Ο Sir Isaac Newton, έχοντας λάβει ένα μήλο στο κεφάλι, συνήγαγε τον νόμο της καθολικής βαρύτητας, ο οποίος αναφέρει:
Οποιαδήποτε δύο σώματα έλκονται μεταξύ τους με μια δύναμη ανάλογη προς το προϊόν των σωματικών μαζών και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους:
F \u003d (Gm 1 m 2) / R 2, όπου
m1, m2 - μάζες σώματος
Ρ- την απόσταση μεταξύ των κέντρων των σωμάτων
G \u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg - σταθερή
Ας ορίσουμε την επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης:
F g \u003d m σώμα g \u003d (Gm σώμα m Γη) / R 2
R (ακτίνα της Γης) \u003d 6,38 10 6 m
m Γη \u003d 5,97 10 24 kg
m σώμα g \u003d (Gm σώμα m Γη) / R 2 ή g \u003d (Gm Earth) / R 2
Λάβετε υπόψη ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι ανεξάρτητη από το σωματικό βάρος!
g \u003d 6,67 10 -11 5,97 10 24 / (6,38 10 6) \u003d 398,2 / 40,7 \u003d 9,8 m / s 2
Είπαμε νωρίτερα ότι ονομάζεται η δύναμη της βαρύτητας (βαρυτική έλξη) βάρος.
Στην επιφάνεια της Γης, το βάρος και η σωματική μάζα έχουν το ίδιο νόημα. Αλλά με την απόσταση από τη Γη, το βάρος του σώματος θα μειωθεί (καθώς η απόσταση μεταξύ του κέντρου της Γης και του σώματος θα αυξηθεί) και η μάζα θα παραμείνει σταθερή (αφού η μάζα είναι μια έκφραση της αδράνειας του σώματος). Η μάζα μετράται σε κιλά, βάρος - σε Νιούτον.
Λόγω της δύναμης της βαρύτητας, τα ουράνια σώματα περιστρέφονται το ένα με το άλλο: η Σελήνη γύρω από τη Γη. Γη γύρω από τον Ήλιο. Ο ήλιος βρίσκεται γύρω από το κέντρο του Γαλαξία μας κ.λπ. Σε αυτήν την περίπτωση, τα σώματα συγκρατούνται από φυγοκεντρική δύναμη, η οποία παρέχεται από τη δύναμη της βαρύτητας.
Το ίδιο ισχύει και για τεχνητά σώματα (δορυφόροι) που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη Γη. Ο κύκλος γύρω από τον οποίο περιστρέφεται ο δορυφόρος ονομάζεται τροχιά περιστροφής.
Σε αυτήν την περίπτωση, μια φυγοκεντρική δύναμη δρα στον δορυφόρο:
F c \u003d (m δορυφόρος V 2) / R
Βαρύτητα:
F g \u003d (Gm δορυφορικού m της Γης) / R 2
F c \u003d F g \u003d (m δορυφόρος V 2) / R \u003d (Gm δορυφόρος m Earth) / R 2
V2 \u003d (Gm Earth) / R; V \u003d √ (Gm Earth) / R
Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, μπορείτε να υπολογίσετε την ταχύτητα οποιουδήποτε σώματος περιστρέφεται σε τροχιά με ακτίνα Ρ γύρω από τη Γη.
Η Σελήνη είναι ο φυσικός δορυφόρος της Γης. Ας καθορίσουμε τη γραμμική του ταχύτητα σε τροχιά:
Γήινη μάζα \u003d 5,97 10 24 kg
Ρ είναι η απόσταση μεταξύ του κέντρου της Γης και του κέντρου της Σελήνης. Για να προσδιορίσουμε αυτήν την απόσταση, πρέπει να προσθέσουμε τρεις ποσότητες: την ακτίνα της Γης. η ακτίνα του φεγγαριού · απόσταση από τη Γη έως τη Σελήνη.
R moon \u003d 1738 km \u003d 1,74 10 6 m
Γη \u003d 6371 km \u003d 6,37 10 6 m
R PL \u003d 384 400 km \u003d 384,4 10 6 μέτρα
Η συνολική απόσταση μεταξύ των κέντρων των πλανητών: R \u003d 392,5 10 6 m
Γραμμική ταχύτητα του φεγγαριού:
V \u003d √ (Gm της Γης) / R \u003d √6,67 10 -11 5,98 10 24 / 392,5 10 6 \u003d 1000 m / s \u003d 3600 km / h
Το φεγγάρι κινείται σε κυκλική τροχιά γύρω από τη Γη με γραμμική ταχύτητα 3600 χλμ / ώρα!
Ας προσδιορίσουμε τώρα την περίοδο της επανάστασης της Σελήνης γύρω από τη Γη. Κατά τη διάρκεια της περιόδου της επανάστασης, η Σελήνη ξεπερνά μια απόσταση ίση με το μήκος της τροχιάς - 2πR... Η τροχιακή ταχύτητα της Σελήνης: V \u003d 2πR / Τ; αφ 'ετέρου: V \u003d √ (Gm Earth) / R:
2πR / T \u003d √ (Gm της Γης) / R εξ ου και T \u003d 2π√R 3 / Gm της Γης
T \u003d 6,28 √ (60,7 10 24) / 6,67 10 -11 5,98 10 24 \u003d 3,9 10 5 s
Η περίοδος της επανάστασης της Σελήνης γύρω από τη Γη είναι 2.449.200 δευτερόλεπτα ή 40.820 λεπτά ή 680 ώρες ή 28.3 ημέρες.
1. Κάθετη περιστροφή
Νωρίτερα στα τσίρκο υπήρχε ένα πολύ δημοφιλές τέχνασμα στο οποίο ένας ποδηλάτης (μοτοσικλετιστής) έκανε μια πλήρη στροφή μέσα σε έναν κύκλο που βρίσκεται κάθετα.
Ποια είναι η ελάχιστη ταχύτητα που πρέπει να έχει ένας ακροβατικός για να μην πέσει στο κορυφαίο σημείο;
Για να περάσει το κορυφαίο σημείο χωρίς πτώση, το σώμα πρέπει να έχει μια ταχύτητα που δημιουργεί μια τέτοια φυγοκεντρική δύναμη που θα αντισταθμίζει τη δύναμη της βαρύτητας.
Φυγόκεντρος δύναμη: F c \u003d mV 2 / R
Η δύναμη της βαρύτητας: F g \u003d mg
F c \u003d F g; mV 2 / R \u003d mg; V \u003d √Rg
Και πάλι, σημειώστε ότι στον υπολογισμό λείπει το σωματικό βάρος! Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτή είναι η ταχύτητα που πρέπει να έχει το σώμα στην κορυφή!
Ας πούμε ότι ένας κύκλος με ακτίνα 10 μέτρων βρίσκεται στην αρένα του τσίρκου. Ας υπολογίσουμε την ασφαλή ταχύτητα για το τέχνασμα:
V \u003d √Rg \u003d √10 9,8 \u003d 10 m / s \u003d 36 km / h
Με βάση την ερμηνεία του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η αλλαγή της κίνησης συμβαίνει μέσω της δύναμης. Η Μηχανική θεωρεί δυνάμεις διαφορετικής φυσικής φύσης. Πολλά από αυτά καθορίζονται χρησιμοποιώντας τη δράση των δυνάμεων της βαρύτητας.
Το 1862, ο νόμος της καθολικής βαρύτητας ανακαλύφθηκε από τον Ι. Νεύτωνα. Πρότεινε ότι οι δυνάμεις που κρατούν το φεγγάρι είναι της ίδιας φύσης με τις δυνάμεις που κάνουν ένα μήλο να πέσει στη Γη. Η έννοια της υπόθεσης είναι η παρουσία της δράσης των δυνάμεων έλξης που κατευθύνονται κατά μήκος της γραμμής και συνδέουν τα κέντρα μάζας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. δέκα. 1. Ένα σφαιρικό σώμα έχει ένα κέντρο μάζας που συμπίπτει με το κέντρο της μπάλας.
Εικόνα 1 . 10 . 1 . Βαρυτικές δυνάμεις έλξης μεταξύ σωμάτων. F 1 → \u003d - F 2 →.
Ορισμός 1
Λαμβάνοντας υπόψη τις κατευθύνσεις κίνησης των πλανητών, ο Νεύτωνας προσπάθησε να καταλάβει ποιες δυνάμεις ενεργούν πάνω τους. Αυτή η διαδικασία ονομάστηκε αντίστροφο πρόβλημα της μηχανικής.
Το κύριο καθήκον της μηχανικής είναι να προσδιορίσει τις συντεταγμένες ενός σώματος γνωστής μάζας με την ταχύτητα του ανά πάσα στιγμή χρησιμοποιώντας γνωστές δυνάμεις που δρουν στο σώμα και μια δεδομένη κατάσταση (άμεσο πρόβλημα). Το αντίστροφο γίνεται με τον προσδιορισμό των δυνάμεων που δρουν στο σώμα με τη γνωστή του κατεύθυνση. Τέτοια καθήκοντα οδήγησαν τον επιστήμονα στην ανακάλυψη του ορισμού του νόμου της καθολικής βαρύτητας.
Ορισμός 2Όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους με μια δύναμη που είναι άμεσα ανάλογη με τις μάζες τους και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.
F \u003d G m 1 m 2 r 2.
Η τιμή του G καθορίζει τον συντελεστή αναλογικότητας όλων των σωμάτων στη φύση, που ονομάζεται σταθερή βαρύτητας και δηλώνεται με τον τύπο G \u003d 6, 67 · 10 - 11 N · m 2 / k g 2 (C And).
Τα περισσότερα από τα φαινόμενα στη φύση εξηγούνται από την παρουσία της δράσης της δύναμης της καθολικής βαρύτητας. Η κίνηση των πλανητών, των τεχνητών δορυφόρων της Γης, η διαδρομή πτήσης των βαλλιστικών πυραύλων, η κίνηση των σωμάτων κοντά στην επιφάνεια της Γης - όλα εξηγούνται από το νόμο της βαρύτητας και της δυναμικής.
Ορισμός 3
Η εκδήλωση της δύναμης της βαρύτητας χαρακτηρίζεται από την παρουσία βαρύτητα... Αυτό είναι το όνομα της δύναμης έλξης των σωμάτων στη Γη και κοντά στην επιφάνειά της.
Όταν το Μ δηλώνεται ως η μάζα της Γης, το R З είναι η ακτίνα, το m είναι η μάζα του σώματος, τότε ο τύπος βαρύτητας παίρνει τη μορφή:
F \u003d G M R З 2 m \u003d m g.
Όπου g - επιτάχυνση λόγω βαρύτητας, ίσο με g \u003d G M R З 2.
Η δύναμη της βαρύτητας κατευθύνεται προς το κέντρο της Γης, όπως φαίνεται στο παράδειγμα της Σελήνης-Γης. Ελλείψει δράσης άλλων δυνάμεων, το σώμα κινείται με την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης. Η μέση τιμή του είναι 9, 81 m / s 2. Με μια γνωστή G και ακτίνα R 3 \u003d 6, 38 10 6 m, η μάζα της Γης M υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:
M \u003d g R 3 2 G \u003d 5, 98 10 24 k g.
Εάν το σώμα απομακρυνθεί από την επιφάνεια της Γης, τότε η δράση της δύναμης της βαρύτητας και η επιτάχυνση της βαρύτητας αλλάζουν σε αντίστροφη αναλογία προς το τετράγωνο της απόστασης r προς το κέντρο. Εικόνα 1. δέκα. 2 δείχνει πώς η βαρυτική δύναμη που δρα στο διαστημικό σκάφος αστροναύτης αλλάζει με την απόσταση από τη Γη. Είναι προφανές ότι το F της έλξης προς τη Γη είναι ίσο με 700 Β.
Εικόνα 1 . 10 . 2 . Αλλαγές στη δύναμη της βαρύτητας που δρουν στον αστροναύτη με απόσταση από τη Γη.
Παράδειγμα 1
Η Γη-Σελήνη είναι κατάλληλη ως παράδειγμα της αλληλεπίδρασης ενός συστήματος δύο σωμάτων.
Η απόσταση από τη Σελήνη είναι r Л \u003d 3, 84 · 10 6 μ. Είναι 60 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης R З. Ως εκ τούτου, παρουσία βαρύτητας, η επιτάχυνση της βαρύτητας α Л της τροχιάς της Σελήνης θα είναι α Л \u003d g R З r Л 2 \u003d 9,81 m / s 2 60 2 \u003d 0,0027 m / s 2.
Κατευθύνεται προς το κέντρο της Γης και ονομάζεται κεντρομόλο. Ο υπολογισμός γίνεται σύμφωνα με τον τύπο a L \u003d υ 2 r L \u003d 4 π 2 r L T 2 \u003d 0, 0027 m / s 2, όπου T \u003d 27, 3 ημέρες είναι η περίοδος της επανάστασης της Σελήνης γύρω από τη Γη. Τα αποτελέσματα και οι υπολογισμοί που πραγματοποιήθηκαν με διαφορετικούς τρόπους υποδηλώνουν ότι ο Νεύτωνας είχε δίκιο στην παραδοχή του για την ίδια φύση της δύναμης που κρατά το φεγγάρι σε τροχιά και βαρύτητα.
Το φεγγάρι έχει το δικό του βαρυτικό πεδίο, το οποίο καθορίζει την επιτάχυνση της βαρύτητας g Л στην επιφάνεια. Η μάζα της Σελήνης είναι 81 φορές μικρότερη από τη μάζα της Γης και η ακτίνα της είναι 3,7 φορές. Από αυτό είναι σαφές ότι η επιτάχυνση g Л πρέπει να προσδιορίζεται από την έκφραση:
g L \u003d G M L R L 2 \u003d G M Z 3, 7 2 T 3 2 \u003d 0, 17 g \u003d 1, 66 m / s 2.
Αυτή η ασθενής βαρύτητα είναι χαρακτηριστική των αστροναυτών στο φεγγάρι. Επομένως, μπορείτε να κάνετε τεράστια άλματα και βήματα. Ένα άλμα πάνω από ένα μέτρο στη Γη αντιστοιχεί σε ένα άλμα επτά μέτρων στη Σελήνη.
Η κίνηση των τεχνητών δορυφόρων καταγράφεται έξω από την ατμόσφαιρα της γης, επομένως, οι δυνάμεις της βαρύτητας της Γης ενεργούν πάνω τους. Η τροχιά ενός διαστημικού σώματος μπορεί να αλλάξει ανάλογα με την αρχική ταχύτητα. Κίνηση τεχνητός δορυφόρος σε τροχιά κοντά στη γη, λαμβάνεται περίπου ως η απόσταση από το κέντρο της Γης, η οποία είναι ίση με την ακτίνα R З. Πετούν σε υψόμετρα 200 - 300 k m.
Ορισμός 4
Επομένως, προκύπτει ότι η κεντρομόλια επιτάχυνση του δορυφόρου, η οποία προσδίδεται από τις δυνάμεις της βαρύτητας, είναι ίση με την επιτάχυνση της βαρύτητας g. Η ταχύτητα του δορυφόρου θα πάρει τον χαρακτηρισμό υ 1. Τη λένε πρώτη ταχύτητα χώρου.
Εφαρμόζοντας τον κινηματικό τύπο για κεντρομόλο επιτάχυνση, αποκτούμε
a n \u003d υ 1 2 R З \u003d g, υ 1 \u003d g R З \u003d 7, 91 · 10 3 m / s.
Σε αυτήν την ταχύτητα, ο δορυφόρος μπόρεσε να πετάξει γύρω από τη Γη σε χρόνο ίσο με T 1 \u003d 2 πR З υ 1 \u003d 84 m και 12 s.
Αλλά η περίοδος περιστροφής του δορυφόρου σε κυκλική τροχιά κοντά στη Γη είναι πολύ μεγαλύτερη από ό, τι υποδεικνύεται παραπάνω, καθώς υπάρχει μια διαφορά μεταξύ της ακτίνας της πραγματικής τροχιάς και της ακτίνας της Γης.
Ο δορυφόρος κινείται σύμφωνα με την αρχή της ελεύθερης πτώσης, από απόσταση παρόμοια με την τροχιά ενός βλήματος ή βαλλιστικού πυραύλου. Η διαφορά έγκειται στην υψηλή ταχύτητα του δορυφόρου και η ακτίνα καμπυλότητας της τροχιάς του φτάνει το μήκος της ακτίνας της Γης.
Οι δορυφόροι που κινούνται σε κυκλικές τροχιές σε μεγάλες αποστάσεις έχουν εξασθενημένο βάρος, αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της ακτίνας r της τροχιάς. Στη συνέχεια, η εύρεση της ταχύτητας του δορυφόρου ακολουθεί την προϋπόθεση:
υ 2 к \u003d g R 3 2 r 2, υ \u003d g R 3 R З r \u003d υ 1 R 3 r.
Ως εκ τούτου, η παρουσία δορυφόρων σε υψηλές τροχιές υποδηλώνει χαμηλότερη ταχύτητα κίνησής τους από ότι σε τροχιά κοντά στη γη. Ο τύπος για την περίοδο κυκλοφορίας είναι:
T \u003d 2 πr υ \u003d 2 πr υ 1 r R З \u003d 2 πR З υ 1 r R 3 3/2 \u003d T 1 2 π R З.
Το Τ 1 παίρνει την τιμή της περιόδου περιστροφής του δορυφόρου σε τροχιά κοντά στη γη. Το T αυξάνεται με το μέγεθος της ακτίνας τροχιάς. Εάν το r έχει τιμή 6, 6 R 3 τότε το T του δορυφόρου είναι ίσο με 24 ώρες. Όταν εκτοξεύεται στο επίπεδο του ισημερινού, θα παρατηρείται ότι κρέμεται πάνω από κάποιο σημείο στην επιφάνεια της γης. Η χρήση τέτοιων δορυφόρων είναι γνωστή στο σύστημα διαστημικής ραδιοεπικοινωνίας. Μια τροχιά με ακτίνα r \u003d 6, 6 R3 ονομάζεται γεωστατική.
Εικόνα 1 . 10 . 3 . Μοντέλο δορυφορικής κίνησης.
Εάν παρατηρήσετε σφάλμα στο κείμενο, επιλέξτε το και πατήστε Ctrl + Enter
Το πιο σημαντικό φαινόμενο που μελετά συνεχώς οι φυσικοί είναι η κίνηση. Ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα, οι νόμοι της μηχανικής, οι θερμοδυναμικές και οι κβαντικές διεργασίες - όλα αυτά είναι ένα ευρύ φάσμα θραυσμάτων του σύμπαντος που μελετά η φυσική. Και όλες αυτές οι διαδικασίες κατεβαίνουν, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, σε ένα πράγμα - στο.
Σε επαφή με
Τα πάντα στο σύμπαν κινούνται. Η βαρύτητα είναι ένα οικείο φαινόμενο για όλους τους ανθρώπους από την παιδική ηλικία, γεννηθήκαμε στο βαρυτικό πεδίο του πλανήτη μας, αυτό το φυσικό φαινόμενο γίνεται αντιληπτό από εμάς στο βαθύτερο διαισθητικό επίπεδο και, φαίνεται, δεν απαιτεί καν μελέτη.
Αλλά, δυστυχώς, το ερώτημα είναι γιατί και πώς όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους, παραμένει μέχρι σήμερα δεν έχει αποκαλυφθεί πλήρως, αν και έχει μελετηθεί πάνω-κάτω.
Σε αυτό το άρθρο θα δούμε τι είναι η παγκόσμια έλξη του Νεύτωνα - η κλασική θεωρία της βαρύτητας. Ωστόσο, προτού προχωρήσουμε σε τύπους και παραδείγματα, ας μιλήσουμε για την ουσία του προβλήματος της έλξης και να του δώσουμε έναν ορισμό.
Ίσως η μελέτη της βαρύτητας ήταν η αρχή της φυσικής φιλοσοφίας (η επιστήμη της κατανόησης της ουσίας των πραγμάτων), ίσως η φυσική φιλοσοφία δημιούργησε το ζήτημα της ουσίας της βαρύτητας, αλλά, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το ζήτημα της βαρύτητας των σωμάτων ενδιαφέρθηκε για την αρχαία Ελλάδα.
Η κίνηση έγινε κατανοητή ως η ουσία των αισθητηριακών χαρακτηριστικών του σώματος, ή μάλλον, το σώμα μετακινήθηκε ενώ το βλέπει ο παρατηρητής. Εάν δεν μπορούμε να μετρήσουμε, να ζυγίσουμε, να νιώσουμε ένα φαινόμενο, αυτό σημαίνει ότι αυτό το φαινόμενο δεν υπάρχει; Φυσικά, δεν είναι. Και από τότε που το συνειδητοποίησε ο Αριστοτέλης, άρχισαν οι σκέψεις για την ουσία της βαρύτητας.
Όπως αποδείχθηκε σήμερα, μετά από πολλές δεκάδες αιώνες, η βαρύτητα είναι η βάση όχι μόνο της βαρύτητας της γης και της έλξης του πλανήτη μας, αλλά και της βάσης της προέλευσης του Σύμπαντος και σχεδόν όλων των διαθέσιμων στοιχειωδών σωματιδίων.
Εργασία κίνησης
Ας κάνουμε ένα πείραμα σκέψης. Πάρτε μια μικρή μπάλα στο αριστερό μας χέρι. Ας πάρουμε το ίδιο στα δεξιά. Αφήστε την σωστή μπάλα και θα αρχίσει να πέφτει. Το αριστερό παραμένει στο χέρι, είναι ακόμα ακίνητο.
Ας σταματήσουμε διανοητικά το πέρασμα του χρόνου. Η πτώση της δεξιάς μπάλας "κρέμεται" στον αέρα, η αριστερή παραμένει στο χέρι. Η δεξιά μπάλα είναι προικισμένη με "ενέργεια" κίνησης, η αριστερή δεν είναι. Αλλά ποια είναι η βαθιά, ουσιαστική διαφορά μεταξύ τους;
Πού, σε ποιο μέρος της μπάλας που πέφτει γράφεται ότι πρέπει να κινείται; Έχει την ίδια μάζα, τον ίδιο όγκο. Έχει τα ίδια άτομα και δεν διαφέρουν από τα άτομα της μπάλας ανάπαυσης. Μπάλα κατέχει; Ναι, αυτή είναι η σωστή απάντηση, αλλά πώς γνωρίζει η μπάλα ότι έχει δυνητική ενέργεια, πού είναι στερεωμένη σε αυτήν;
Αυτό είναι ακριβώς το καθήκον που ο Αριστοτέλης, ο Νεύτωνας και ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έθεσαν οι ίδιοι. Και οι τρεις λαμπροί στοχαστές έχουν λύσει εν μέρει αυτό το πρόβλημα μόνοι τους, αλλά σήμερα υπάρχουν ορισμένα ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν.
Η βαρύτητα του Νεύτωνα
Το 1666, ο μεγαλύτερος Άγγλος φυσικός και μηχανικός Ι. Ο Νεύτωνας ανακάλυψε έναν νόμο ικανό να υπολογίσει ποσοτικά τη δύναμη λόγω της οποίας όλη η ύλη στο Σύμπαν τείνει το ένα στο άλλο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται καθολική βαρύτητα. Όταν ρωτήθηκε: "Διατυπώστε το νόμο της καθολικής βαρύτητας", η απάντησή σας θα πρέπει να ακούγεται έτσι:
Η δύναμη της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, η οποία συμβάλλει στην προσέλκυση δύο σωμάτων, είναι σε άμεση αναλογική σχέση με τις μάζες αυτών των σωμάτων και αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ τους.
Σπουδαίος!Ο νόμος έλξης του Νεύτωνα χρησιμοποιεί τον όρο "απόσταση". Αυτός ο όρος δεν πρέπει να νοείται ως η απόσταση μεταξύ των επιφανειών των σωμάτων, αλλά η απόσταση μεταξύ των κέντρων βάρους τους. Για παράδειγμα, εάν δύο μπάλες ακτίνων r1 και r2 βρίσκονται το ένα πάνω στο άλλο, τότε η απόσταση μεταξύ των επιφανειών τους είναι μηδέν, αλλά υπάρχει μια ελκυστική δύναμη. Το θέμα είναι ότι η απόσταση μεταξύ των κέντρων τους r1 + r2 είναι μη μηδενική. Σε κοσμική κλίμακα, αυτή η διευκρίνιση δεν είναι σημαντική, αλλά για έναν δορυφόρο σε τροχιά, αυτή η απόσταση είναι ίση με το ύψος πάνω από την επιφάνεια συν την ακτίνα του πλανήτη μας. Η απόσταση μεταξύ της Γης και της Σελήνης μετριέται επίσης ως η απόσταση μεταξύ των κέντρων τους και όχι των επιφανειών.
Για τον νόμο της βαρύτητας, ο τύπος έχει ως εξής:
,
- F - δύναμη έλξης,
- - μάζες,
- r - απόσταση,
- G - σταθερά βαρύτητας ίση με 6,67 · 10-11 m³ / (kg · s²).
Ποιο είναι το βάρος εάν έχουμε μόλις σκεφτεί τη δύναμη της βαρύτητας;
Η δύναμη είναι μια διανυσματική ποσότητα, αλλά στον νόμο της καθολικής βαρύτητας είναι παραδοσιακά γραμμένη ως βαθμίδα. Σε μια διανυσματική εικόνα, ο νόμος θα μοιάζει με αυτό:
.
Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι η δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη με τον κύβο της απόστασης μεταξύ των κέντρων. Ο λόγος πρέπει να νοείται ως φορέας μονάδας που κατευθύνεται από το ένα κέντρο στο άλλο:
.
Ο νόμος της βαρυτικής αλληλεπίδρασης
Βάρος και βαρύτητα
Έχοντας εξετάσει το νόμο της βαρύτητας, μπορεί κανείς να καταλάβει ότι δεν υπάρχει τίποτα περίεργο στο γεγονός ότι εμείς προσωπικά νιώθουμε την έλξη του ήλιου πολύ πιο αδύναμη από τη γη... Ο τεράστιος Ήλιος, αν και έχει μεγάλη μάζα, απέχει πολύ από εμάς. είναι επίσης μακριά από τον Ήλιο, αλλά προσελκύεται από αυτόν, καθώς έχει μεγάλη μάζα. Πώς να βρείτε τη δύναμη έλξης δύο σωμάτων, δηλαδή πώς να υπολογίσετε τη δύναμη της βαρύτητας του Ήλιου, της Γης και εσείς και εγώ - θα ασχοληθούμε με αυτό το ζήτημα λίγο αργότερα.
Από όσο γνωρίζουμε, η δύναμη της βαρύτητας είναι:
όπου m είναι η μάζα μας και g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας της Γης (9,81 m / s 2).
Σπουδαίος! Δεν υπάρχουν δύο, τρεις, δέκα τύποι δυνάμεων έλξης. Η βαρύτητα είναι η μόνη δύναμη που ποσοτικοποιεί την έλξη. Το βάρος (P \u003d mg) και η βαρύτητα είναι το ίδιο.
Εάν το m είναι η μάζα μας, το M είναι η μάζα του πλανήτη, το R είναι η ακτίνα του, τότε η βαρυτική δύναμη που ενεργεί πάνω μας είναι:
Έτσι, δεδομένου ότι F \u003d mg:
.
Οι μάζες ακυρώνονται και η έκφραση για την επιτάχυνση της βαρύτητας παραμένει:
Όπως μπορείτε να δείτε, η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι πραγματικά μια σταθερή τιμή, καθώς ο τύπος της περιλαμβάνει σταθερές τιμές - την ακτίνα, τη μάζα της Γης και τη σταθερά βαρύτητας. Αντικαθιστώντας τις τιμές αυτών των σταθερών, θα διασφαλίσουμε ότι η επιτάχυνση λόγω βαρύτητας είναι 9,81 m / s 2.
Σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, η ακτίνα του πλανήτη είναι κάπως διαφορετική, καθώς η Γη δεν είναι ακόμα μια τέλεια μπάλα. Εξαιτίας αυτού, η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι διαφορετική σε διαφορετικά σημεία του πλανήτη.
Ας επιστρέψουμε στην έλξη της Γης και του Ήλιου. Ας προσπαθήσουμε να αποδείξουμε με παράδειγμα ότι η γη προσελκύει εσάς και εμένα περισσότερο από τον ήλιο.
Ας πάρουμε για ευκολία τη μάζα ενός ατόμου: m \u003d 100 kg. Τότε:
- Η απόσταση μεταξύ ανθρώπου και γης είναι ίση με την ακτίνα του πλανήτη: R \u003d 6,4 ∙ 10 6 m.
- Η μάζα της Γης είναι: M ≈ 6 ∙ 10 24 kg.
- Η μάζα του Ήλιου είναι: Mc ≈ 2 ∙ 10 30 kg.
- Η απόσταση μεταξύ του πλανήτη μας και του Ήλιου (μεταξύ του Ήλιου και του ανθρώπου): r \u003d 15 ∙ 10 10 m.
Βαρυτική έλξη μεταξύ ανθρώπου και Γης:
Αυτό το αποτέλεσμα είναι αρκετά προφανές από περισσότερα απλή έκφραση για βάρος (P \u003d mg).
Η δύναμη της βαρυτικής έλξης μεταξύ του ανθρώπου και του Ήλιου:
Όπως μπορείτε να δείτε, ο πλανήτης μας μας προσελκύει σχεδόν 2000 φορές πιο δυνατούς.
Πώς να βρείτε τη δύναμη έλξης μεταξύ της Γης και του Ήλιου; Με τον ακόλουθο τρόπο:
Τώρα βλέπουμε ότι ο Ήλιος τραβά τον πλανήτη μας περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερος από τον πλανήτη που τραβάει εσάς και εμένα.
Πρώτη ταχύτητα χώρου
Αφού ο Ισαάκ Νεύτωνας ανακάλυψε το νόμο της καθολικής βαρύτητας, ενδιαφερόταν για το πόσο γρήγορα πρέπει να πετάξει ένα σώμα έτσι ώστε, έχοντας ξεπεράσει το βαρυτικό πεδίο, να εγκαταλείψει τον κόσμο για πάντα.
Είναι αλήθεια ότι το φαντάστηκε λίγο διαφορετικά, κατά την κατανόησή του δεν υπήρχε ένας κάθετος πύραυλος με στόχο τον ουρανό, αλλά ένα σώμα που οριζόντια κάνει ένα άλμα από την κορυφή του βουνού. Αυτή ήταν μια λογική απεικόνιση, από τότε στην κορυφή του βουνού, η δύναμη της βαρύτητας είναι ελαφρώς μικρότερη.
Έτσι, στην κορυφή του Έβερεστ, η επιτάχυνση της βαρύτητας δεν θα είναι ίση με τα συνηθισμένα 9,8 m / s 2, αλλά σχεδόν m / s 2. Αυτός είναι ο λόγος που υπάρχει τόσο σπάνια, σωματίδια αέρα δεν είναι πλέον τόσο προσκολλημένα στη βαρύτητα όσο αυτά που "έπεσαν" στην επιφάνεια.
Ας προσπαθήσουμε να μάθουμε τι είναι η κοσμική ταχύτητα.
Η πρώτη κοσμική ταχύτητα v1 είναι η ταχύτητα με την οποία το σώμα φεύγει από την επιφάνεια της Γης (ή άλλου πλανήτη) και εισέρχεται σε κυκλική τροχιά.
Ας προσπαθήσουμε να μάθουμε την αριθμητική τιμή αυτής της τιμής για τον πλανήτη μας.
Ας γράψουμε τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα για ένα σώμα που περιστρέφεται γύρω από τον πλανήτη σε κυκλική τροχιά:
,
όπου h είναι το ύψος του σώματος πάνω από την επιφάνεια, το R είναι η ακτίνα της Γης.
Στην τροχιά, η φυγοκεντρική επιτάχυνση δρα στο σώμα, έτσι:
.
Οι μάζες μειώνονται, έχουμε:
,
Αυτή η ταχύτητα ονομάζεται η πρώτη κοσμική ταχύτητα:
Όπως μπορείτε να δείτε, η κοσμική ταχύτητα είναι απολύτως ανεξάρτητη από το σωματικό βάρος. Έτσι, κάθε αντικείμενο που επιταχύνεται με ταχύτητα 7,9 km / s θα αφήσει τον πλανήτη μας και θα εισέλθει στην τροχιά του.
Πρώτη ταχύτητα χώρου
Δεύτερη ταχύτητα χώρου
Ωστόσο, ακόμη και αν επιταχύνουμε το σώμα στην πρώτη κοσμική ταχύτητα, δεν θα μπορέσουμε να σπάσουμε εντελώς τη βαρυτική του σύνδεση με τη Γη. Για αυτό, απαιτείται η δεύτερη κοσμική ταχύτητα. Φτάνοντας σε αυτήν την ταχύτητα, το σώμα φεύγει από το βαρυτικό πεδίο του πλανήτη και όλες τις πιθανές κλειστές τροχιές.
Σπουδαίος!Κατά λάθος, πιστεύεται συχνά ότι για να φτάσουν στο φεγγάρι, οι αστροναύτες έπρεπε να φτάσουν στη δεύτερη κοσμική ταχύτητα, επειδή έπρεπε πρώτα να «αποσυνδεθούν» από το βαρυτικό πεδίο του πλανήτη. Αυτό δεν συμβαίνει: το ζευγάρι "Γη - Σελήνη" βρίσκεται στο βαρυτικό πεδίο της Γης. Το κοινό κέντρο βάρους τους βρίσκεται μέσα στον κόσμο.
Για να βρούμε αυτήν την ταχύτητα, ας ρυθμίσουμε το πρόβλημα λίγο διαφορετικά. Ας πούμε ότι ένα σώμα πετά από το άπειρο στον πλανήτη. Το ερώτημα είναι: ποια ταχύτητα θα επιτευχθεί στην επιφάνεια κατά την προσγείωση (φυσικά εκτός της ατμόσφαιρας); Είναι αυτή η ταχύτητα και θα πάρει το σώμα να φύγει από τον πλανήτη.
Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας. Βαθμός φυσικής 9
Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας.
συμπέρασμα
Μάθαμε ότι αν και η βαρύτητα είναι η κύρια δύναμη του Σύμπαντος, πολλοί λόγοι για αυτό το φαινόμενο εξακολουθούν να είναι μυστήριο. Μάθαμε ποια είναι η βαρυτική δύναμη του Νεύτωνα, μάθαμε να το μετράμε για διάφορα σώματα και επίσης μελετήσαμε μερικές χρήσιμες συνέπειες που προκύπτουν από ένα φαινόμενο όπως ο παγκόσμιος νόμος της βαρύτητας.
Ο Obi-Wan Kenobi είπε ότι η δύναμη συγκρατεί τον γαλαξία μαζί. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί και για τη βαρύτητα. Γεγονός - η βαρύτητα μας επιτρέπει να περπατάμε στη Γη, τη Γη να περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο και τον Ήλιο να κινείται γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας. Πώς να κατανοήσετε τη βαρύτητα; Σχετικά με αυτό - στο άρθρο μας.
Ας πούμε αμέσως ότι δεν θα βρείτε εδώ μια σαφώς σωστή απάντηση στην ερώτηση "Τι είναι η βαρύτητα". Επειδή απλά δεν υπάρχει! Η βαρύτητα είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη φαινόμενα, για τα οποία οι επιστήμονες παζλ και δεν μπορούν ακόμη να εξηγήσουν πλήρως τη φύση του.
Υπάρχουν πολλές υποθέσεις και απόψεις. Υπάρχουν περισσότερες από δώδεκα θεωρίες βαρύτητας, εναλλακτικές και κλασικές. Θα εξετάσουμε τα πιο ενδιαφέροντα, σχετικά και μοντέρνα.
Θέλετε περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες και νέα νέα κάθε μέρα; Ελάτε μαζί μας στο τηλεγράφημα.
Η βαρύτητα είναι μια θεμελιώδης φυσική αλληλεπίδραση
Υπάρχουν 4 θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φυσική συνολικά. Χάρη σε αυτούς, ο κόσμος είναι ακριβώς αυτός που είναι. Η βαρύτητα είναι μία από αυτές τις αλληλεπιδράσεις.
Βασικές αλληλεπιδράσεις:
- βαρύτητα;
- ηλεκτρομαγνητισμός;
- ισχυρή αλληλεπίδραση?
- αδύναμη αλληλεπίδραση.
Προς το παρόν, η τρέχουσα θεωρία που περιγράφει τη βαρύτητα είναι η γενική σχετικότητα (γενική θεωρία της σχετικότητας). Προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915-1916.
Ωστόσο, γνωρίζουμε ότι είναι πολύ νωρίς για να μιλήσουμε για την απόλυτη αλήθεια. Πράγματι, για αρκετούς αιώνες πριν από την εμφάνιση της γενικής σχετικότητας στη φυσική, η θεωρία της Νεύτωνας κυριάρχησε για την περιγραφή της βαρύτητας, η οποία επεκτάθηκε σημαντικά.
Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας στις αυτή τη στιγμή είναι αδύνατο να εξηγήσουμε και να περιγράψουμε όλα τα ζητήματα που σχετίζονται με τη βαρύτητα.
Πριν από τον Νεύτωνα, πιστεύεται ευρέως ότι η βαρύτητα στη γη και η ουράνια βαρύτητα είναι διαφορετικά πράγματα. Πιστεύεται ότι οι πλανήτες κινούνται σύμφωνα με τους δικούς τους, διαφορετικούς από τους γήινους, ιδανικούς νόμους.
Ο Νεύτωνας ανακάλυψε το νόμο της καθολικής βαρύτητας το 1667. Φυσικά, αυτός ο νόμος υπήρχε ακόμη και με τους δεινόσαυρους και πολύ νωρίτερα.
Οι αρχαίοι φιλόσοφοι σκέφτηκαν την ύπαρξη της δύναμης της βαρύτητας. Το Galileo υπολόγισε πειραματικά την επιτάχυνση της βαρύτητας στη Γη, ανακαλύπτοντας ότι είναι το ίδιο για σώματα οποιασδήποτε μάζας. Ο Κέπλερ μελέτησε τους νόμους της κίνησης των ουράνιων σωμάτων.
Ο Νεύτωνας κατάφερε να διατυπώσει και να γενικεύσει τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων. Να τι έκανε:
Δύο σώματα έλκονται μεταξύ τους με μια δύναμη που ονομάζεται βαρυτική δύναμη ή βαρύτητα.
Ο τύπος για τη δύναμη έλξης μεταξύ των σωμάτων:
G - σταθερά βαρύτητας, μάζες σώματος m, απόσταση r μεταξύ κέντρων μάζας σώματος.
Ποια είναι η φυσική έννοια της βαρυτικής σταθεράς; Είναι ίση με τη δύναμη με την οποία σώματα με μάζες 1 κιλού το καθένα δρουν το ένα πάνω στο άλλο, σε απόσταση 1 μέτρου το ένα από το άλλο.
Σύμφωνα με τη θεωρία του Νεύτωνα, κάθε αντικείμενο δημιουργεί ένα βαρυτικό πεδίο. Η ακρίβεια του νόμου του Νεύτωνα έχει δοκιμαστεί σε αποστάσεις μικρότερες από ένα εκατοστό. Φυσικά, για μικρές μάζες αυτές οι δυνάμεις είναι ασήμαντες και μπορούν να αγνοηθούν.
Ο τύπος του Νεύτωνα ισχύει τόσο για τον υπολογισμό της δύναμης έλξης των πλανητών στον ήλιο όσο και για τα μικρά αντικείμενα. Απλά δεν παρατηρούμε με ποια δύναμη, ας πούμε, οι μπάλες στο τραπέζι μπιλιάρδου προσελκύονται. Ωστόσο, αυτή η δύναμη υπάρχει και μπορεί να υπολογιστεί.
Η δύναμη έλξης δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων στο σύμπαν. Το αποτέλεσμα εκτείνεται σε οποιαδήποτε απόσταση.
Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας του Νεύτωνα δεν εξηγεί τη φύση της δύναμης έλξης, αλλά θεσπίζει ποσοτικούς νόμους. Η θεωρία του Νεύτωνα δεν έρχεται σε αντίθεση με τη γενική σχετικότητα. Αρκεί να λυθεί πρακτικά καθήκοντα στην κλίμακα της Γης και για τον υπολογισμό της κίνησης των ουράνιων σωμάτων.
Η βαρύτητα στη γενική σχετικότητα
Παρά το γεγονός ότι η θεωρία του Νεύτωνα είναι αρκετά εφαρμόσιμη στην πράξη, έχει πολλά μειονεκτήματα. Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας είναι μια μαθηματική περιγραφή, αλλά δεν δίνει μια ιδέα για τη θεμελιώδη φυσική φύση των πραγμάτων.
Σύμφωνα με τον Newton, η δύναμη της βαρύτητας δρα σε οποιαδήποτε απόσταση. Επιπλέον, δρα αμέσως. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ταχύτερη ταχύτητα στον κόσμο είναι η ταχύτητα του φωτός, εμφανίζεται μια αναντιστοιχία. Πώς μπορεί η βαρύτητα να δράσει ακαριαία σε οποιαδήποτε απόσταση, όταν χρειάζονται λίγα δευτερόλεπτα ή και χρόνια για να ξεπεραστεί το φως;
Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, η βαρύτητα θεωρείται όχι ως μια δύναμη που δρα στα σώματα, αλλά ως καμπυλότητα του χώρου και του χρόνου υπό την επίδραση της μάζας. Έτσι, η βαρύτητα δεν είναι αλληλεπίδραση δύναμης.
Ποια είναι η επίδραση της βαρύτητας; Ας προσπαθήσουμε να το περιγράψουμε χρησιμοποιώντας μια αναλογία.
Ας φανταστούμε το χώρο ως ελαστικό φύλλο. Εάν βάλετε μια ελαφριά μπάλα του τένις, η επιφάνεια θα παραμείνει επίπεδη. Αλλά αν βάλετε ένα βαρύ βάρος δίπλα στην μπάλα, θα ωθήσει μια τρύπα στην επιφάνεια και η μπάλα θα αρχίσει να κυλά προς ένα μεγάλο και βαρύ βάρος. Αυτό είναι «βαρύτητα».
Παρεμπιπτόντως! Για τους αναγνώστες μας τώρα υπάρχει έκπτωση 10% κάθε είδους δουλειά
Ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων
Τα κύματα βαρύτητας προβλέφθηκαν από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916, αλλά ανακαλύφθηκαν μόλις εκατό χρόνια αργότερα, το 2015.
Τι είναι τα βαρυτικά κύματα; Ας σχεδιάσουμε ξανά την αναλογία. Εάν πέσει μια πέτρα σε ήρεμα νερά, θα εμφανιστούν κύκλοι στην επιφάνεια του νερού από όπου πέφτει. Κύματα βαρύτητας - η ίδια κυματισμός, αγανάκτηση. Όχι μόνο στο νερό, αλλά στον παγκόσμιο χωροχρόνο.
Αντί για νερό - χωροχρόνος και αντί για πέτρα, ας πούμε, μια μαύρη τρύπα. Κάθε επιταχυνόμενη κίνηση μάζας δημιουργεί ένα βαρυτικό κύμα. Εάν τα σώματα βρίσκονται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης, η απόσταση μεταξύ τους θα αλλάξει όταν περνά το κύμα βαρύτητας.
Δεδομένου ότι η βαρύτητα είναι μια πολύ αδύναμη αλληλεπίδραση, η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων συνδέθηκε με μεγάλες τεχνικές δυσκολίες. Σύγχρονες τεχνολογίες επιτρέπεται να ανιχνεύει μια έκρηξη βαρυτικών κυμάτων μόνο από υπερμεγέθης πηγές.
Ένα κατάλληλο γεγονός για την καταγραφή ενός βαρυτικού κύματος είναι η συγχώνευση των μαύρων οπών. Δυστυχώς ή ευτυχώς, αυτό συμβαίνει πολύ σπάνια. Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να καταγράψουν ένα κύμα που κυριολεκτικά κυλούσε στο χώρο του Σύμπαντος.
Κατασκευάστηκε ένας ανιχνευτής διαμέτρου 4 χιλιομέτρων για την καταγραφή κυμάτων βαρύτητας. Κατά τη διέλευση του κύματος, καταγράφηκαν δονήσεις των καθρεπτών σε αναρτήσεις υπό κενό και η παρεμβολή φωτός που ανακλάται από αυτά.
Τα κύματα βαρύτητας επιβεβαίωσαν την εγκυρότητα της γενικής σχετικότητας.
Βαρύτητα και στοιχειώδη σωματίδια
Στο τυπικό μοντέλο, κάθε αλληλεπίδραση είναι υπεύθυνη για ορισμένα στοιχειώδη σωματίδια... Μπορούμε να πούμε ότι τα σωματίδια είναι φορείς αλληλεπιδράσεων.
Το graviton είναι υπεύθυνο για τη βαρύτητα - ένα υποθετικό σωματικό βάρος χωρίς ενέργεια. Παρεμπιπτόντως, στο ξεχωριστό μας άρθρο, διαβάστε περισσότερα για το μποζόνιο Higgs που προκάλεσε πολύ θόρυβο και άλλα στοιχειώδη σωματίδια.
Τέλος, εδώ είναι μερικά ενδιαφέροντα γεγονότα σχετικά με τη βαρύτητα.
10 γεγονότα για τη βαρύτητα
- Για να ξεπεραστεί η δύναμη της βαρύτητας της Γης, το σώμα πρέπει να έχει ταχύτητα ίση με 7,91 km / s. Αυτή είναι η πρώτη ταχύτητα χώρου. Αρκεί ένα σώμα (για παράδειγμα, ένας διαστημικός ανιχνευτής) να κινείται σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη.
- Για να ξεφύγουμε από το βαρυτικό πεδίο της Γης, ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟ πρέπει να έχει ταχύτητα τουλάχιστον 11,2 km / s. Αυτή είναι η δεύτερη κοσμική ταχύτητα.
- Τα αντικείμενα με την ισχυρότερη βαρύτητα είναι μαύρες τρύπες. Η βαρύτητά τους είναι τόσο μεγάλη που προσελκύουν ακόμη και φως (φωτόνια).
- Δεν θα βρείτε τη δύναμη της βαρύτητας σε καμία εξίσωση της κβαντικής μηχανικής. Το γεγονός είναι ότι όταν προσπαθείτε να συμπεριλάβετε τη βαρύτητα στις εξισώσεις, χάνουν τη σημασία τους. Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα στη σύγχρονη φυσική.
- Η λέξη βαρύτητα προέρχεται από το λατινικό gravis, που σημαίνει βαρύ.
- Όσο πιο μαζικό είναι το αντικείμενο, τόσο ισχυρότερη είναι η βαρύτητα. Εάν ένα άτομο, που ζυγίζει 60 κιλά στη Γη, ζυγίζει στον Δία, οι ζυγαριές θα δείξουν 142 κιλά.
- Οι επιστήμονες της NASA προσπαθούν να αναπτύξουν μια βαρυτική δέσμη που θα μετακινεί αντικείμενα χωρίς επαφή, ξεπερνώντας τη δύναμη της βαρύτητας.
- Οι αστροναύτες σε τροχιά βιώνουν επίσης τη βαρύτητα. Πιο συγκεκριμένα, μικροβαρύτητα. Φαίνονται να πέφτουν ατελείωτα μαζί με το πλοίο στο οποίο βρίσκονται.
- Η βαρύτητα προσελκύει πάντα και δεν απωθεί ποτέ.
- Μια μαύρη τρύπα, περίπου του μεγέθους μιας μπάλας τένις, προσελκύει αντικείμενα με την ίδια δύναμη με τον πλανήτη μας.
Τώρα ξέρετε τον ορισμό της βαρύτητας και μπορείτε να πείτε με ποιον τύπο υπολογίζεται η δύναμη έλξης. Εάν ο γρανίτης της επιστήμης σάς ωθεί περισσότερο στο έδαφος από τη βαρύτητα, επικοινωνήστε με την υπηρεσία φοιτητών μας. Θα σας βοηθήσουμε να μάθετε εύκολα κάτω από τα βαρύτερα φορτία!
Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας
Βαρύτητα (καθολική βαρύτητα, βαρύτητα) (από Lat. gravitas - "βαρύτητα") - θεμελιώδη αλληλεπίδραση στη φύση, στην οποία υπόκεινται όλα τα υλικά σώματα. Σύμφωνα με τα σύγχρονα δεδομένα, είναι μια καθολική αλληλεπίδραση με την έννοια ότι, σε αντίθεση με άλλες δυνάμεις, σε όλα τα σώματα χωρίς εξαίρεση, ανεξάρτητα από τη μάζα τους, δίνεται η ίδια επιτάχυνση. Κυρίως η βαρύτητα παίζει καθοριστικό ρόλο σε κοσμική κλίμακα. Ορος βαρύτητα χρησιμοποιείται επίσης ως το όνομα του κλάδου της φυσικής που μελετά τη βαρυτική αλληλεπίδραση. Το πιο επιτυχημένο μοντέρνο φυσική θεωρία Στην κλασική φυσική, η οποία περιγράφει τη βαρύτητα, είναι η γενική θεωρία της σχετικότητας, η κβαντική θεωρία της βαρυτικής αλληλεπίδρασης δεν έχει ακόμη δημιουργηθεί.
Βαρυτική αλληλεπίδραση
Η βαρυτική αλληλεπίδραση είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στον κόσμο μας. Στο πλαίσιο της κλασικής μηχανικής, περιγράφεται η βαρυτική αλληλεπίδραση ο νόμος της βαρύτητας Newton, που δηλώνει ότι η δύναμη της βαρυτικής έλξης μεταξύ δύο υλικά σημεία μάζες Μ 1 και Μ 2 χωρίζονται από απόσταση Ρ , ανάλογο τόσο με τις μάζες όσο και αντίστροφα ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης - δηλαδή,
.Εδώ σολ - σταθερή βαρύτητας, ίση με περίπου 
m³ / (kg s²). Το σύμβολο μείον σημαίνει ότι η δύναμη που ενεργεί στο σώμα είναι πάντα ίση προς την κατεύθυνση προς τον φορέα ακτίνας που κατευθύνεται προς το σώμα, δηλαδή, η βαρυτική αλληλεπίδραση οδηγεί πάντα στην έλξη οποιουδήποτε σώματος.
Ο νόμος της καθολικής βαρύτητας είναι μία από τις εφαρμογές του αντίστροφου τετραγωνικού νόμου, ο οποίος εμφανίζεται επίσης στη μελέτη της ακτινοβολίας (βλέπε, για παράδειγμα, ελαφριά πίεση), και είναι άμεση συνέπεια της τετραγωνικής αύξησης στην περιοχή μιας σφαίρας με αυξανόμενη ακτίνα, η οποία οδηγεί σε τετραγωνική μείωση της συμβολής οποιασδήποτε μονάδας την περιοχή ολόκληρης της σφαίρας.
Το απλούστερο πρόβλημα της ουράνιας μηχανικής είναι η βαρυτική αλληλεπίδραση δύο σωμάτων σε κενό χώρο. Αυτή η εργασία επιλύεται αναλυτικά έως το τέλος. Το αποτέλεσμα της λύσης του διατυπώνεται συχνά με τη μορφή των τριών νόμων του Κέπλερ.
Με την αύξηση του αριθμού των αλληλεπιδρώντων φορέων, η εργασία γίνεται πολύ πιο περίπλοκη. Έτσι, το ήδη διάσημο πρόβλημα τριών σωμάτων (δηλαδή, η κίνηση τριών σωμάτων με μηδενικές μάζες) δεν μπορεί να λυθεί αναλυτικά σε γενική μορφή. Με την αριθμητική λύση, η αστάθεια των λύσεων σε σχέση με τις αρχικές συνθήκες ορίζεται αρκετά γρήγορα. Εφαρμόζεται στο ηλιακό σύστημα, αυτή η αστάθεια καθιστά αδύνατη την πρόβλεψη της κίνησης των πλανητών σε κλίμακες που ξεπερνούν τα εκατό εκατομμύρια χρόνια.
Σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, μπορεί να βρεθεί μια κατά προσέγγιση λύση. Το πιο σημαντικό είναι η περίπτωση όταν η μάζα ενός σώματος είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τη μάζα άλλων σωμάτων (παραδείγματα: ηλιακό σύστημα και η δυναμική των δακτυλίων του Κρόνου). Σε αυτήν την περίπτωση, ως πρώτη προσέγγιση, μπορεί να υποτεθεί ότι τα ελαφριά σώματα δεν αλληλεπιδρούν το ένα με το άλλο και κινούνται κατά μήκος των τροχιών Keplerian γύρω από το τεράστιο σώμα. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους μπορούν να ληφθούν υπόψη στο πλαίσιο της θεωρίας διαταραχών και να υπολογίζονται κατά μέσο όρο με τον καιρό Σε αυτήν την περίπτωση, ενδέχεται να προκύψουν ασήμαντα φαινόμενα όπως συντονισμοί, ελκυστήρες, χάος κ.λπ. Ένα ενδεικτικό παράδειγμα τέτοιων φαινομένων είναι η μη ασήμαντη δομή των δακτυλίων του Κρόνου.
Παρά τις προσπάθειες να περιγραφεί η συμπεριφορά ενός συστήματος μεγάλου αριθμού προσέλκυσης σωμάτων περίπου της ίδιας μάζας, αυτό δεν ήταν δυνατό λόγω του φαινομένου του δυναμικού χάους.
Ισχυρά βαρυτικά πεδία
Σε ισχυρά βαρυτικά πεδία, όταν κινείται με σχετικιστικές ταχύτητες, αρχίζουν να εμφανίζονται τα αποτελέσματα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας:
- απόκλιση του νόμου της βαρύτητας από το Νεύτωνα ·
- καθυστέρηση δυναμικών που σχετίζονται με την πεπερασμένη ταχύτητα διάδοσης βαρυτικών διαταραχών · η εμφάνιση βαρυτικών κυμάτων ·
- μη γραμμικότητα: τα βαρυτικά κύματα τείνουν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, επομένως, η αρχή της υπέρθεσης των κυμάτων σε ισχυρά πεδία δεν πληρούται πλέον.
- αλλαγή της γεωμετρίας του χωροχρόνου ·
- η εμφάνιση μαύρων τρυπών ·
Βαρυτική ακτινοβολία
Μία από τις σημαντικές προβλέψεις της γενικής σχετικότητας είναι η βαρυτική ακτινοβολία, η παρουσία της οποίας δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί από άμεσες παρατηρήσεις. Ωστόσο, υπάρχουν έμμεσες παρατηρητικές ενδείξεις υπέρ της ύπαρξής του, δηλαδή: οι απώλειες ενέργειας στο δυαδικό σύστημα με το PSR B1913 + 16 pulsar - το Huls-Taylor pulsar - είναι σε καλή συμφωνία με το μοντέλο στο οποίο αυτή η ενέργεια μεταφέρεται από τη βαρυτική ακτινοβολία.
Η βαρυτική ακτινοβολία μπορεί να δημιουργηθεί μόνο από συστήματα με μεταβλητές τετραπολικές ή υψηλότερες ροές πολλαπλών πόλων, αυτό το γεγονός υποδηλώνει ότι η βαρυτική ακτινοβολία των περισσότερων φυσικών πηγών είναι κατευθυντική, γεγονός που περιπλέκει σημαντικά την ανίχνευσή της. Βαρυτική δύναμη μεγάλο-η πηγή πεδίου είναι ανάλογη με (β / ντο) 2μεγάλο + 2 εάν η πολλαπλή είναι ηλεκτρικού τύπου και (β / ντο) 2μεγάλο + 4 - εάν το πολύπολο είναι μαγνητικού τύπου, πού β είναι η χαρακτηριστική ταχύτητα κίνησης των πηγών στο σύστημα εκπομπής, και ντο είναι η ταχύτητα του φωτός. Έτσι, η κυρίαρχη ροπή θα είναι η ροπή τετράπολου ηλεκτρικού τύπου και η ισχύς της αντίστοιχης ακτινοβολίας είναι ίση με:
Οπου Ερ Εγώι είναι ο τανυστής της τετραπολικής ροπής της μαζικής κατανομής του συστήματος εκπομπής. Συνεχής 
(1 / W) σας επιτρέπει να εκτιμήσετε τη σειρά του μεγέθους της ισχύος ακτινοβολίας.
Από το 1969 (πειράματα Weber) έως σήμερα (Φεβρουάριος 2007), έχουν γίνει προσπάθειες για την άμεση ανίχνευση της βαρυτικής ακτινοβολίας. Στις ΗΠΑ, την Ευρώπη και την Ιαπωνία, υπάρχουν επί του παρόντος αρκετοί ανιχνευτές επίγειου εδάφους (GEO 600), καθώς και ένα έργο ανιχνευτή βαρύτητας του διαστήματος της Δημοκρατίας του Ταταρστάν.
Λεπτές επιδράσεις της βαρύτητας
Εκτός από τα κλασικά αποτελέσματα της βαρυτικής έλξης και της διαστολής του χρόνου, η γενική σχετικότητα προβλέπει την ύπαρξη άλλων εκδηλώσεων βαρύτητας, οι οποίες σε επίγειες συνθήκες είναι πολύ αδύναμες και επομένως η ανίχνευση και η πειραματική επαλήθευσή τους είναι πολύ δύσκολη. Μέχρι πρόσφατα, η υπέρβαση αυτών των δυσκολιών φαινόταν πέρα \u200b\u200bαπό τις δυνατότητες των πειραματιστών.
Μεταξύ αυτών, συγκεκριμένα, μπορεί κανείς να ονομάσει τη μεταφορά των αδρανειακών πλαισίων αναφοράς (ή το φαινόμενο Lense-Thirring) και το βαρυτομαγνητικό πεδίο. Το 2005, το ρομποτικό Gravity Probe B της NASA διεξήγαγε ένα πρωτοφανώς ακριβές πείραμα για τη μέτρηση αυτών των επιδράσεων κοντά στη Γη, αλλά τα πλήρη αποτελέσματα δεν έχουν ακόμη δημοσιευτεί.
Κβαντική θεωρία της βαρύτητας
Παρά τις προσπάθειες για περισσότερο από μισό αιώνα, η βαρύτητα είναι η μόνη θεμελιώδης αλληλεπίδραση για την οποία δεν έχει ακόμη δημιουργηθεί μια συνεπής αναδιαμορφώσιμη κβαντική θεωρία. Ωστόσο, σε χαμηλές ενέργειες, στο πνεύμα της κβαντικής θεωρίας πεδίου, η βαρυτική αλληλεπίδραση μπορεί να αναπαρασταθεί ως ανταλλαγή βαρώνων - βαζόνια μετρητή με περιστροφή 2.
Πρότυπες θεωρίες βαρύτητας
Λόγω του γεγονότος ότι οι κβαντικές επιδράσεις της βαρύτητας είναι εξαιρετικά μικρές ακόμη και υπό τις πιο ακραίες πειραματικές και παρατηρητικές συνθήκες, δεν υπάρχουν ακόμη αξιόπιστες παρατηρήσεις τους. Οι θεωρητικές εκτιμήσεις δείχνουν ότι στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων μπορεί κανείς να περιοριστεί στην κλασική περιγραφή της βαρυτικής αλληλεπίδρασης.
Υπάρχει μια σύγχρονη κανονική κλασική θεωρία της βαρύτητας - η γενική θεωρία της σχετικότητας, και πολλές υποθέσεις που τη βελτιώνουν και θεωρίες διαφορετικών βαθμών ανάπτυξης, που ανταγωνίζονται μεταξύ τους (βλ. Άρθρο Εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας). Όλες αυτές οι θεωρίες δίνουν πολύ παρόμοιες προβλέψεις στο πλαίσιο της προσέγγισης στην οποία πραγματοποιούνται πειραματικές δοκιμές. Τα παρακάτω είναι μερικές από τις κύριες, πιο ανεπτυγμένες ή γνωστές θεωρίες βαρύτητας.
- Η βαρύτητα δεν είναι ένα γεωμετρικό πεδίο, αλλά ένα πραγματικό πεδίο φυσικής δύναμης που περιγράφεται από έναν τανυστή.
- Τα βαρυτικά φαινόμενα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο πλαίσιο του επίπεδου χώρου Minkowski, στον οποίο πληρούνται αναμφίβολα οι νόμοι διατήρησης της δυναμικής της ενέργειας και της γωνιακής ορμής. Στη συνέχεια, η κίνηση των σωμάτων στο χώρο Minkowski είναι ισοδύναμη με την κίνηση αυτών των σωμάτων σε αποτελεσματικό χώρο της Ριμανίας.
- Στις εξισώσεις τανυστή για τον προσδιορισμό της μέτρησης, πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη τη μάζα του graviton και επίσης να χρησιμοποιούμε τις συνθήκες μετρητή που σχετίζονται με τη μέτρηση του χώρου Minkowski. Αυτό δεν επιτρέπει την εξόντωση του βαρυτικού πεδίου ακόμη και τοπικά επιλέγοντας κάποιο κατάλληλο πλαίσιο αναφοράς.
Όπως στη γενική σχετικότητα, στην RTG η ουσία νοείται ως όλες οι μορφές ύλης (συμπεριλαμβανομένου του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου), εκτός από το ίδιο το βαρυτικό πεδίο. Οι συνέπειες της θεωρίας RTG είναι οι εξής: δεν υπάρχουν μαύρες τρύπες ως φυσικά αντικείμενα που προβλέπονται στη γενική σχετικότητα. Το σύμπαν είναι επίπεδο, ομοιογενές, ισοτροπικό, στάσιμο και Ευκλείδειο.
Από την άλλη πλευρά, δεν υπάρχουν λιγότερο πειστικά επιχειρήματα από τους αντιπάλους της RTG, τα οποία βασίζονται στις ακόλουθες διατάξεις:
Μια παρόμοια κατάσταση συμβαίνει στο RTG, όπου εισάγεται η δεύτερη εξίσωση τανυστή για να ληφθεί υπόψη η σύνδεση μεταξύ του μη ευκλείδιου χώρου και του χώρου Minkowski. Λόγω της παρουσίας μιας αδιάστατης ρυθμιζόμενης παραμέτρου στη θεωρία Jordan - Brans - Dicke, καθίσταται δυνατή η επιλογή της έτσι ώστε τα αποτελέσματα της θεωρίας να συμπίπτουν με τα αποτελέσματα των βαρυτικών πειραμάτων.
| Θεωρίες βαρύτητας | ||||||||
|
Πηγές και σημειώσεις
Βιβλιογραφία
- V.P. Vizgin Σχετική θεωρία της βαρύτητας (προέλευση και σχηματισμός, 1900-1915). Μ.: Nauka, 1981 - 352c.
- V.P. Vizgin Ενοποιημένες θεωρίες στο 1ο τρίτο του 20ού αιώνα Μόσχα: Nauka, 1985. - 304c.
- Ivanenko D. D., Sardanashvili G. A. Gravity, 3η έκδοση. Μ .: URSS, 2008 - 200p.
δείτε επίσης
- Βαρυόμετρο
Συνδέσεις
- Ο νόμος της βαρύτητας ή "Γιατί δεν πέφτει το φεγγάρι στη γη;" - Ακριβώς περίπλοκο
| Οι κύριες υποενότητες στη φυσική | |
|---|---|
| Πειραματική φυσική Θεωρητική φυσική | |
| Αγροφυσική Ακουστική Αστροφυσική Ατομική, Μοριακή και Οπτική Φυσική Βιοφυσική Γεωφυσική Δυναμική (Υδροδυναμική Θερμοδυναμική) Μαθηματική Φυσική Ιατρική Φυσική Μεταφυσική Μηχανική (Κλασική Μηχανική Κβαντική Μηχανική Στατιστική Μηχανική) Ναυφυσική Ναυτική (Υδροστατική) Κβαντική θεωρία πεδίου | |
