แรงโน้มถ่วง กฎแรงโน้มถ่วง

ทำไมหินที่ปล่อยจากมือถึงตกลงมาที่พื้น? เพราะมันดึงดูดโดยโลก พวกคุณแต่ละคนจะบอกว่า อันที่จริงหินตกลงสู่พื้นโลกด้วยความเร่ง ตกฟรี. ดังนั้น แรงที่พุ่งตรงมายังโลกจึงทำปฏิกิริยากับหินจากด้านข้างของโลก ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน หินยังทำหน้าที่บนโลกด้วยโมดูลัสของแรงเดียวกันที่พุ่งเข้าหาหิน กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงดึงดูดซึ่งกันและกันกระทำระหว่างโลกกับหิน

นิวตันเป็นคนแรกที่เดาได้ก่อนแล้วจึงพิสูจน์โดยเคร่งครัดว่าเหตุผลที่ทำให้หินตกลงมาสู่พื้นโลก การเคลื่อนที่ของดวงจันทร์รอบโลกและดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์เป็นหนึ่งเดียวกัน นี่คือแรงดึงดูดที่กระทำระหว่างวัตถุใดๆ ของจักรวาล นี่คือแนวทางการใช้เหตุผลของเขาในงานหลักของนิวตัน "หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ":

“หินที่ถูกขว้างในแนวนอนจะเบี่ยงเบนไปภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงจากเส้นทางตรง และเมื่ออธิบายวิถีโคจรโค้งแล้ว ก็จะตกลงสู่พื้นโลกในที่สุด หากคุณโยนมันด้วยความเร็วสูง มันก็จะตกลงไปอีก” (รูปที่ 1)

ต่อจากเหตุผลนี้ นิวตันก็ได้ข้อสรุปว่าถ้าไม่ใช่เพราะแรงต้านของอากาศ วิถีของหินที่ขว้างออกไป ภูเขาสูงด้วยความเร็วระดับหนึ่ง อาจกลายเป็นระดับที่มันจะไม่ไปถึงพื้นผิวโลกเลย แต่จะเคลื่อนที่ไปรอบๆ "เหมือนกับที่ดาวเคราะห์อธิบายวงโคจรของพวกมันในท้องฟ้า"

ตอนนี้เราคุ้นเคยกับการเคลื่อนที่ของดาวเทียมรอบโลกมากจนไม่จำเป็นต้องอธิบายความคิดของนิวตันอย่างละเอียดอีกต่อไป

ตามข้อมูลของนิวตัน การเคลื่อนที่ของดวงจันทร์รอบโลกหรือดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ก็เป็นการตกอย่างอิสระเช่นกัน แต่เป็นการตกที่คงอยู่โดยไม่หยุดเป็นเวลาหลายพันล้านปี สาเหตุของการ "ตก" เช่นนี้ (ไม่ว่าเราจะพูดถึงการล่มสลายของหินธรรมดาบนโลกจริง ๆ หรือการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในวงโคจรของมัน) ก็คือแรง แรงโน้มถ่วง. พลังนี้ขึ้นอยู่กับอะไร?

การพึ่งพาแรงโน้มถ่วงต่อมวลของร่างกาย

กาลิเลโอพิสูจน์ว่าในช่วงตกอย่างอิสระ โลกแจ้งร่างกายทั้งหมดใน สถานที่นี้ความเร่งเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงมวล แต่ความเร่งตามกฎข้อที่สองของนิวตันนั้นแปรผกผันกับมวล เราจะอธิบายได้อย่างไรว่าความเร่งที่ส่งให้กับวัตถุโดยแรงโน้มถ่วงของโลกนั้นเท่ากันสำหรับทุกร่างกาย สิ่งนี้เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อแรงดึงดูดสู่โลกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกาย ในกรณีนี้ การเพิ่มขึ้นของมวล m เช่น คูณสองจะทำให้โมดูลัสของแรงเพิ่มขึ้น Fเป็นสองเท่า และความเร่ง ซึ่งเท่ากับ \(a = \frac (F)(m)\) จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง สรุปข้อสรุปนี้สำหรับแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุใดๆ เราสรุปได้ว่าแรงโน้มถ่วงสากลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกายที่แรงนี้กระทำ

แต่อย่างน้อยสองหน่วยงานก็มีส่วนร่วมในแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แต่ละคนอยู่ภายใต้โมดูลัสของแรงโน้มถ่วงเท่ากัน ดังนั้นแรงเหล่านี้แต่ละอย่างจึงต้องเป็นสัดส่วนกับมวลของวัตถุหนึ่งและมวลของอีกวัตถุหนึ่ง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงสากลระหว่างวัตถุทั้งสองจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวล:

\(F \sim m_1 \cdot m_2\)

การพึ่งพาแรงโน้มถ่วงในระยะห่างระหว่างวัตถุ

จากประสบการณ์เป็นที่ทราบกันดีว่าอัตราเร่งของการตกอย่างอิสระคือ 9.8 m / s 2 และเหมือนกันสำหรับวัตถุที่ตกลงมาจากความสูง 1, 10 และ 100 ม. นั่นคือไม่ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างร่างกาย และแผ่นดิน นี่ดูเหมือนจะหมายความว่าแรงนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะทาง แต่นิวตันเชื่อว่าไม่ควรวัดระยะทางจากพื้นผิว แต่ควรวัดจากศูนย์กลางของโลก แต่รัศมีของโลกคือ 6400 กม. เป็นที่ชัดเจนว่าหลายสิบ หลายร้อย หรือหลายพันเมตรเหนือพื้นผิวโลกไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าของการเร่งการตกอย่างอิสระได้อย่างเห็นได้ชัด

เพื่อค้นหาว่าระยะห่างระหว่างวัตถุส่งผลต่อแรงดึงดูดซึ่งกันและกันอย่างไร จำเป็นต้องค้นหาว่าความเร่งของวัตถุที่อยู่ห่างไกลจากโลกในระยะทางที่ไกลพอสมควรเป็นเท่าใด อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะสังเกตและศึกษาการตกอย่างอิสระของร่างกายจากความสูงหลายพันกิโลเมตรเหนือพื้นโลก แต่ธรรมชาติเข้ามาช่วยเหลือที่นี่ และทำให้สามารถระบุความเร่งของวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบโลกได้ ดังนั้นจึงมีความเร่งสู่ศูนย์กลางซึ่งแน่นอนว่าเกิดจากแรงดึงดูดแบบเดียวกันกับโลก ร่างกายดังกล่าวเป็นดาวเทียมตามธรรมชาติของโลก - ดวงจันทร์ หากแรงดึงดูดระหว่างโลกกับดวงจันทร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างกัน ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์จะเท่ากับความเร่งของวัตถุที่ตกลงมาอย่างอิสระใกล้พื้นผิวโลก ในความเป็นจริง ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์คือ 0.0027 m/s 2 .

มาพิสูจน์กัน. การปฏิวัติของดวงจันทร์รอบโลกเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงระหว่างกัน วงโคจรของดวงจันทร์โดยประมาณนั้นถือได้ว่าเป็นวงกลม ดังนั้น โลกจึงให้ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์ คำนวณโดยสูตร \(a = \frac (4 \pi^2 \cdot R)(T^2)\) โดยที่ R- รัศมีวงโคจรของดวงจันทร์เท่ากับประมาณ 60 รัศมีของโลก ตู่≈ 27 วัน 7 ชั่วโมง 43 นาที ≈ 2.4∙10 6 วินาที คือช่วงเวลาที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก เนื่องจากรัศมีของโลก Rชั่วโมง ≈ 6.4∙10 6 ม. เราได้ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์เท่ากับ:

\(a = \frac (4 \pi^2 \cdot 60 \cdot 6.4 \cdot 10^6)((2.4 \cdot 10^6)^2) \ประมาณ 0.0027\) m/s 2

ค่าความเร่งที่พบจะน้อยกว่าความเร่งของการตกอย่างอิสระของวัตถุใกล้พื้นผิวโลก (9.8 m/s 2) ประมาณ 3600 = 60 2 เท่า

ดังนั้น ระยะห่างระหว่างร่างกายกับโลกเพิ่มขึ้น 60 เท่า ส่งผลให้ความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลกลดลง และด้วยเหตุนี้ แรงโน้มถ่วงเองถึง 60 เท่า

จึงตามมา ข้อสรุปที่สำคัญ: ความเร่งที่ส่งไปยังวัตถุโดยแรงดึงดูดสู่โลกลดลงในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างถึงศูนย์กลางของโลก

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

กฎแรงโน้มถ่วง

ในปี ค.ศ. 1667 นิวตันได้กำหนดกฎความโน้มถ่วงสากลในที่สุด:

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

แรงดึงดูดซึ่งกันและกันของวัตถุทั้งสองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของวัตถุเหล่านี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง.

ปัจจัยสัดส่วน จีเรียกว่า ค่าคงที่โน้มถ่วง.

กฎแรงโน้มถ่วงใช้ได้เฉพาะกับร่างกายที่มีขนาดที่เล็กเล็กน้อยเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างพวกเขา กล่าวอีกนัยหนึ่งมันยุติธรรมเท่านั้น สำหรับคะแนนวัสดุ. ในกรณีนี้ แรงของปฏิสัมพันธ์โน้มถ่วงจะพุ่งไปตามเส้นที่เชื่อมจุดเหล่านี้ (รูปที่ 2) กองกำลังดังกล่าวเรียกว่าศูนย์กลาง

ในการหาแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุหนึ่งจากด้านข้างของวัตถุอื่น ในกรณีที่ไม่สามารถละเลยขนาดของวัตถุได้ ให้ดำเนินการดังนี้ ร่างกายทั้งสองถูกแบ่งทางจิตใจออกเป็นองค์ประกอบเล็ก ๆ ที่แต่ละคนถือได้ว่าเป็นประเด็น การเพิ่มแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อแต่ละองค์ประกอบของวัตถุที่กำหนดจากองค์ประกอบทั้งหมดของวัตถุอื่น เราจะได้แรงที่กระทำต่อองค์ประกอบนี้ (รูปที่ 3) เมื่อดำเนินการดังกล่าวกับแต่ละองค์ประกอบของวัตถุที่กำหนดและเพิ่มแรงที่เป็นผล พวกเขาพบแรงโน้มถ่วงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุนี้ งานนี้ยาก

อย่างไรก็ตาม มีกรณีที่สำคัญอย่างหนึ่งเมื่อสูตร (1) ใช้กับเนื้อหาเพิ่มเติม สามารถพิสูจน์ได้ว่าวัตถุทรงกลมซึ่งมีความหนาแน่นขึ้นอยู่กับระยะห่างจากศูนย์กลางเท่านั้น ที่ระยะห่างระหว่างวัตถุที่มากกว่าผลรวมของรัศมี ดึงดูดด้วยแรงซึ่งโมดูลถูกกำหนดโดยสูตร (1) ในกรณีนี้ Rคือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของลูกบอล

และสุดท้ายเนื่องจากขนาดของวัตถุที่ตกลงสู่พื้นโลกนั้นมีมากมาย ขนาดเล็กลงโลกแล้ววัตถุเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นวัตถุที่มีจุด จากนั้นภายใต้ Rในสูตร (1) เราควรเข้าใจระยะทางจากวัตถุที่กำหนดไปยังศูนย์กลางของโลก

แรงดึงดูดซึ่งกันและกันระหว่างวัตถุทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับร่างกาย (มวลของพวกมัน) และระยะห่างระหว่างพวกมัน

ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่โน้มถ่วง

จากสูตร (1) เราพบว่า

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

ตามมาว่าหากระยะห่างระหว่างวัตถุมีค่าเท่ากับหนึ่ง ( R= 1 m) และมวลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ก็เท่ากับความสามัคคี ( ม 1 = ม 2 = 1 กิโลกรัม) จากนั้นค่าคงที่โน้มถ่วงจะเท่ากับตัวเลขเท่ากับโมดูลัสของแรง F. ดังนั้น ( ความหมายทางกายภาพ ),

ค่าคงที่โน้มถ่วงเป็นตัวเลขเท่ากับโมดูลัสของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุที่มีมวล 1 กิโลกรัมจากวัตถุอื่นที่มีมวลเท่ากันโดยมีระยะห่างระหว่างวัตถุเท่ากับ 1 เมตร.

ใน SI ค่าคงตัวโน้มถ่วงแสดงเป็น

.

ประสบการณ์คาเวนดิช

ค่าคงที่โน้มถ่วง จีสามารถพบได้ในเชิงประจักษ์เท่านั้น ในการทำเช่นนี้ คุณต้องวัดโมดูลัสของแรงโน้มถ่วง F, ออกฤทธิ์ต่อมวลกาย มน้ำหนักตัว 1 ข้าง ม 2 ในระยะทางที่รู้จัก Rระหว่างร่างกาย

การวัดค่าคงที่โน้มถ่วงครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 ประมาณการ แม้ว่าจะคร่าวๆ ก็ตาม มูลค่า จีในเวลานั้นประสบความสำเร็จเนื่องจากการพิจารณาแรงดึงดูดของลูกตุ้มไปยังภูเขาซึ่งมวลถูกกำหนดโดยวิธีการทางธรณีวิทยา

การวัดค่าคงที่โน้มถ่วงที่แม่นยำนั้นเกิดขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1798 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ จี. คาเวนดิช โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าสมดุลทอร์ชัน แผนผังความสมดุลของแรงบิดแสดงในรูปที่ 4

คาเวนดิชแก้ไขลูกตะกั่วขนาดเล็กสองลูก (เส้นผ่านศูนย์กลางและชั่งน้ำหนัก 5 ซม.) ม 1 = 775 ก. แต่ละตัว) ที่ปลายอีกด้านของแท่งยาวสองเมตร คันถูกแขวนไว้บนลวดเส้นเล็ก สำหรับเส้นลวดนี้ แรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นเมื่อบิดผ่านมุมต่างๆ ถูกกำหนดเบื้องต้น ลูกตะกั่วขนาดใหญ่สองลูก (เส้นผ่านศูนย์กลางและน้ำหนัก 20 ซม.) ม 2 = 49.5 กก.) นำเข้าใกล้ลูกบอลขนาดเล็กได้ แรงดึงดูดจากลูกบอลขนาดใหญ่บังคับให้ลูกบอลขนาดเล็กเคลื่อนเข้าหาพวกเขา ขณะที่ลวดที่ยืดออกจะบิดเล็กน้อย ระดับการบิดเป็นการวัดแรงกระทำระหว่างลูกบอล มุมบิดของเส้นลวด (หรือการหมุนของแกนที่มีลูกเล็กๆ) กลับกลายเป็นว่าเล็กมากจนต้องวัดโดยใช้หลอดออปติคัล ผลลัพธ์ที่ได้จากคาเวนดิชนั้นแตกต่างเพียง 1% จากค่าคงที่โน้มถ่วงที่ยอมรับในปัจจุบัน:

G ≈ 6.67∙10 -11 (N∙m 2) / กก. 2

ดังนั้นแรงดึงดูดของวัตถุสองชิ้นที่มีน้ำหนัก 1 กก. แต่ละตัวซึ่งอยู่ห่างจากกัน 1 เมตรจะมีเพียง 6.67∙10 -11 N ในโมดูล นี่เป็นแรงที่น้อยมาก เฉพาะในกรณีที่วัตถุที่มีมวลมหาศาลมีปฏิสัมพันธ์ (หรืออย่างน้อยมวลของวัตถุหนึ่งมีขนาดใหญ่) แรงโน้มถ่วงจะมีขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น โลกดึงดวงจันทร์ด้วยแรง F≈ 2∙10 20 น.

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่ "อ่อนแอที่สุด" ของแรงธรรมชาติทั้งหมด เนื่องจากค่าคงที่โน้มถ่วงมีขนาดเล็ก แต่ด้วยมวลมหาศาลของวัตถุในจักรวาล แรงดึงดูดของจักรวาลจึงมีขนาดใหญ่มาก กองกำลังเหล่านี้ทำให้ดาวเคราะห์ทั้งหมดอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์

ความหมายของกฎแรงโน้มถ่วง

กฎความโน้มถ่วงสากลรองรับกลศาสตร์ท้องฟ้า - ศาสตร์แห่งการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ด้วยความช่วยเหลือของกฎนี้ ตำแหน่งของเทห์ฟากฟ้าในนภาเป็นเวลาหลายทศวรรษที่จะมาถึงนั้นถูกกำหนดด้วยความแม่นยำอย่างยิ่งและคำนวณวิถีของมัน กฎความโน้มถ่วงสากลยังใช้ในการคำนวณการเคลื่อนที่ด้วย ดาวเทียมประดิษฐ์ยานพาหนะอัตโนมัติของโลกและระหว่างดาวเคราะห์

การรบกวนในการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์. ดาวเคราะห์ไม่ได้เคลื่อนที่อย่างเคร่งครัดตามกฎหมายของเคปเลอร์ กฎของเคปเลอร์จะถูกปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัดสำหรับการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ดวงหนึ่งก็ต่อเมื่อดาวเคราะห์ดวงนี้โคจรรอบดวงอาทิตย์เพียงดวงเดียว แต่มีดาวเคราะห์หลายดวงในระบบสุริยะซึ่งทั้งหมดถูกดึงดูดโดยดวงอาทิตย์และกันและกัน ดังนั้นจึงมีการรบกวนในการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ในระบบสุริยะ การก่อกวนมีน้อย เนื่องจากแรงดึงดูดของดาวเคราะห์โดยดวงอาทิตย์นั้นแรงดึงดูดมากกว่าการดึงดูดของดาวเคราะห์ดวงอื่นมาก เมื่อคำนวณตำแหน่งที่ชัดเจนของดาวเคราะห์ ต้องคำนึงถึงการก่อกวนด้วย เมื่อปล่อยเทห์ฟากฟ้าเทียมและเมื่อคำนวณวิถีของพวกมัน พวกเขาใช้ทฤษฎีโดยประมาณของการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้า - ทฤษฎีการก่อกวน

การค้นพบดาวเนปจูน. ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของชัยชนะของกฎความโน้มถ่วงสากลคือการค้นพบดาวเนปจูน ในปี ค.ศ. 1781 นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม เฮอร์เชล ค้นพบดาวยูเรนัส วงโคจรของมันถูกคำนวณและตารางตำแหน่งของดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกรวบรวมมาหลายปีแล้ว อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบตารางนี้ซึ่งดำเนินการในปี พ.ศ. 2383 พบว่าข้อมูลแตกต่างจากความเป็นจริง

นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำว่าความเบี่ยงเบนในการเคลื่อนที่ของดาวยูเรนัสนั้นเกิดจากการดึงดูดของดาวเคราะห์ที่ไม่รู้จักซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าดาวยูเรนัส เมื่อทราบความเบี่ยงเบนจากวิถีโคจรที่คำนวณได้ (การรบกวนในการเคลื่อนที่ของดาวยูเรนัส) ชาวอังกฤษอดัมส์และชาวฝรั่งเศสเลเวอร์เรียร์โดยใช้กฎความโน้มถ่วงสากลคำนวณตำแหน่งของดาวเคราะห์ดวงนี้บนท้องฟ้า อดัมส์เสร็จสิ้นการคำนวณก่อนหน้านี้ แต่ผู้สังเกตการณ์ที่เขารายงานผลของเขาไม่รีบร้อนที่จะตรวจสอบ ระหว่างนั้น เลเวอร์เรียร์เมื่อคำนวณเสร็จแล้ว ได้ชี้ให้นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อฮัลลีทราบถึงสถานที่ที่จะค้นหาดาวเคราะห์ที่ไม่รู้จัก ในคืนวันแรกวันที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2389 ฮัลเลชี้กล้องดูดาวไปที่ ระบุสถานที่, ค้นพบ ดาวเคราะห์ดวงใหม่. พวกเขาตั้งชื่อเธอว่าดาวเนปจูน

ในทำนองเดียวกัน เมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2473 ได้มีการค้นพบดาวพลูโต การค้นพบทั้งสองนี้ได้รับการกล่าวขานว่าเกิดขึ้น "ที่ปลายปากกา"

เมื่อใช้กฎความโน้มถ่วงสากล คุณสามารถคำนวณมวลของดาวเคราะห์และดาวเทียมของพวกมันได้ อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การขึ้นและการไหลของน้ำในมหาสมุทร และอื่นๆ อีกมากมาย

แรงดึงดูดสากลนั้นเป็นแรงธรรมชาติที่เป็นสากลมากที่สุด พวกมันทำหน้าที่ระหว่างวัตถุใด ๆ ที่มีมวล และร่างกายทั้งหมดมีมวล ไม่มีอุปสรรคต่อแรงโน้มถ่วง พวกเขากระทำผ่านร่างกายใด ๆ

วรรณกรรม

1. กิโคอิน ไอ.เค. กิโคอิน เอ.เค. ฟิสิกส์: Proc. สำหรับ 9 เซลล์ เฉลี่ย โรงเรียน - ม.: ตรัสรู้, 2535. - 191 น.
2. ฟิสิกส์: กลศาสตร์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10: Proc. เพื่อการศึกษาเชิงลึกฟิสิกส์ / MM. บาลาซอฟ, เอ.ไอ. โกโมโนวา เอบี Dolitsky และอื่น ๆ ; เอ็ด กย. มิยาคิเชฟ. – ม.: บัสตาร์ด, 2545 – 496 น.

คุณจะแขวนฉันด้วยกฎหมายอะไร
- และเราแขวนคอทุกคนตามกฎเดียว - กฎความโน้มถ่วงสากล

กฎแรงโน้มถ่วง

ปรากฏการณ์ของแรงโน้มถ่วงคือกฎความโน้มถ่วงสากล วัตถุสองชิ้นกระทำต่อกันด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง และเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของวัตถุเหล่านั้น

ในทางคณิตศาสตร์เราสามารถแสดงกฎอันยิ่งใหญ่นี้โดยสูตร

แรงโน้มถ่วงกระทำในระยะทางกว้างใหญ่ในจักรวาล แต่นิวตันแย้งว่าวัตถุทั้งหมดถูกดึงดูดซึ่งกันและกัน จริงหรือไม่ที่วัตถุสองชิ้นดึงดูดกัน? ลองนึกภาพ เป็นที่ทราบกันดีว่าโลกดึงดูดให้คุณนั่งบนเก้าอี้ แต่คุณเคยคิดบ้างไหมว่าคอมพิวเตอร์และเมาส์ดึงดูดซึ่งกันและกัน? หรือดินสอกับปากกาบนโต๊ะ? ในกรณีนี้ เราแทนที่มวลของปากกา มวลของดินสอลงในสูตร หารด้วยกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน โดยคำนึงถึงค่าคงที่โน้มถ่วง เราจะได้แรงดึงดูดซึ่งกันและกัน แต่มันจะออกมาเล็กมาก (เนื่องจากปากกาและดินสอจำนวนเล็กน้อย) จนเราไม่รู้สึกว่ามีอยู่ อีกอย่างคือเมื่อ เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับโลกและเก้าอี้ หรือดวงอาทิตย์และโลก มวลมีความสำคัญ ซึ่งหมายความว่าเราสามารถประเมินผลของแรงได้แล้ว

ลองคิดถึงการเร่งความเร็วการตกอย่างอิสระ นี่คือการทำงานของกฎแรงดึงดูด ภายใต้การกระทำของแรง ร่างกายจะเปลี่ยนความเร็วให้ช้าลง มวลยิ่งมากขึ้น เป็นผลให้ร่างกายทั้งหมดตกลงสู่พื้นโลกด้วยความเร่งเท่ากัน

อะไรคือสาเหตุของพลังพิเศษที่มองไม่เห็นนี้? จนถึงปัจจุบันสนามโน้มถ่วงเป็นที่รู้จักและได้รับการพิสูจน์แล้ว คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับธรรมชาติของสนามโน้มถ่วงได้ในเนื้อหาเพิ่มเติมในหัวข้อ

คิดว่าแรงโน้มถ่วงคืออะไร มาจากไหน? มันแสดงถึงอะไร? ท้ายที่สุดแล้ว เป็นไปไม่ได้ที่ดาวเคราะห์จะมองดวงอาทิตย์ เห็นว่าห่างออกไปเท่าใด คำนวณกำลังสองผกผันของระยะทางตามกฎหมายนี้?

ทิศทางของแรงโน้มถ่วง

มีสองร่าง สมมุติว่าร่าง A และ B ร่างกาย A ดึงดูดร่างกาย B แรงที่ร่างกาย A กระทำต่อร่างกาย B และมุ่งตรงไปยังร่างกาย A นั่นคือ "ดึง" ร่างกาย B แล้วดึงเข้าหาตัวเอง . ร่างกาย B "ทำ" สิ่งเดียวกันกับร่างกาย A

ทุกร่างกายถูกดึงดูดโดยโลก โลก "รับ" ร่างกายแล้วดึงเข้าหาศูนย์กลาง ดังนั้นแรงนี้จะถูกขับลงในแนวตั้งเสมอและถูกนำไปใช้จากจุดศูนย์ถ่วงของร่างกายซึ่งเรียกว่าแรงโน้มถ่วง

สิ่งสำคัญที่ต้องจำ

วิธีการบางอย่างของการสำรวจทางธรณีวิทยา การทำนายกระแสน้ำ และการคำนวณการเคลื่อนที่ของดาวเทียมเทียมและสถานีอวกาศ การคำนวณตำแหน่งของดาวเคราะห์ในช่วงต้น

เราสามารถตั้งค่าการทดลองดังกล่าวด้วยตัวเองโดยไม่เดาได้ไหมว่าดาวเคราะห์ วัตถุต่างๆ ถูกดึงดูดหรือไม่?

ประสบการณ์ตรงดังกล่าวทำให้ คาเวนดิช (Henry Cavendish (1731-1810) - นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอังกฤษ)โดยใช้อุปกรณ์ที่แสดงในรูป แนวความคิดคือการแขวนไม้เรียวที่มีลูกบอลสองลูกบนด้ายควอทซ์บางๆ แล้วนำลูกตะกั่วขนาดใหญ่สองลูกมาไว้ด้านข้าง แรงดึงดูดของลูกบอลจะบิดเกลียวเล็กน้อย - เล็กน้อยเพราะแรงดึงดูดระหว่างวัตถุธรรมดานั้นอ่อนมาก ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือดังกล่าว คาเวนดิชสามารถวัดแรง ระยะทางและขนาดของมวลทั้งสองได้โดยตรง ดังนั้นจึงกำหนด ค่าคงตัวโน้มถ่วง G.

การค้นพบค่าคงที่ความโน้มถ่วง G ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของสนามโน้มถ่วงในอวกาศ ทำให้สามารถระบุมวลของโลก ดวงอาทิตย์ และวัตถุท้องฟ้าอื่นๆ ได้ ดังนั้นคาเวนดิชจึงเรียกประสบการณ์ของเขาว่า "การชั่งน้ำหนักโลก"

ที่น่าสนใจคือ กฎฟิสิกส์ต่างๆ ก็มีบ้าง คุณสมบัติทั่วไป. มาดูกฎของไฟฟ้ากัน (แรงคูลอมบ์) แรงไฟฟ้ายังเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะทาง แต่ระหว่างประจุ และความคิดก็เกิดขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจว่ารูปแบบนี้มีความหมายลึกซึ้ง จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครสามารถแสดงแรงโน้มถ่วงและกระแสไฟฟ้าเป็นสองอาการที่แตกต่างกันของสาระสำคัญเดียวกันได้

แรงที่นี่ยังแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง แต่ความแตกต่างในขนาดของแรงไฟฟ้าและแรงโน้มถ่วงนั้นน่าทึ่งมาก กำลังพยายามติดตั้ง ลักษณะทั่วไปแรงดึงดูดและไฟฟ้า เราพบว่าแรงไฟฟ้าเหนือกว่าแรงโน้มถ่วงมากจนไม่น่าเชื่อว่าทั้งสองมีแหล่งกำเนิดเดียวกัน คุณจะพูดได้อย่างไรว่าอันหนึ่งแข็งแกร่งกว่าอีกอันหนึ่ง? ท้ายที่สุดแล้วทั้งหมดขึ้นอยู่กับมวลและประจุคืออะไร การโต้เถียงว่าแรงโน้มถ่วงกระทำอย่างไร คุณไม่มีสิทธิ์พูดว่า: "ลองเอามวลขนาดนี้กัน" เพราะคุณเป็นคนเลือกเอง แต่ถ้าเราใช้สิ่งที่ธรรมชาติเสนอให้เรา (เธอ ค่าลักษณะเฉพาะและหน่วยวัดที่ไม่เกี่ยวอะไรกับนิ้ว ปี การวัดของเรา) จากนั้นเราสามารถเปรียบเทียบได้ เราจะหาอนุภาคที่มีประจุพื้นฐาน เช่น อิเล็กตรอน สอง อนุภาคมูลฐาน, อิเล็กตรอนสองตัวเนื่องจาก ค่าไฟฟ้าผลักซึ่งกันและกันด้วยแรงแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างกัน และเนื่องจากแรงโน้มถ่วงดึงดูดกันอีกครั้งด้วยแรงที่แปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง

คำถาม: อัตราส่วนของแรงโน้มถ่วงต่อแรงไฟฟ้าคืออะไร? ความโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับแรงผลักไฟฟ้าเนื่องจากหนึ่งกับตัวเลขที่มีศูนย์ 42 ตัว เรื่องนี้น่าคิดลึก จำนวนมหาศาลเช่นนี้มาจากไหน?

ผู้คนต่างมองหาปัจจัยมหาศาลนี้ในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่นๆ พวกเขาผ่านทุกประเภท ตัวเลขใหญ่และถ้าคุณต้องการ จำนวนมากทำไมไม่ลองเอาอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางของเอกภพต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอน - น่าแปลกที่นี่คือตัวเลขที่มีศูนย์ 42 ตัว และพวกเขากล่าวว่า: บางทีสัมประสิทธิ์นี้อาจเท่ากับอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอนต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของจักรวาล? นี่เป็นความคิดที่น่าสนใจ แต่เมื่อเอกภพค่อยๆ ขยายตัว ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วงก็ต้องเปลี่ยนไปด้วย แม้ว่าสมมติฐานนี้จะยังไม่ถูกหักล้าง แต่เราไม่มีหลักฐานสนับสนุน ในทางตรงกันข้าม หลักฐานบางอย่างชี้ให้เห็นว่าค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วงไม่เปลี่ยนแปลงในลักษณะนี้ จำนวนมหาศาลนี้ยังคงเป็นปริศนามาจนถึงทุกวันนี้

ไอน์สไตน์ต้องแก้ไขกฎแรงโน้มถ่วงตามหลักการสัมพัทธภาพ หลักการแรกเหล่านี้กล่าวว่าระยะทาง x ไม่สามารถเอาชนะได้ในทันที ในขณะที่ตามทฤษฎีของนิวตัน แรงกระทำทันที ไอน์สไตน์ต้องเปลี่ยนกฎของนิวตัน การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ การปรับแต่งมีน้อยมาก หนึ่งในนั้นคือ: เนื่องจากแสงมีพลังงาน พลังงานจึงเทียบเท่ากับมวล และมวลทั้งหมดดึงดูด แสงก็ดึงดูดด้วย ดังนั้นเมื่อผ่านดวงอาทิตย์จึงต้องเบี่ยงเบนไป นี่เป็นวิธีที่มันเกิดขึ้นจริง แรงโน้มถ่วงยังถูกดัดแปลงเล็กน้อยในทฤษฎีของไอน์สไตน์ แต่การเปลี่ยนแปลงกฎแรงโน้มถ่วงเพียงเล็กน้อยนี้ก็เพียงพอแล้วที่จะอธิบายความผิดปกติบางอย่างที่เห็นได้ชัดในการเคลื่อนที่ของดาวพุธ

ปรากฏการณ์ทางกายภาพในพิภพเล็กอยู่ภายใต้กฎหมายอื่นนอกเหนือจากปรากฏการณ์ในโลกแห่งสเกลใหญ่ คำถามเกิดขึ้น: แรงโน้มถ่วงปรากฏอย่างไรในโลกที่มีเกล็ดขนาดเล็ก? ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของควอนตัมจะตอบมัน แต่ยังไม่มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของควอนตัม ผู้คนยังไม่ประสบความสำเร็จอย่างมากในการสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่สอดคล้องกับหลักการทางกลของควอนตัมและหลักการความไม่แน่นอน

แรงโน้มถ่วงคือแรงที่วัตถุมวลหนึ่งดึงดูดเข้าหากัน ซึ่งอยู่ห่างจากกันในระยะหนึ่ง

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ไอแซก นิวตัน ในปี พ.ศ. 2410 ได้ค้นพบกฎความโน้มถ่วงสากล นี่เป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานของกลศาสตร์ สาระสำคัญของกฎหมายนี้มีดังต่อไปนี้:อนุภาคของวัสดุสองชิ้นถูกดึงดูดเข้าหากันด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของอนุภาคและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างอนุภาคทั้งสอง

แรงดึงดูดเป็นแรงแรกที่บุคคลรู้สึกได้ นี่คือแรงที่โลกกระทำต่อวัตถุทั้งหมดที่อยู่บนพื้นผิวของมัน และใครก็ตามที่รู้สึกว่าพลังนี้เป็นน้ำหนักของเขาเอง

กฎแรงโน้มถ่วง

มีตำนานเล่าว่านิวตันได้ค้นพบกฎความโน้มถ่วงสากลโดยบังเอิญโดยบังเอิญ เดินอยู่ในสวนของพ่อแม่ในตอนเย็น คนสร้างสรรค์เฝ้าคอยดูอยู่เรื่อยไป การค้นพบทางวิทยาศาสตร์- นี่ไม่ใช่การหยั่งรู้ในทันที แต่เป็นผลของการทำงานทางจิตที่ยาวนาน เมื่อนั่งอยู่ใต้ต้นแอปเปิล นิวตันกำลังคิดเกี่ยวกับแนวคิดอื่น และทันใดนั้น แอปเปิ้ลก็ตกลงบนหัวของเขา นิวตันเห็นได้ชัดว่าแอปเปิ้ลตกลงมาจากแรงโน้มถ่วงของโลก “แต่ทำไมดวงจันทร์ไม่ตกลงสู่พื้นโลก? เขาคิดว่า. “มันหมายความว่ามีแรงอื่นกระทำการกับมัน ทำให้มันอยู่ในวงโคจร” นี่คือวิธีที่โด่งดัง กฎแห่งแรงโน้มถ่วง.

นักวิทยาศาสตร์ที่เคยศึกษาการหมุนของเทห์ฟากฟ้ามาก่อนเชื่อว่า เทห์ฟากฟ้าปฏิบัติตามกฎหมายที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง กล่าวคือสันนิษฐานว่ามีกฎแห่งแรงดึงดูดบนพื้นผิวโลกและในอวกาศที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

นิวตันรวมแรงโน้มถ่วงแบบนี้เข้าด้วยกัน จากการวิเคราะห์กฎของเคปเลอร์ที่อธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ เขาได้ข้อสรุปว่าแรงดึงดูดเกิดขึ้นระหว่างวัตถุใดๆ นั่นคือทั้งแอปเปิ้ลที่ตกลงมาในสวนและดาวเคราะห์ในอวกาศได้รับผลกระทบจากแรงที่ปฏิบัติตามกฎเดียวกัน - กฎความโน้มถ่วงสากล

นิวตันพบว่ากฎของเคปเลอร์ใช้ได้ก็ต่อเมื่อมีแรงดึงดูดระหว่างดาวเคราะห์ และแรงนี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของดาวเคราะห์และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน

แรงดึงดูดคำนวณโดยสูตร F=G ม. 1 ม. 2 / ร 2

ม.1 คือมวลของร่างแรก

m2คือมวลของวัตถุที่สอง

r คือระยะห่างระหว่างร่างกาย

จี คือสัมประสิทธิ์สัดส่วนที่เรียกว่า ค่าคงที่โน้มถ่วงหรือ ค่าคงที่โน้มถ่วง.

ค่าของมันถูกกำหนดโดยการทดลอง จี\u003d 6.67 10 -11 นิวตันเมตร 2 / กก. 2

ถ้าสอง คะแนนวัสดุที่มีมวลเท่ากับมวลหน่วยอยู่ไกลกัน เท่ากับหนึ่งระยะทางดึงดูดด้วยแรงเท่ากับก.

แรงดึงดูดคือแรงดึงดูด พวกเขายังถูกเรียกว่า แรงโน้มถ่วง. อยู่ภายใต้กฎความโน้มถ่วงสากลและปรากฏทุกที่ เนื่องจากวัตถุทั้งหมดมีมวล

แรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงใกล้พื้นผิวโลกคือแรงที่วัตถุทั้งหมดถูกดึงดูดมายังโลก พวกเขาเรียกเธอว่า แรงโน้มถ่วง. ถือว่าคงที่ถ้าระยะห่างของร่างกายจากพื้นผิวโลกมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับรัศมีของโลก

เนื่องจากแรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นแรงโน้มถ่วงนั้นขึ้นอยู่กับมวลและรัศมีของโลก ดาวเคราะห์แต่ละดวงจึงมีความแตกต่างกัน เนื่องจากรัศมีของดวงจันทร์น้อยกว่ารัศมีของโลก แรงดึงดูดบนดวงจันทร์จึงน้อยกว่าบนโลกถึง 6 เท่า และในทางตรงกันข้าม บนดาวพฤหัสบดี แรงโน้มถ่วงจะมากกว่าแรงโน้มถ่วงบนโลก 2.4 เท่า แต่น้ำหนักตัวยังคงที่ไม่ว่าจะวัดที่ใด

หลายคนสับสนความหมายของน้ำหนักและแรงโน้มถ่วง โดยเชื่อว่าแรงโน้มถ่วงเท่ากับน้ำหนักเสมอ แต่มันไม่ใช่

แรงที่ร่างกายกดบนส่วนรองรับหรือยืดช่วงล่างนี่คือน้ำหนัก หากถอดส่วนรองรับหรือระงับร่างกายจะเริ่มตกด้วยการเร่งการตกอย่างอิสระภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงเป็นสัดส่วนกับมวลของร่างกาย คำนวณตามสูตรF= ม g , ที่ไหน ม- มวลร่างกาย, ก-ความเร่งของแรงโน้มถ่วง

น้ำหนักตัวสามารถเปลี่ยนแปลงได้และบางครั้งก็หายไปโดยสิ้นเชิง ลองนึกภาพว่าเราอยู่ในลิฟต์ที่ชั้นบนสุด ลิฟต์ก็คุ้ม ในขณะนี้ น้ำหนัก P ของเราและแรงโน้มถ่วง F ซึ่งโลกดึงเรานั้นมีค่าเท่ากัน แต่ทันทีที่ลิฟต์เริ่มเคลื่อนตัวลงด้วยความเร่งรีบ เอ , น้ำหนักและแรงโน้มถ่วงไม่เท่ากันอีกต่อไป. ตามกฎข้อที่สองของนิวตันมก.+ P = หม่า P \u003d ม. ก -หม่า.

สังเกตได้จากสูตรที่ว่าน้ำหนักเราลดลงเมื่อเราเคลื่อนตัวลง

ในขณะที่ลิฟต์หยิบขึ้นมาด้วยความเร็วและเริ่มเคลื่อนที่โดยไม่เร่งน้ำหนักของเราอีกแล้ว เท่ากับกำลังแรงโน้มถ่วง. และเมื่อลิฟต์เริ่มเคลื่อนที่ช้าลง อัตราเร่ง เอกลายเป็นลบและน้ำหนักเพิ่มขึ้น มีการโอเวอร์โหลด

และถ้าร่างกายเคลื่อนตัวลงด้วยความเร่งของการตกอย่างอิสระ น้ำหนักก็จะเป็นศูนย์โดยสมบูรณ์

ที่ เอ=g R=mg-ma= mg - mg=0

นี่คือสภาวะไร้น้ำหนัก

ดังนั้นโดยไม่มีข้อยกเว้น วัตถุทั้งหมดในจักรวาลปฏิบัติตามกฎความโน้มถ่วงสากล และดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์และวัตถุทั้งหมดที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลก

ทุกร่างในจักรวาลได้รับผลกระทบจากพลังเวทย์มนตร์ที่ดึงดูดพวกมันมายังโลก (อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นถึงแกนกลางของมัน) ไม่มีที่ไหนให้หนี ไม่มีที่ไหนให้ซ่อนจากแรงดึงดูดของเวทมนตร์ที่ครอบคลุมทั้งหมด: โลกของเรา ระบบสุริยะถูกดึงดูดไม่เพียงแค่ดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังดึงดูดซึ่งกันและกัน วัตถุ โมเลกุล และอะตอมที่เล็กที่สุดทั้งหมดก็ถูกดึงดูดเข้าหากันด้วย รู้จักแม้กระทั่งเด็กเล็ก ๆ ที่อุทิศชีวิตเพื่อศึกษาปรากฏการณ์นี้ เขาได้ก่อตั้งกฎที่ยิ่งใหญ่ที่สุดข้อหนึ่ง - กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล

แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

คำจำกัดความและสูตรเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว โปรดจำไว้ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นปริมาณหนึ่ง ซึ่งเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ตามธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงสากล กล่าวคือ แรงที่ร่างกายใดๆ ดึงดูดมายังโลกอย่างสม่ำเสมอ

แรงโน้มถ่วงแสดงไว้ อักษรละตินฉ หนัก

แรงโน้มถ่วง: สูตร

วิธีการคำนวณโดยตรงไปยังร่างกายบางอย่าง? คุณจำเป็นต้องรู้ปริมาณอื่นใดอีกบ้างจึงจะสามารถทำได้ สูตรคำนวณแรงโน้มถ่วงค่อนข้างง่ายศึกษาในชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 โรงเรียนมัธยมที่จุดเริ่มต้นของหลักสูตรฟิสิกส์ เพื่อที่จะไม่เพียงแต่เรียนรู้เท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจด้วย เราควรดำเนินการจากข้อเท็จจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงซึ่งกระทำต่อร่างกายอย่างสม่ำเสมอสม่ำเสมอ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าเชิงปริมาณ (มวล) ของมัน

หน่วยแรงโน้มถ่วงตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ของนิวตัน

มันมักจะมุ่งตรงไปยังใจกลางแกนโลกอย่างเคร่งครัด เนื่องจากอิทธิพลของมัน วัตถุทั้งหมดล้มลงด้วยความเร่งที่สม่ำเสมอ ปรากฏการณ์ของแรงโน้มถ่วงใน ชีวิตประจำวันเราสังเกตทุกที่และสม่ำเสมอ:

• วัตถุโดยบังเอิญหรือหลุดออกจากมือเป็นพิเศษ จำเป็นต้องตกลงสู่พื้นโลก (หรือพื้นผิวใดๆ ที่ป้องกันการตกอย่างอิสระ)
• ดาวเทียมที่ปล่อยสู่อวกาศไม่ได้บินออกไปจากโลกของเราในระยะทางที่ไม่แน่นอนในแนวตั้งฉากขึ้น แต่ยังคงอยู่ในวงโคจร
• แม่น้ำทุกสายไหลจากภูเขาและไม่สามารถย้อนกลับได้
• มันเกิดขึ้นที่คนตกลงมาและได้รับบาดเจ็บ
• อนุภาคฝุ่นที่เล็กที่สุดนั่งบนทุกพื้นผิว
• อากาศกระจุกตัวอยู่ที่พื้นผิวโลก
• กระเป๋ายาก
• ฝนตกจากเมฆและเมฆหิมะตกลูกเห็บ

ควบคู่ไปกับแนวคิดของ "แรงโน้มถ่วง" คำว่า "น้ำหนักตัว" ถูกนำมาใช้ หากวางร่างกายไว้บนพื้นผิวแนวนอนที่เรียบ น้ำหนักและแรงโน้มถ่วงจะเท่ากัน ดังนั้นแนวคิดทั้งสองนี้จึงมักถูกแทนที่ ซึ่งไม่ถูกต้องเลย

ความเร่งของแรงโน้มถ่วง

แนวคิดของ "ความเร่งของการตกอย่างอิสระ" (กล่าวอีกนัยหนึ่งเกี่ยวข้องกับคำว่า "แรงโน้มถ่วง" สูตรนี้แสดงให้เห็นว่า: ในการคำนวณแรงโน้มถ่วงคุณต้องคูณมวลด้วย g (ความเร่งของ St. p .)

"g" = 9.8 N/kg ซึ่งเป็นค่าคงที่ อย่างไรก็ตาม มากขึ้น การวัดที่แม่นยำแสดงว่าเนื่องจากการหมุนของโลก ค่าความเร่งของเซนต์ p. ไม่เหมือนกันและขึ้นอยู่กับละติจูด: ที่ขั้วโลกเหนือคือ = 9.832 N / kg และที่เส้นศูนย์สูตรร้อน = 9.78 N / kg ปรากฎว่าใน ที่ต่างๆดาวเคราะห์บนวัตถุที่มีมวลเท่ากัน แรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันถูกชี้นำ (สูตร mg ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง) สำหรับการคำนวณในทางปฏิบัติ ได้มีการตัดสินใจยอมให้มีข้อผิดพลาดเล็กน้อยในค่านี้ และใช้ค่าเฉลี่ย 9.8 N/kg

สัดส่วนของปริมาณเช่นแรงโน้มถ่วง (สูตรพิสูจน์สิ่งนี้) ช่วยให้คุณวัดน้ำหนักของวัตถุด้วยไดนาโมมิเตอร์ (คล้ายกับธุรกิจในครัวเรือนทั่วไป) โปรดทราบว่าอุปกรณ์แสดงเฉพาะแรงเนื่องจากเพื่อกำหนด น้ำหนักที่แน่นอนร่างกายต้องการทราบค่าภูมิภาคของ "g"

แรงโน้มถ่วงกระทำที่ระยะใด ๆ (ทั้งใกล้และไกล) จากศูนย์กลางของโลกหรือไม่? นิวตันตั้งสมมติฐานว่ามันกระทำต่อร่างกายแม้จะอยู่ห่างจากโลกพอสมควร แต่ค่าของมันจะลดลงผกผันกับกำลังสองของระยะห่างจากวัตถุถึงแกนโลก

แรงโน้มถ่วงในระบบสุริยะ

มีคำจำกัดความและสูตรเกี่ยวกับดาวเคราะห์ดวงอื่นที่ยังคงความเกี่ยวข้องหรือไม่ มีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวในความหมายของ "g":

• บนดวงจันทร์ = 1.62 นิวตัน/กก. (น้อยกว่าบนโลกหกเท่า);
• บนดาวเนปจูน = 13.5 N/kg (สูงกว่าบนโลกเกือบหนึ่งเท่าครึ่ง);
• บนดาวอังคาร = 3.73 N/kg (น้อยกว่าบนโลกของเรามากกว่าสองเท่าครึ่ง);
• บนดาวเสาร์ = 10.44 N/kg;
• บนปรอท = 3.7 N/kg;
• บนดาวศุกร์ = 8.8 N/kg;
• บนดาวยูเรนัส = 9.8 N/kg (เกือบเท่ากับของเรา);
• บนดาวพฤหัสบดี = 24 N/kg (สูงกว่าเกือบสองเท่าครึ่ง)

XVI - XVII ศตวรรษ หลายคนเรียกอย่างถูกต้องว่าช่วงเวลาอันรุ่งโรจน์ที่สุดในยุคนั้น ในเวลานี้ ฐานรากส่วนใหญ่ถูกวางโดยที่ไม่มี พัฒนาต่อไปวิทยาศาสตร์นี้จะคิดไม่ถึงง่ายๆ Copernicus, Galileo, Kepler ได้ทำงานที่ยอดเยี่ยมในการประกาศฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่สามารถตอบคำถามได้เกือบทุกข้อ กฎแห่งการโน้มถ่วงสากลที่แยกจากกันในการค้นพบทั้งชุด ซึ่งเป็นสูตรสุดท้ายที่เป็นของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อไอแซก นิวตัน

ความสำคัญหลักของงานของนักวิทยาศาสตร์คนนี้ไม่ได้อยู่ที่การค้นพบแรงโน้มถ่วงสากล - ทั้งกาลิเลโอและเคปเลอร์พูดถึงการมีอยู่ของปริมาณนี้แม้กระทั่งก่อนนิวตัน แต่ในข้อเท็จจริงที่ว่าเขาเป็นคนแรกที่พิสูจน์ว่าทั้งสองใน โลกและใน นอกโลกแรงเดียวกันของปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกายกระทำ

ในทางปฏิบัติ นิวตันได้ยืนยันและยืนยันตามทฤษฎีว่าร่างกายทุกส่วนในจักรวาล รวมทั้งวัตถุที่ตั้งอยู่บนโลกล้วนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ปฏิสัมพันธ์นี้เรียกว่าแรงโน้มถ่วงในขณะที่กระบวนการของแรงโน้มถ่วงสากลนั้นเรียกว่าแรงโน้มถ่วง
ปฏิสัมพันธ์นี้เกิดขึ้นระหว่างร่างกายเนื่องจากมีสสารชนิดพิเศษซึ่งไม่เหมือนกับสสารอื่นๆ ซึ่งในวิทยาศาสตร์เรียกว่าสนามโน้มถ่วง ฟิลด์นี้มีอยู่และกระทำการรอบ ๆ วัตถุใด ๆ ในขณะที่ไม่มีการป้องกันจากมัน เนื่องจากมีความสามารถในการเจาะวัสดุใด ๆ ที่หาตัวจับยาก

แรงดึงดูดสากล คำจำกัดความและสูตรที่เขาให้นั้นขึ้นอยู่กับผลคูณของมวลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์โดยตรง และในทางกลับกันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านี้ ตามคำกล่าวของนิวตันซึ่งได้รับการยืนยันอย่างหักล้างไม่ได้จากการวิจัยเชิงปฏิบัติ แรงดึงดูดสากลนั้นพบได้โดยสูตรต่อไปนี้:

ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง G ซึ่งมีค่าประมาณ 6.67 * 10-11 (N * m2) / kg2 ในนั้นมีความสำคัญเป็นพิเศษ

แรงดึงดูดที่วัตถุดึงดูดมายังโลกคือ กรณีพิเศษกฎของนิวตันเรียกว่าแรงโน้มถ่วง ในกรณีนี้ สามารถละเลยค่าคงตัวโน้มถ่วงและมวลของโลกได้ ดังนั้นสูตรการหาแรงโน้มถ่วงจะมีลักษณะดังนี้:

ในที่นี้ g เป็นอะไรมากไปกว่าความเร่งที่มีค่าตัวเลขประมาณ 9.8 m/s2

กฎของนิวตันไม่เพียงอธิบายกระบวนการที่เกิดขึ้นโดยตรงบนโลกเท่านั้น แต่ยังให้คำตอบสำหรับคำถามมากมายที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของระบบสุริยะทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แรงดึงดูดสากลระหว่างมีอิทธิพลชี้ขาดต่อการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในวงโคจรของพวกมัน คำอธิบายเชิงทฤษฎีของการเคลื่อนไหวนี้ได้รับจากเคปเลอร์ แต่การให้เหตุผลเป็นไปได้หลังจากนิวตันกำหนดกฎที่มีชื่อเสียงของเขาเท่านั้น

นิวตันเองเชื่อมโยงปรากฏการณ์ของแรงโน้มถ่วงบนบกและนอกโลกบน ตัวอย่างง่ายๆ: เมื่อถูกไล่ออก จะไม่บินตรงแต่เป็นวิถีโค้ง ในเวลาเดียวกันด้วยการเพิ่มขึ้นของดินปืนและมวลของนิวเคลียสหลังจะบินได้ไกลขึ้น สุดท้าย สมมุติว่าสามารถรับดินปืนได้มากขนาดนี้ และออกแบบปืนให้ลูกกระสุนปืนใหญ่บินไปรอบๆ โลกจากนั้นเมื่อทำการเคลื่อนไหวนี้แล้วจะไม่หยุด แต่จะเคลื่อนที่เป็นวงกลม (วงรี) ต่อไปจนกลายเป็นเครื่องประดิษฐ์ ด้วยเหตุนี้ แรงโน้มถ่วงสากลจึงเท่ากันในธรรมชาติทั้งบนโลกและในอวกาศ