, ki ga drži v orbiti." Takole znani zakon gravitacije.

Znanstveniki, ki so pred tem preučevali rotacijo nebesnih teles, so verjeli, da se nebesna telesa podrejajo nekaterim povsem drugim zakonom. To pomeni, da so domnevali, da na površini Zemlje in v vesolju obstajajo popolnoma različni zakoni privlačnosti.

Newton je združil te domnevne vrste gravitacije. Z analizo Keplerjevih zakonov, ki opisujejo gibanje planetov, je prišel do zaključka, da sila privlačnosti nastane med vsemi telesi. To pomeni, da tako na jabolko, ki je padlo na vrtu, kot na planete v vesolju, vplivajo sile, ki spoštujejo isti zakon - zakon univerzalne gravitacije.

Newton je ugotovil, da Keplerjevi zakoni delujejo le, če med planeti obstaja privlačna sila. In ta sila je neposredno sorazmerna z masami planetov in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi.

Privlačna sila se izračuna po formuli F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 je masa prvega telesa;

m2je masa drugega telesa;

r je razdalja med telesi;

G je koeficient sorazmernosti, ki se imenuje gravitacijska konstanta oz gravitacijska konstanta.

Njegova vrednost je bila določena eksperimentalno. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Če sta dve materialni točki z maso enako enoti mase na razdalji, enaki enoti razdalje, se pritegneta s silo, enako G.

Sile privlačnosti so gravitacijske sile. Imenujejo se tudi gravitacija. Zanje velja zakon univerzalne gravitacije in se pojavljajo povsod, saj imajo vsa telesa maso.

Gravitacija

Gravitacijska sila blizu površine Zemlje je sila, s katero se vsa telesa privlačijo k Zemlji. Pokličejo jo gravitacija. Šteje se za konstantno, če je oddaljenost telesa od zemeljske površine majhna v primerjavi s polmerom Zemlje.

Ker je gravitacija, ki je gravitacijska sila, odvisna od mase in polmera planeta, bo na različnih planetih različna. Ker je polmer Lune manjši od polmera Zemlje, je privlačna sila na Luni 6-krat manjša kot na Zemlji. In na Jupitru, nasprotno, je gravitacija 2,4-krat večja od gravitacije na Zemlji. Toda telesna teža ostaja konstantna, ne glede na to, kje se meri.

Mnogi ljudje zamenjujejo pomen teže in gravitacije, saj verjamejo, da je gravitacija vedno enaka teži. Ampak ni.

Sila, s katero telo pritisne na oporo ali raztegne vzmetenje, je teža. Če odstranimo oporo ali vzmetenje, bo telo začelo padati s pospeškom prostega pada pod delovanjem gravitacije. Sila gravitacije je sorazmerna z maso telesa. Izračuna se po formuliF= m g , kje m- telesna masa, g- pospešek gravitacije.

Telesna teža se lahko spremeni, včasih pa tudi popolnoma izgine. Predstavljajte si, da smo v dvigalu v zgornjem nadstropju. Dvigalo je vredno. V tem trenutku sta naša teža P in sila teže F, s katero nas vleče Zemlja, enaki. Toda takoj, ko se je dvigalo začelo pospešeno premikati navzdol a , teža in gravitacija nista več enaki. Po drugem Newtonovem zakonumg+ P = ma . P \u003d m g -ma.

Iz formule je razvidno, da se je naša teža zmanjševala, ko smo se premikali navzdol.

V trenutku, ko je dvigalo nabralo hitrost in se začelo premikati brez pospeška, je naša teža spet enaka gravitaciji. In ko je dvigalo začelo upočasniti svoje gibanje, pospeševanje a postala negativna in teža se je povečala. Obstaja preobremenitev.

In če se telo premakne navzdol s pospeškom prostega padca, bo teža popolnoma enaka nič.

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

To je stanje breztežnosti.

Torej, brez izjeme, vsa materialna telesa v vesolju upoštevajo zakon univerzalne gravitacije. In planeti okoli Sonca in vsa telesa, ki so blizu površine Zemlje.

16.-17. stoletja mnogi upravičeno imenujejo eno najslavnejših obdobij na svetu, v tem času so bili v veliki meri postavljeni temelji, brez katerih bi bil nadaljnji razvoj te znanosti preprosto nepredstavljiv. Kopernik, Galileo, Kepler so naredili veliko delo, da so fiziko razglasili za znanost, ki lahko odgovori na skoraj vsako vprašanje. V celi vrsti odkritij loči zakon univerzalne gravitacije, katerega končna formulacija pripada izjemnemu angleškemu znanstveniku Isaacu Newtonu.

Glavni pomen del tega znanstvenika ni bil v njegovem odkritju sile univerzalne gravitacije - tako Galileo kot Kepler sta o prisotnosti te količine govorila že pred Newtonom, ampak v tem, da je bil prvi, ki je dokazal, da je enako sile delujejo tako na Zemlji kot v vesolju enake sile interakcije med telesi.

Newton je v praksi potrdil in teoretično utemeljil dejstvo, da absolutno vsa telesa v vesolju, vključno s tistimi, ki se nahajajo na Zemlji, medsebojno delujejo. Ta interakcija se imenuje gravitacija, medtem ko se sam proces univerzalne gravitacije imenuje gravitacija.
Ta interakcija se pojavi med telesi, ker obstaja posebna vrsta snovi, za razliko od drugih, ki se v znanosti imenuje gravitacijsko polje. To polje obstaja in deluje okoli vsakega predmeta, medtem ko pred njim ni zaščite, saj ima neprimerljivo sposobnost prodiranja v vse materiale.

Sila univerzalne gravitacije, katere definicijo in formulacijo je dal, je neposredno odvisna od produkta mas medsebojno delujočih teles in obratno od kvadrata razdalje med temi predmeti. Po Newtonu, ki je neizpodbitno potrjeno s praktičnimi raziskavami, je sila univerzalne gravitacije najdena z naslednjo formulo:

V njem je še posebej pomembna gravitacijska konstanta G, ki je približno enaka 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

Gravitacijska sila, s katero se telesa privlačijo k Zemlji, je poseben primer Newtonovega zakona in se imenuje gravitacija. V tem primeru je mogoče zanemariti gravitacijsko konstanto in maso same Zemlje, zato bo formula za iskanje sile gravitacije videti takole:

Tukaj g ni nič drugega kot pospešek, katerega številčna vrednost je približno enaka 9,8 m/s2.

Newtonov zakon ne razlaga le procesov, ki se dogajajo neposredno na Zemlji, ampak daje odgovor na številna vprašanja, povezana s strukturo celotnega sončnega sistema. Zlasti sila univerzalne gravitacije med ima odločilni vpliv na gibanje planetov v njihovih orbitah. Teoretični opis tega gibanja je podal Kepler, vendar je njegova utemeljitev postala mogoča šele po tem, ko je Newton oblikoval svoj slavni zakon.

Newton je sam povezal pojave zemeljske in nezemeljske gravitacije na preprostem primeru: ko je izstreljen iz nje, ne leti naravnost, ampak po ločni poti. Hkrati bo s povečanjem naboja smodnika in mase jedra slednji letel vedno dlje. Končno, če predpostavimo, da je mogoče pridobiti toliko smodnika in izdelati tak top, da bo topovska krogla letela po vsem svetu, potem se po tem gibanju ne bo ustavila, ampak bo nadaljevala svoje krožno (elipsoidno) gibanje, zaradi česar je sila univerzalne gravitacije v naravi enaka tako na Zemlji kot v vesolju.

DEFINICIJA

Zakon univerzalne gravitacije je odkril I. Newton:

Dve telesi se med seboj privlačita z , kar je neposredno sorazmerno z njihovim produktom in obratno sorazmerno s kvadratom razdalje med njima:

Opis zakona gravitacije

Koeficient je gravitacijska konstanta. V sistemu SI ima gravitacijska konstanta vrednost:

Ta konstanta je, kot je razvidno, zelo majhna, zato so tudi gravitacijske sile med telesi z majhnimi masami majhne in jih praktično ne čutimo. Vendar pa je gibanje kozmičnih teles popolnoma odvisno od gravitacije. Prisotnost univerzalne gravitacije ali, z drugimi besedami, gravitacijske interakcije pojasnjuje, kaj Zemlja in planeti "držijo" in zakaj se gibljejo okoli Sonca po določenih trajektorijah in ne odletijo od njega. Zakon univerzalne gravitacije nam omogoča, da določimo številne značilnosti nebesnih teles - mase planetov, zvezd, galaksij in celo črnih lukenj. Ta zakon nam omogoča, da z veliko natančnostjo izračunamo orbite planetov in ustvarimo matematični model vesolja.

S pomočjo zakona univerzalne gravitacije je mogoče izračunati tudi kozmične hitrosti. Na primer, najmanjša hitrost, pri kateri telo, ki se giblje vodoravno nad zemeljsko površino, ne bo padlo nanjo, ampak se bo gibalo po krožni orbiti, je 7,9 km/s (prva vesoljska hitrost). Da bi zapustili Zemljo, t.j. da bi premagalo svojo gravitacijsko privlačnost, mora imeti telo hitrost 11,2 km / s (druga kozmična hitrost).

Gravitacija je eden najbolj neverjetnih naravnih pojavov. V odsotnosti gravitacijskih sil bi bil obstoj Vesolja nemogoč, vesolje sploh ne bi moglo nastati. Gravitacija je odgovorna za številne procese v vesolju - njegovo rojstvo, obstoj reda namesto kaosa. Narava gravitacije še vedno ni popolnoma razumljena. Do danes še nihče ni uspel razviti vrednega mehanizma in modela gravitacijske interakcije.

Gravitacija

Poseben primer manifestacije gravitacijskih sil je gravitacija.

Gravitacija je vedno usmerjena navpično navzdol (proti središču Zemlje).

Če na telo deluje sila teže, potem telo deluje. Vrsta gibanja je odvisna od smeri in modula začetne hitrosti.

Vsak dan se spopadamo s silo gravitacije. , čez nekaj časa je na tleh. Knjiga, izpuščena iz rok, pade dol. Ko skoči, človek ne odleti v vesolje, ampak pade na tla.

Če upoštevamo prosti padec telesa blizu zemeljske površine kot posledica gravitacijske interakcije tega telesa z Zemljo, lahko zapišemo:

od kod pospešek prostega padca:

Pospešek prostega padca ni odvisen od mase telesa, ampak je odvisen od višine telesa nad Zemljo. Globus je na polih rahlo sploščen, zato so telesa blizu polov nekoliko bližje središču zemlje. V zvezi s tem je pospešek prostega pada odvisen od zemljepisne širine območja: na polu je nekoliko večji kot na ekvatorju in drugih zemljepisnih širinah (na ekvatorju m / s, na ekvatorju severnega pola m / s.

Ista formula vam omogoča, da najdete pospešek prostega padca na površini katerega koli planeta z maso in polmerom.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1 (problem "tehtanja" Zemlje)

Vaja	Polmer Zemlje je km, pospešek prostega pada na površini planeta je m/s. Na podlagi teh podatkov ocenite približno maso Zemlje.
Odločitev	Pospešek prostega pada na površju Zemlje: od kod je masa Zemlje: V sistemu C je polmer Zemlje m. Če v formulo nadomestimo številčne vrednosti fizikalnih veličin, ocenimo maso Zemlje:
Odgovori	Masa Zemlje kg.

PRIMER 2

Vaja	Zemljin satelit se giblje po krožni orbiti na višini 1000 km od zemeljskega površja. Kako hitro se premika satelit? Koliko časa traja, da satelit naredi en popoln obrat okoli Zemlje?
Odločitev	Glede na , je sila, ki deluje na satelit s strani Zemlje, enaka produktu mase satelita in pospeška, s katerim se premika: S strani zemlje na satelit deluje sila gravitacijske privlačnosti, ki je po zakonu univerzalne gravitacije enaka: kjer in sta masi satelita in Zemlje. Ker je satelit na določeni višini nad površino Zemlje, je razdalja od njega do središča Zemlje: kje je polmer zemlje.