Сер Исак Њутн, удрен со јаболко по глава, го изведе законот за универзална гравитација, кој вели:
Било кои две тела се привлекуваат едно кон друго со сила директно пропорционална на производот на масите на телото и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив:
F = (Gm 1 m 2)/R 2, каде
м1, м2- телесни маси
Р- растојание помеѓу центрите на телата
G = 6,67 10 -11 Nm 2 / kg- постојана
Ајде да го одредиме забрзувањето слободен падна површината на Земјата:
F g = m тело g = (Gm тело m Земја)/R 2
R (радиус на Земјата) = 6,38 10 6 m
m Земја = 5,97 10 24 kg
m тело g = (Gm тело m Земја)/R 2или g = (Gm Земја)/R 2
Ве молиме имајте предвид дека забрзувањето поради гравитацијата не зависи од масата на телото!
g = 6,67 10 -11 5,97 10 24 /(6,38 10 6) = 398,2/40,7 = 9,8 m/s 2
Претходно рековме дека силата на гравитација (гравитациска привлечност) се нарекува тежина.
На површината на Земјата, тежината и масата на телото имаат исто значење. Но, како што се оддалечувате од Земјата, тежината на телото ќе се намалува (бидејќи растојанието помеѓу центарот на Земјата и телото ќе се зголеми), а масата ќе остане константна (бидејќи масата е израз на инерцијата на тело). Масата се мери во килограми, тежина - во њутни.
Благодарение на силата на гравитацијата, небесни теларотираат релативно едни на други: Месечината околу Земјата; Земјата околу Сонцето; Сонцето околу центарот на нашата галаксија, итн. Во овој случај, телата се држат со центрифугална сила, која е обезбедена од силата на гравитацијата.
Истото важи и за вештачките тела (сателити) кои се вртат околу Земјата. Кругот околу кој се врти сателитот се нарекува орбита.
Во овој случај, центрифугална сила дејствува на сателитот:
F c = (m сателит V 2)/R
Сила на гравитација:
F g = (Gm сателит m Земјата)/R 2
F c = F g = (m сателит V 2)/R = (Gm сателит m Земјата)/R 2
V2 = (Gm Земја)/R; V = √(Gm Земја)/R
Користејќи ја оваа формула, можете да ја пресметате брзината на кое било тело што ротира во орбита со радиус Роколу Земјата.
Природен сателит на Земјата е Месечината. Да ја одредиме неговата линеарна брзина во орбитата:
Маса на земјата = 5,97 10 24 kg
Ре растојанието помеѓу центарот на Земјата и центарот на Месечината. За да го одредиме ова растојание, треба да додадеме три величини: радиусот на Земјата; радиус на Месечината; растојание од Земјата до Месечината.
R месечина = 1738 km = 1,74 10 6 m
R земја = 6371 km = 6,37 10 6 m
R zł = 384400 km = 384,4 10 6 m
Вкупно растојание помеѓу центрите на планетите: R = 392,5·10 6 m
Линеарна брзина на Месечината:
V = √(Gm Земја)/R = √6,67 10 -11 5,98 10 24 /392,5 10 6 = 1000 m/s = 3600 km/h
Месечината се движи во кружна орбита околу Земјата со линеарна брзинаВ 3600 km/h!
Сега да го одредиме периодот на револуција на Месечината околу Земјата. За време на нејзиниот орбитален период, Месечината поминува растојание еднакво на должината на нејзината орбита - 2πR. Орбитална брзина на Месечината: V = 2πR/T; од другата страна: V = √(Gm Земја)/R:
2πR/T = √(Gm Земја)/R оттука T = 2π√R 3 /Gm Земја
Т = 6,28 √(60,7 10 24)/6,67 10 -11 5,98 10 24 = 3,9 10 5 секунди
Периодот на обиколување на Месечината околу Земјата е 2.449.200 секунди или 40.820 минути или 680 часа или 28,3 дена.
1. Вертикална ротација
Претходно, многу популарен трик во циркусите беше во кој велосипедист (мотоциклист) направи целосно вртење во вертикален круг.
Која минимална брзина треба да има каскадерот за да избегне паѓање на врвот?
За да ја помине горната точка без да падне, телото мора да има брзина што создава таква центрифугална сила, што би ја компензирало силата на гравитацијата.
Центрифугална сила: F c = mV 2 / R
Гравитација: F g = mg
F c = F g; mV2/R = mg; V = √Rg
Повторно, забележете дека телесната тежина не е вклучена во пресметките! Ве молиме имајте предвид дека ова е брзината што телото треба да ја има на врвот!
Да речеме дека има круг со радиус од 10 метри во циркуската арена. Ајде да ја пресметаме сигурната брзина за трикот:
V = √Rg = √10 9,8 = 10 m/s = 36 km/h
Врз основа на толкувањето на вториот Њутнов закон, можеме да заклучиме дека промената на движењето се случува преку сила. Механиката ги разгледува силите од различна физичка природа. Многу од нив се одредуваат со помош на дејството на гравитационите сили.
Во 1862 година, законот за универзална гравитација беше откриен од И. Њутн. Тој сугерираше дека силите што ја држат Месечината се од иста природа како и силите што предизвикуваат паѓање на јаболко на Земјата. Значењето на хипотезата е присуството на привлечни сили насочени по линија и ги поврзуваат центрите на маса, како што е прикажано на слика 1. 10. 1. Сферичното тело има центар на маса што се совпаѓа со центарот на топката.
Цртеж 1 . 10 . 1 . Гравитационите сили на привлекување помеѓу телата. F 1 → = - F 2 → .
Дефиниција 1
На познати насокидвижењата на планетите, Њутн се обиде да открие какви сили дејствуваат на нив. Овој процес се нарекува инверзен проблем на механиката.
Главната задача на механиката е да ги определи координатите на тело со позната маса со неговата брзина во секое време користејќи познати сили кои делуваат на телото и дадена состојба (директен проблем). Обратно се врши со определување на дејствувачките сили на тело со неговата позната насока. Ваквите проблеми го доведоа научникот до откривање на дефиницијата на законот за универзална гравитација.
Дефиниција 2Сите тела се привлекуваат едно кон друго со сила директно пропорционална на нивните маси и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив.
F = G m 1 m 2 r 2 .
Вредноста на G го одредува коефициентот на пропорционалност на сите тела во природата, наречен гравитациона константа и означен со формулата G = 6, 67 · 10 - 11 N · m 2 / k g 2 (CI).
Повеќето феномени во природата се објаснуваат со присуството на силата на универзалната гравитација. Движењето на планетите, вештачките сателити на Земјата, патеките на летот на балистичките ракети, движењето на телата во близина на површината на Земјата - сè се објаснува со законот за гравитација и динамика.
Дефиниција 3
Манифестацијата на гравитација се карактеризира со присуство гравитацијата. Така се нарекува силата на привлекување на телата кон Земјата и во близина на нејзината површина.
Кога M е означена како маса на Земјата, RZ е радиусот, m е масата на телото, тогаш формулата за гравитација ја добива формата:
F = G M R З 2 m = m g.
Каде што g е забрзувањето на гравитацијата, еднакво на g = G M R 3 2.
Гравитацијата е насочена кон центарот на Земјата, како што е прикажано во примерот Месечина-Земја. Во отсуство на други сили, телото се движи со забрзување на гравитацијата. Неговата просечна вредност е 9,81 m/s2. Со познат G и радиус R 3 = 6,38 · 10 6 m, масата на Земјата M се пресметува со формулата:
M = g R 3 2 G = 5,98 10 24 k g.
Ако некое тело се оддалечи од површината на Земјата, тогаш ефектот на гравитацијата и забрзувањето поради гравитацијата се менуваат во обратна пропорција на квадратот на растојанието r до центарот. Слика 1. 10. 2 покажува како гравитационата сила што дејствува на астронаутот на бродот се менува со растојанието од Земјата. Очигледно, F на неговата привлечност кон Земјата е еднаква на 700 N.
Цртеж 1 . 10 . 2 . Промени во гравитационата сила што делува на астронаут додека се оддалечува од Земјата.
Пример 1
Земја-Месечина е соодветен пример за интеракција на систем со две тела.
Растојанието до Месечината е r L = 3,84 · 10 6 m Тоа е 60 пати поголемо од радиусот на Земјата R Z. Тоа значи дека во присуство на гравитација, гравитационото забрзување α L на орбитата на Месечината ќе биде α. L = g R Z r L 2 = 9,81 m/s 2 60 2 = 0,0027 m/s 2.
Тој е насочен кон центарот на Земјата и се нарекува центрипетален. Пресметката е направена според формулата a L = υ 2 r L = 4 π 2 r L T 2 = 0,0027 m / s 2, каде што T = 27,3 дена е периодот на револуција на Месечината околу Земјата. Извршени резултати и пресметки на различни начини, тие велат дека Њутн бил во право во неговата претпоставка за истата природа на силата што ја држи Месечината во орбитата и силата на гравитацијата.
Месечината има свое гравитационо поле, кое го одредува забрзувањето на гравитацијата g L на површината. Масата на Месечината е 81 пати помала од масата на Земјата, а нејзиниот радиус е 3,7 пати. Ова покажува дека забрзувањето g L треба да се одреди од изразот:
g L = G M L R L 2 = G M Z 3, 7 2 T 3 2 = 0, 17 g = 1, 66 m / s 2.
Таков слаба гравитацијатипично за астронаутите на Месечината. Затоа, можете да направите огромни скокови и чекори. Скок од еден метар на Земјата одговара на седум метри на Месечината.
Движењето на вештачките сателити е снимено надвор од земјината атмосфера, па на нив влијаат гравитационите сили на Земјата. Траекторијата на космичкото тело може да варира во зависност од почетната брзина. Движење вештачки сателитОд страна на ниска земјина орбитаприближно се зема како растојание до центарот на Земјата, еднакво на радиусот R Z. Тие летаат на височини од 200 - 300 km.
Дефиниција 4
Следи дека центрипеталното забрзување на сателитот, кое го даваат гравитационите сили, е еднакво на забрзувањето на гравитацијата g. Брзината на сателитот ќе ја земе ознаката υ 1. Ја викаат првата брзина на бегство.
Применувајќи ја кинематичката формула за центрипетално забрзување, добиваме
a n = υ 1 2 R З = g, υ 1 = g R З = 7,91 · 10 3 m/s.
Со оваа брзина, сателитот можеше да лета околу Земјата во време еднакво на T 1 = 2 πR З υ 1 = 84 min 12 s.
Но, периодот на револуција на сателит во кружна орбита во близина на Земјата е многу подолг отколку што е наведено погоре, бидејќи постои разлика помеѓу радиусот на вистинската орбита и радиусот на Земјата.
Сателитот се движи според принципот на слободен пад, нејасно слично на траекторијата на проектил или балистичка ракета. Разликата лежи во големата брзина на сателитот, а радиусот на искривување на неговата траекторија ја достигнува должината на радиусот на Земјата.
Сателитите кои се движат по кружни траектории на големи растојанија имаат ослабена гравитација, обратно пропорционална на квадратот на радиусот r на траекторијата. Потоа, пронаоѓањето на брзината на сателитот го следи условот:
υ 2 к = g R 3 2 r 2, υ = g R 3 R З r = υ 1 R 3 r.
Затоа, присуството на сателити во високи орбити укажува на помала брзина на нивното движење отколку од орбитата блиску до Земјата. Формулата за периодот на циркулација е:
T = 2 πr υ = 2 πr υ 1 r R З = 2 πR З υ 1 r R 3 3 / 2 = T 1 2 π R З.
Т 1 ја зема вредноста на орбиталниот период на сателитот во ниската орбита на Земјата. Т се зголемува со големината на орбиталниот радиус. Ако r има вредност 6, 6 R 3 тогаш Т на сателитот е 24 часа. Кога ќе биде лансиран во екваторијалната рамнина, ќе се забележи дека виси над одредена точка на површината на земјата. Употребата на такви сателити е позната во вселенскиот радиокомуникациски систем. Орбитата со радиус r = 6,6 RЗ се нарекува геостационарна.
Цртеж 1 . 10 . 3 . Модел на сателитско движење.
Доколку забележите грешка во текстот, означете ја и притиснете Ctrl+Enter
Најважниот феномен кој постојано го проучуваат физичарите е движењето. Електромагнетни феномени, законите на механиката, термодинамичките и квантните процеси - сето ова е широк опсег на фрагменти од универзумот што ги проучува физиката. И сите овие процеси се сведуваат, вака или онака, на една работа - до.
Сè во Универзумот се движи. Гравитацијата е вообичаен феномен за сите луѓе уште од детството, ние сме родени во гравитационото поле на нашата планета, ова физички феноменсе перцепира од нас на најдлабоко интуитивно ниво и, се чини, дури и не бара проучување.
Но, за жал, прашањето е зошто и како сите тела се привлекуваат едни со други, останува до ден-денес не целосно обелоденето, иако е проучено надалеку.
Во оваа статија ќе погледнеме што е универзална привлечност според Њутн - класичната теорија на гравитација. Сепак, пред да преминеме на формули и примери, ќе зборуваме за суштината на проблемот со привлечноста и ќе му дадеме дефиниција.
Можеби проучувањето на гравитацијата стана почеток на природната филозофија (науката за разбирање на суштината на нештата), можеби природната филозофија го покрена прашањето за суштината на гравитацијата, но, вака или онака, прашањето за гравитацијата на телата се заинтересирал за античка Грција.
Движењето беше сфатено како суштина на сетилната карактеристика на телото, поточно, телото се движеше додека набљудувачот го гледаше. Ако не можеме да измериме, измериме, почувствуваме феномен, дали тоа значи дека тој феномен не постои? Нормално, тоа не значи. И бидејќи Аристотел го сфати ова, започнаа размислувањата за суштината на гравитацијата.
Како што се испостави денес, по многу десетици векови, гравитацијата е основата не само на гравитацијата на Земјата и привлекувањето на нашата планета кон, туку и основата за потеклото на Универзумот и речиси сите постоечки елементарни честички.
Задача за движење
Ајде да спроведеме мисловен експеримент. Ајде да земеме мала топка во левата рака. Да го земеме истиот од десната страна. Да ја пуштиме вистинската топка и таа ќе почне да паѓа. Левиот останува во раката, сè уште е неподвижен.
Ајде ментално да го запреме текот на времето. Десната топка што паѓа „виси“ во воздухот, а левата сè уште останува во раката. Десната топка е опремена со „енергија“ на движење, а левата не е. Но, која е длабоката, значајна разлика меѓу нив?
Каде, во кој дел од топката што паѓа пишува дека треба да се движи? Има иста маса, ист волумен. Ги има истите атоми и тие не се разликуваат од атомите на топката во мирување. Топката има? Да, ова е точниот одговор, но како топката знае што има потенцијална енергија, каде е забележана во неа?
Токму тоа е задачата што си ја поставиле Аристотел, Њутн и Алберт Ајнштајн. И сите тројца брилијантни мислители делумно го решија овој проблем сами за себе, но денес има голем број прашања кои бараат решавање.
Њутнова гравитација
Во 1666 година, најголемиот англиски физичар и механичар И. Њутн открил закон кој може квантитативно да ја пресмета силата поради која целата материја во Универзумот се стреми една кон друга. Овој феномен се нарекува универзална гравитација. Кога ќе ве прашаат: „Формулирајте го законот за универзална гравитација“, вашиот одговор треба да звучи вака:
Се наоѓа силата на гравитациската интеракција, која придонесува за привлекување на две тела правопропорционално со масите на овие телаа во обратна пропорција на растојанието меѓу нив.
важно!Њутновиот закон за привлекување го користи терминот „растојание“. Овој термин не треба да се сфати како растојание помеѓу површините на телата, туку како растојание помеѓу нивните центри на гравитација. На пример, ако две топчиња со радиуси r1 и r2 лежат една врз друга, тогаш растојанието помеѓу нивните површини е нула, но има привлечна сила. Работата е што растојанието помеѓу нивните центри r1+r2 е не-нула. Во космичка скала, ова појаснување не е важно, но за сателит во орбитата, ова растојание е еднакво на висината над површината плус радиусот на нашата планета. Растојанието помеѓу Земјата и Месечината исто така се мери како растојание помеѓу нивните центри, а не нивните површини.
За законот за гравитација формулата е следна:
,
- F – сила на привлекување,
- - маси,
- r - растојание,
- G – гравитациска константа еднаква на 6,67·10−11 m³/(kg·s²).
Што е тежина, ако само ја погледнеме силата на гравитацијата?
Силата е векторска количина, сепак, во законот за универзална гравитација традиционално се пишува како скалар. Во векторска слика, законот ќе изгледа вака:
.
Но, тоа не значи дека силата е обратно пропорционална со коцката на растојанието помеѓу центрите. Релацијата треба да се перцепира како единичен вектор насочен од еден центар до друг:
.
Закон за гравитациска интеракција
Тежина и гравитација
Имајќи го предвид законот за гравитација, може да се разбере дека не е чудно што ние лично ја чувствуваме гравитацијата на Сонцето многу послаба од Земјината. Иако масивното Сонце има голема маса, тоа е многу далеку од нас. е исто така далеку од Сонцето, но го привлекува, бидејќи има голема маса. Како да ја пронајдете гравитационата сила на две тела, имено, како да ја пресметате гравитационата сила на Сонцето, Земјата и вие и мене - ќе се занимаваме со ова прашање малку подоцна.
Колку што знаеме, силата на гравитацијата е:
каде што m е нашата маса, а g е забрзувањето на слободниот пад на Земјата (9,81 m/s 2).
важно!Не постојат два, три, десет типа на привлечни сили. Гравитацијата е единствената сила што дава квантитативна карактеристика на привлечноста. Тежината (P = mg) и гравитационата сила се иста работа.
Ако m е нашата маса, M е масата на земјината топка, R е неговиот радиус, тогаш гравитационата сила што дејствува врз нас е еднаква на:
Така, бидејќи F = mg:
.
Масите m се намалуваат, а изразот за забрзување на слободниот пад останува:
Како што можеме да видиме, забрзувањето на гравитацијата е навистина константна вредност, бидејќи неговата формула вклучува постојани количини - радиусот, масата на Земјата и гравитациската константа. Заменувајќи ги вредностите на овие константи, ќе се увериме дека забрзувањето на гравитацијата е еднакво на 9,81 m/s 2.
На различни географски широчини, радиусот на планетата е малку поинаков, бидејќи Земјата сè уште не е совршена сфера. Поради ова, забрзувањето на слободниот пад на одделни точки на земјината топка е различно.
Да се вратиме на привлечноста на Земјата и Сонцето. Ајде да се обидеме со пример да докажеме дека земјината топка те привлекува мене и тебе посилно од Сонцето.
За погодност, да ја земеме масата на една личност: m = 100 kg. Потоа:
- Растојанието помеѓу човекот и земјината топка е еднакво на радиусот на планетата: R = 6,4∙10 6 m.
- Масата на Земјата е: M ≈ 6∙10 24 kg.
- Масата на Сонцето е: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
- Растојание помеѓу нашата планета и Сонцето (помеѓу Сонцето и човекот): r=15∙10 10 m.
Гравитациска привлечност помеѓу човекот и Земјата:
Овој резултат е сосема очигледен од повеќе едноставно изразувањеза тежина (P = mg).
Силата на гравитационата привлечност помеѓу човекот и Сонцето:
Како што можеме да видиме, нашата планета нè привлекува речиси 2000 пати посилно.
Како да се најде силата на привлекување помеѓу Земјата и Сонцето? Како што следува:
Сега гледаме дека Сонцето ја привлекува нашата планета повеќе од милијарда милијарди пати посилно отколку што планетата привлекува вас и мене.
Првата брзина на бегство
Откако Исак Њутн го открил законот за универзална гравитација, тој се заинтересирал за тоа колку брзо треба да се фрли телото за да го надмине гравитационото поле, засекогаш да ја напушти земјината топка.
Навистина, тој го замисли малку поинаку, според неговото разбирање тоа не беше вертикално поставена ракета насочена кон небото, туку тело што хоризонтално направи скок од врвот на планина. Ова беше логична илустрација затоа што На врвот на планината силата на гравитација е нешто помала.
Значи, на врвот на Еверест, забрзувањето на гравитацијата нема да биде вообичаеното 9,8 m/s 2 , туку речиси m/s 2 . Поради оваа причина воздухот таму е толку тенок, што честичките на воздухот повеќе не се врзани за гравитацијата како оние што „паднаа“ на површината.
Ајде да се обидеме да откриеме која е брзината на бегство.
Првата брзина на бегство v1 е брзината со која телото ја напушта површината на Земјата (или друга планета) и влегува во кружна орбита.
Ајде да се обидеме да ја дознаеме нумеричката вредност на оваа вредност за нашата планета.
Ајде да го запишеме вториот Њутнов закон за тело што ротира околу планета во кружна орбита:
,
каде што h е висината на телото над површината, R е радиусот на Земјата.
Во орбитата, телото е подложно на центрифугално забрзување, така што:
.
Масите се намалуваат, добиваме:
,
Оваа брзина се нарекува прва брзина на бегство:
Како што можете да видите, брзината на бегство е апсолутно независна од телесната маса. Така, секој објект забрзан до брзина од 7,9 km/s ќе ја напушти нашата планета и ќе влезе во нејзината орбита.
Првата брзина на бегство
Втора брзина на бегство
Сепак, дури и да го забрзаме телото до првата брзина на бегство, нема да можеме целосно да ја прекинеме неговата гравитациска врска со Земјата. Ова е причината зошто ни треба втора брзина на бегство. Кога ќе се достигне оваа брзина телото го напушта гравитационото поле на планетатаи сите можни затворени орбити.
важно!Често погрешно се верува дека за да стигнат до Месечината, астронаутите морале да ја достигнат втората брзина на бегство, бидејќи прво морале да се „исклучат“ од гравитационото поле на планетата. Ова не е така: парот Земја-Месечина е во гравитационото поле на Земјата. Нивниот заеднички центар на гравитација е внатре во земјината топка.
За да ја пронајдеме оваа брзина, да го поставиме проблемот малку поинаку. Да речеме дека едно тело лета од бесконечност до планета. Прашање: која брзина ќе се постигне на површината при слетувањето (се разбира, без да се земе предвид атмосферата)? Ова е точно брзината телото ќе треба да ја напушти планетата.
Законот за универзална гравитација. Физика 9-то одделение
Закон за универзална гравитација.
Заклучок
Дознавме дека иако гравитацијата е главната сила во Универзумот, многу од причините за овој феномен сè уште остануваат мистерија. Научивме што е Њутновата сила на универзална гравитација, научивме да ја пресметуваме за различни тела, а исто така проучувавме и некои корисни последици што следат од таков феномен како што е универзалниот закон за гравитација.
Оби-Ван Кеноби рече дека силата ја држи галаксијата заедно. Истото може да се каже и за гравитацијата. Факт: Гравитацијата ни овозможува да одиме по Земјата, Земјата да се врти околу Сонцето, а Сонцето да се движи околу супермасивната црна дупка во центарот на нашата галаксија. Како да се разбере гравитацијата? Ова се дискутира во нашата статија.
Веднаш да кажеме дека овде нема да најдете единствен точен одговор на прашањето „Што е гравитација“. Затоа што едноставно не постои! Гравитацијата е еден од најмистериозните феномени околу кој научниците се збунети и сè уште не можат целосно да ја објаснат нејзината природа.
Има многу хипотези и мислења. Постојат повеќе од десетина теории за гравитација, алтернативни и класични. Ќе ги разгледаме најинтересните, релевантните и модерните.
Сакате повеќе корисни информациии свежи вести секој ден? Придружете ни се на телеграма.
Гравитацијата е физичка основна интеракција
Постојат 4 фундаментални интеракции во физиката. Благодарение на нив, светот е токму она што е. Гравитацијата е една од овие интеракции.
Основни интеракции:
- гравитација;
- електромагнетизам;
- силна интеракција;
- слаба интеракција.
Во моментов, сегашната теорија која ја опишува гравитацијата е GTR (општа релативност). Тоа беше предложено од Алберт Ајнштајн во 1915-1916 година.
Сепак, знаеме дека е рано да се зборува за крајната вистина. На крајот на краиштата, неколку векови пред појавата на општата релативност во физиката, теоријата на Њутн доминираше за да ја опише гравитацијата, која беше значително проширена.
Во рамките на ГТО на во моментотневозможно е да се објаснат и опишат сите прашања поврзани со гравитацијата.
Пред Њутн, нашироко се веруваше дека гравитацијата на земјата и гравитацијата на небото се различни работи. Се веруваше дека планетите се движат според нивните сопствени идеални закони, различни од оние на Земјата.
Њутн го открил законот за универзална гравитација во 1667 година. Се разбира, овој закон постоел уште во времето на диносаурусите и многу порано.
Античките филозофи размислувале за постоењето на гравитацијата. Галилео експериментално го пресметал забрзувањето на гравитацијата на Земјата, откривајќи дека тоа е исто за тела со која било маса. Кеплер ги проучувал законите за движење на небесните тела.
Њутн успеа да ги формулира и генерализира резултатите од неговите набљудувања. Еве што доби:
Две тела се привлекуваат едно со друго со сила наречена гравитациона силаили силата на гравитацијата.
Формула за силата на привлекување помеѓу телата:
G е гравитационата константа, m е масата на телата, r е растојанието помеѓу центрите за маса на телата.
Што физичко значењегравитациска константа? Тоа е еднакво на силата со која телата со маса од по 1 килограм дејствуваат едно врз друго, на растојание од 1 метар едно од друго.
Според теоријата на Њутн, секој објект создава гравитационо поле. Точноста на Њутновиот закон е тестирана на растојанија помали од еден сантиметар. Се разбира, за малите маси овие сили се незначителни и може да се занемарат.
Формулата на Њутн е применлива и за пресметување на силата на привлекување на планетите кон сонцето и за мали објекти. Едноставно не ја забележуваме силата со која, да речеме, се привлекуваат топчињата на масата за билијард. Сепак, оваа сила постои и може да се пресмета.
Силата на привлекување делува помеѓу сите тела во Универзумот. Неговиот ефект се протега на секое растојание.
Њутновиот закон за универзална гравитација не ја објаснува природата на силата на гравитацијата, туку воспоставува квантитативни закони. Теоријата на Њутн не противречи на GTR. Сосема е доволно да се реши практични проблемина Земјината скала и да се пресмета движењето на небесните тела.
Гравитацијата во општата релативност
И покрај фактот дека теоријата на Њутн е доста применлива во пракса, таа има голем број на недостатоци. Законот за универзална гравитација е математички опис, но не дава идеја за фундаменталното физичка природаработи.
Според Њутн, силата на гравитацијата дејствува на кое било растојание. Покрај тоа, делува веднаш. Имајќи предвид дека најбрзата брзина во светот е брзината на светлината, постои несовпаѓање. Како може гравитацијата да дејствува моментално на која било далечина, кога на светлината и треба не миг, туку неколку секунди или дури години за да ги надмине?
Во рамките на општата релативност, гравитацијата се смета не како сила што делува на телата, туку како искривување на просторот и времето под влијание на масата. Така, гравитацијата не е интеракција на сила.
Каков е ефектот на гравитацијата? Ајде да се обидеме да го опишеме користејќи аналогија.
Да го замислиме просторот во форма на еластичен лист. Ако на него ставите лесно тениско топче, површината ќе остане рамна. Но, ако ставите голема тежина до топката, таа ќе притисне дупка на површината и топката ќе почне да се тркала кон големата и голема тежина. Ова е „гравитација“.
Патем! За нашите читатели сега има попуст од 10%. секаков вид на работа
Откривање на гравитационите бранови
Гравитационите бранови беа предвидени од Алберт Ајнштајн уште во 1916 година, но тие беа откриени само сто години подоцна, во 2015 година.
Што се гравитациони бранови? Ајде повторно да направиме аналогија. Ако фрлите камен во мирна вода, на површината на водата од каде што паѓа ќе се појават кругови. Гравитационите бранови се исти бранувања, нарушувања. Само не на вода, туку во глобално време-простор.
Наместо вода има простор-време, а наместо камен, да речеме, црна дупка. Секое забрзано движење на масата генерира гравитациски бран. Ако телата се во состојба на слободен пад, кога ќе помине гравитациски бран, растојанието меѓу нив ќе се промени.
Бидејќи гравитацијата е многу слаба сила, откривањето на гравитационите бранови е поврзано со големи технички тешкотии. Современи технологииовозможи да се открие излив на гравитациони бранови само од супермасивни извори.
Погоден настан за откривање на гравитациски бран е спојувањето на црните дупки. За жал или за среќа, ова се случува доста ретко. Сепак, научниците успеаја да регистрираат бран кој буквално се тркала низ просторот на Универзумот.
За снимање на гравитационите бранови, изграден е детектор со дијаметар од 4 километри. За време на минување на бранот, забележани се вибрации на огледала на суспензии во вакуум и мешање на светлината што се рефлектира од нив.
Гравитационите бранови ја потврдија валидноста на општата релативност.
Гравитација и елементарни честички
Во стандардниот модел, секоја интеракција е одговорна за одредени елементарни честички. Можеме да кажеме дека честичките се носители на интеракции.
Гравитонот, хипотетичка честичка без маса со енергија, е одговорен за гравитацијата. Патем, во нашиот посебен материјал, прочитајте повеќе за Хигсовиот бозон, кој предизвика многу бучава, и други елементарни честички.
Конечно, еве неколку интересни факти за гравитацијата.
10 факти за гравитацијата
- За да се надмине силата на гравитацијата на Земјата, телото мора да има брзина од 7,91 km/s. Ова е првата брзина на бегство. Доволно е тело (на пример, вселенска сонда) да се движи во орбитата околу планетата.
- За да излезе од гравитациско полеЗемјата, вселенско леталомора да има брзина од најмалку 11,2 km/s. Ова е втора брзина на бегство.
- Објектите со најсилна гравитација се црните дупки. Нивната гравитација е толку силна што дури и привлекуваат светлина (фотони).
- Нема да ја најдете силата на гравитацијата во ниту една равенка на квантната механика. Факт е дека кога се обидувате да ја вклучите гравитацијата во равенките, тие ја губат својата важност. Ова е еден од најважните проблеми на модерната физика.
- Зборот гравитација доаѓа од латинскиот „гравис“, што значи „тежок“.
- Колку е помасивен објектот, толку е посилна гравитацијата. Ако човек кој тежи 60 килограми на Земјата се тежи на Јупитер, вагата ќе покаже 142 килограми.
- Научниците на НАСА се обидуваат да развијат гравитациски зрак кој ќе овозможи објектите да се движат без контакт, надминувајќи ја силата на гравитацијата.
- Астронаутите во орбитата исто така доживуваат гравитација. Поточно, микрогравитација. Се чини дека бескрајно паѓаат заедно со бродот во кој се наоѓаат.
- Гравитацијата секогаш привлекува и никогаш не одбива.
- Црната дупка, со големина на тениско топче, привлекува објекти со иста сила како нашата планета.
Сега ја знаете дефиницијата за гравитација и можете да кажете која формула се користи за пресметување на силата на привлекување. Ако гранитот на науката ве притиска на земја посилно од гравитацијата, контактирајте ја нашата студентска служба. Ние ќе ви помогнеме лесно да учите под најтешките товари!
Закон за гравитација
Гравитација (универзална гравитација, гравитација)(од латински gravitas - „гравитација“) - долготрајна фундаментална интеракција во природата, на која подлежат сите материјални тела. Според современите податоци, тоа е универзална интеракција во смисла дека, за разлика од сите други сили, го дава истото забрзување на сите тела без исклучок, без оглед на нивната маса. Главно гравитацијата игра одлучувачка улога на космички размери. Термин гравитацијатасе користи и како име на гранката на физиката која ја проучува гравитациската интеракција. Најуспешната модерна физичка теоријаВо класичната физика, теоријата што ја опишува гравитацијата е општата теорија на релативноста.
Гравитациска интеракција
Гравитациската интеракција е една од четири основниинтеракциите во нашиот свет. Во рамките на класичната механика, опишана е гравитациската интеракција закон за универзална гравитацијаЊутн, кој наведува дека силата на гравитационата привлечност помеѓу две материјални точкимасите м 1 и м 2 одделени со растојание Р, е пропорционален на двете маси и обратно пропорционален на квадратот на растојанието - т.е
.Еве Г- гравитациска константа, еднаква на приближно 
m³/(kg s²). Знакот минус значи дека силата што дејствува на телото е секогаш еднаква во насока на векторот на радиусот насочен кон телото, односно, гравитациската интеракција секогаш води до привлекување на какви било тела.
Законот за универзална гравитација е една од примените на законот за обратен квадрат, кој исто така се јавува во проучувањето на зрачењето (види, на пример, Лесен притисок) и е директна последица на квадратното зголемување на површината на сфера со зголемен радиус, што доведува до квадратно намалување на придонесот на која било единица површина на површината на целата сфера.
Наједноставниот проблем на небесната механика е гравитациската интеракција на две тела во празен простор. Овој проблем е решен аналитички до крај; резултатот од неговото решение често се формулира во форма на трите Кеплерови закони.
Како што се зголемува бројот на тела кои содејствуваат, задачата станува драматично посложена. Така, веќе познатиот проблем со три тела (т.е. движењето на три тела со ненулта маса) не може аналитички да се реши во општ поглед. Со нумеричко решение, нестабилноста на решенијата во однос на почетните услови настанува доста брзо. Кога се применува на Сончевиот систем, оваа нестабилност го оневозможува предвидувањето на движењето на планетите на размери поголеми од сто милиони години.
Во некои посебни случаи, можно е да се најде приближно решение. Најважниот случај е кога масата на едно тело е значително поголема масадруги тела (на пример: соларниот системи динамика на прстените на Сатурн). Во овој случај, како прво приближување, можеме да претпоставиме дека светлосните тела не комуницираат едни со други и се движат по кеплеровите траектории околу масивното тело. Интеракциите меѓу нив може да се земат предвид во рамките на теоријата на пертурбации, и да се просекуваат со текот на времето. Во овој случај, може да се појават нетривијални феномени, како што се резонанции, привлекувачи, хаос, итн. Јасен пример за таквите појави е нетривијалната структура на прстените на Сатурн.
И покрај обидите да се опише однесувањето на системот од голем бројпривлекувајќи тела со приближно иста маса, тоа не може да се направи поради феноменот на динамичен хаос.
Силни гравитациони полиња
Во силните гравитациони полиња, кога се движите со релативистички брзини, ефектите на општата релативност почнуваат да се појавуваат:
- отстапување на законот за гравитација од Њутновиот;
- доцнење на потенцијалите поврзани со конечната брзина на ширење на гравитационите нарушувања; појавата на гравитациони бранови;
- ефекти на нелинеарност: гравитационите бранови имаат тенденција да комуницираат едни со други, така што принципот на суперпозиција на брановите во силни полиња повеќе не важи;
- менување на геометријата на простор-времето;
- појавата на црни дупки;
Гравитациско зрачење
Едно од важните предвидувања на општата релативност е гравитациското зрачење, чие присуство сè уште не е потврдено со директни набљудувања. Сепак, постојат индиректни набљудувачки докази во корист на неговото постоење, имено: загубите на енергија во бинарниот систем со пулсарот PSR B1913+16 - пулсарот Hulse-Taylor - се во добра согласност со моделот во кој оваа енергија се пренесува од гравитациско зрачење.
Гравитационото зрачење може да се генерира само од системи со променливи четириполски или повисоки повеќеполни моменти, овој факт сугерира дека гравитациското зрачење на повеќето природни извори е насочено, што значително го отежнува неговото откривање. Моќ на гравитација л-изворот на теренот е пропорционален (v / в) 2л + 2 , ако повеќеполот е од електричен тип, и (v / в) 2л + 4 - ако повеќеполот е од магнетен тип, каде vе карактеристичната брзина на движење на изворите во системот за зрачење и в- брзина на светлината. Така, доминантен момент ќе биде четириполскиот момент на електричниот тип, а моќноста на соодветното зрачење е еднаква на:
Каде П јасј- тензор на четворопол момент на распределбата на масата на системот за зрачење. Постојана 
(1/W) ни овозможува да го процениме редот на големината на моќноста на зрачењето.
Од 1969 година (експериментите на Вебер) до денес (февруари 2007 година) се направени обиди директно да се открие гравитациското зрачење. Во САД, Европа и Јапонија во моментов работат неколку копнени детектори (GEO 600), како и проект за вселенски гравитациски детектор на Република Татарстан.
Суптилни ефекти на гравитацијата
Покрај класичните ефекти на гравитационата привлечност и временското проширување, општата теорија на релативноста предвидува постоење на други манифестации на гравитацијата, кои се многу слаби во копнени услови и нивно откривање и експериментална верификацијазатоа многу тешко. До неодамна, надминувањето на овие тешкотии изгледаше надвор од можностите на експериментаторите.
Помеѓу нив, особено, можеме да го именуваме внесувањето на инерцијалните референтни рамки (или ефектот на леќата-Thirring) и гравитомагнетното поле. Во 2005 година, роботската гравитација сонда Б на НАСА спроведе експеримент со мерење на овие ефекти во близина на Земјата, без преседан по својата точност, но неговите целосни резултати сè уште не се објавени.
Квантна теорија на гравитација
И покрај повеќе од половина век обиди, гравитацијата е единствената фундаментална интеракција за која сè уште не е изградена конзистентна ренормализирачка квантна теорија. Меѓутоа, при ниски енергии, во духот на теоријата на квантното поле, гравитациската интеракција може да се претстави како размена на гравитони - мерачни бозони со спин 2.
Стандардни теории за гравитација
Поради фактот што квантни ефектигравитационите сили се екстремно мали дури и при најекстремните експериментални и набљудувачки услови сè уште нема сигурни набљудувања за нив. Теоретските проценки покажуваат дека во огромното мнозинство на случаи може да се ограничи на класичниот опис на гравитациската интеракција.
Постои модерна канонска класична теорија на гравитацијата - општа теорија на релативноста, и многу хипотези и теории со различен степен на развој што ја разјаснуваат, натпреварувајќи се едни со други (види ја статијата Алтернативни теории на гравитацијата). Сите овие теории прават многу слични предвидувања во рамките на приближувањето во кое моментално се вршат експериментални тестови. Следниве се неколку основни, најдобро развиени или познати теории за гравитација.
- Гравитацијата не е геометриско поле, туку вистинско поле на физичка сила опишано со тензор.
- Гравитационите феномени треба да се разгледуваат во рамките на рамниот простор на Минковски, во кој законите за зачувување на енергија-моментум и аголен моментум се недвосмислено задоволени. Тогаш, движењето на телата во просторот Минковски е еквивалентно на движењето на овие тела во ефективниот Риманов простор.
- Во равенките на тензорите за одредување на метриката, треба да се земе предвид гравитонската маса и да се користат условите на мерачот поврзани со метриката на просторот Минковски. Ова не дозволува гравитационото поле да се уништи дури и локално со избирање соодветна референтна рамка.
Како и во општата релативност, во RTG материјата се однесува на сите форми на материја (вклучувајќи го и електромагнетното поле), со исклучок на самото гравитационо поле. Последиците од теоријата на RTG се следните: црните дупки како физички објекти предвидени во Општата релативност не постојат; Универзумот е рамен, хомоген, изотропен, неподвижен и Евклид.
Од друга страна, нема помалку убедливи аргументи на противниците на РТГ, кои се сведуваат на следниве точки:
Слична работа се случува во RTG, каде што втората равенка на тензорот е воведена за да се земе предвид врската помеѓу неевклидовиот простор и просторот Минковски. Поради присуството на бездимензионален параметар за вклопување во теоријата Џордан-Бранс-Дик, станува возможно да се избере така што резултатите од теоријата се совпаѓаат со резултатите од гравитационите експерименти.
| Теории за гравитација | ||||||||
|
Извори и белешки
Литература
- Визгин В.П.Релативистичка теорија на гравитацијата (почеток и формирање, 1900-1915). М.: Наука, 1981. - 352в.
- Визгин В.П.Унифицирани теории во 1 третина од дваесеттиот век. М.: Наука, 1985. - 304в.
- Иваненко Д.Д., Сарданашвили Г.А.Гравитација, 3-то издание. М.: УРСС, 2008. - 200 стр.
Видете исто така
- Гравиметар
Врски
- Законот за универзална гравитација или „Зошто Месечината не паѓа на Земјата?“ - Само за комплексот
| Главните подсекции во физиката | |
|---|---|
| Експериментална физика · Теоретска физика | |
| Агрофизика · Акустика · Астрофизика · Атомска, молекуларна и оптичка физика · Биофизика · Геофизика · Динамика (Хидродинамика · Термодинамика) · Математичка физика · Медицинска физика · Метафизика · Механика (Класична механика · Квантна механика · Статистика · Квантна механика · Статистика) (Хидростатика) · Теорија на квантно поле · | |
