Universaalin gravitaatiovoima on painovoiman määritelmä. Mitä painovoima on nukkeille: määritelmä ja teoria yksinkertaisin sanoin

  • 5. Pisteen liike ympyrää pitkin. Kulmasiirtymä, nopeus, kiihtyvyys. Lineaaristen ja kulmaominaisuuksien välinen suhde.
  • 6. Aineellisen pisteen dynamiikka. Voimaa ja liikettä. Inertiaaliset referenssijärjestelmät ja Newtonin ensimmäinen laki.
  • 7. Perusvuorovaikutukset. Luonteeltaan erilaisia ​​voimia (kimmoisuus, painovoima, kitka), Newtonin toinen laki. Newtonin kolmas laki.
  • 8. Universaalin painovoiman laki. Painovoima ja kehon paino.
  • 9. Kuivan ja viskoosin kitkavoimat. Liikkuminen kaltevassa tasossa.
  • 10. Joustava runko. Vetovoimat ja muodonmuutokset. Suhteellinen laajennus. Jännite. Hooken laki.
  • 11. Materiaalipistejärjestelmän impulssi. Massakeskuksen liikeyhtälö. Impulssi ja sen yhteys voimaan. Törmäykset ja voiman momentti. Liikemäärän säilymisen laki.
  • 12. Vakiovoimalla ja muuttuvalla voimalla tehty työ. Tehoa.
  • 13. Kineettinen energia sekä energian ja työn yhteys.
  • 14. Potentiaaliset ja ei-potentiaaliset kentät. Konservatiiviset ja dissipatiiviset voimat. Mahdollinen energia.
  • 15. Painovoimalaki. Gravitaatiokenttä, sen intensiteetti ja gravitaatiovuorovaikutuksen potentiaalienergia.
  • 16. Kehon liikuttaminen gravitaatiokentässä.
  • 17. Mekaaninen energia ja sen säilyminen.
  • 18. Kehojen törmäys. Täysin elastiset ja joustamattomat iskut.
  • 19. Pyörimisliikkeen dynamiikka. Voiman momentti ja hitausmomentti. Ehdottoman jäykän kappaleen pyörimisliikkeen mekaniikan peruslaki.
  • 20. Hitausmomentin laskenta. Esimerkkejä. Steinerin lause.
  • 21. Kulmamomentti ja sen säilyminen. gyroskooppiset ilmiöt.
  • 22. Pyörivän kiinteän kappaleen kineettinen energia.
  • 24. Matemaattinen heiluri.
  • 25. Fyysinen heiluri. Annettu pituus. liikevaihdon omaisuutta.
  • 26. Värähtelevän liikkeen energia.
  • 27. Vektorikaavio. Samantaajuisten rinnakkaisten värähtelyjen lisäys.
  • (2) (3)
  • 28. Beats
  • 29. Keskinäisten kohtisuorien värähtelyjen summaus. Lissajous-hahmot.
  • 30. Tilastollinen fysiikka (mkt) ja termodynamiikka. Termodynaamisen järjestelmän tila. Tasapainotila, epätasapainotila. Termodynaamiset parametrit. Käsitellä asiaa. MK:n tärkeimmät määräykset.
  • 31. Lämpötila termodynamiikassa. Lämpömittarit. lämpötila-asteikot. Ihanteellinen kaasu. Ihanteellisen kaasun tilayhtälö.
  • 32. Kaasun paine astian seinämässä. Ihanteellinen kaasulaki mkt:ssä.
  • 33. Lämpötila mikroneina (31 kysymystä). Molekyylien keskimääräinen energia. Molekyylien keskimääräinen neliönopeus.
  • 34. Mekaanisen järjestelmän vapausasteiden lukumäärä. Molekyylien vapausasteiden lukumäärä. Energian tasa-arvolaki molekyylin vapausasteiden yli.
  • 35. Kaasun tekemä työ tilavuuden muutoksilla. Teoksen graafinen esitys. Työskentele isotermisessä prosessissa.
  • 37. Ensimmäinen käynnistys jne. Ensimmäisen lain soveltaminen erilaisiin isoprosesseihin.
  • 38. Ihanteellisen kaasun lämpökapasiteetti. Mayerin yhtälö.
  • 39. Adiabaattisen ideaalikaasun yhtälö.
  • 40. Polytrooppiset prosessit.
  • 41. Toinen alku jne. Lämpömoottorit ja jääkaapit. Clausius-formulaatio.
  • 42. Carnot-moottori. Carnot-moottorin hyötysuhde. Carnot'n lause.
  • 43. Entropia.
  • 44. Entropia ja toinen laki jne.
  • 45. Entropia järjestelmän epäjärjestyksen kvantitatiivisena mittana. Entropian tilastollinen tulkinta. Järjestelmän mikro- ja mikrotilat.
  • 46. ​​Kaasumolekyylien jakautuminen nopeuksilla. Maxwell-jakelu.
  • 47. Barometrinen kaava. Boltzmannin jakelu.
  • 48. Vapaa vaimennettu tärinä. Vaimennusominaisuudet: vaimennuskerroin, aika, relaksaatio, vaimennustekijä, värähtelyjärjestelmän laatutekijä.
  • 49. Sähkövaraus. Coulombin laki. Sähköstaattinen kenttä (ESP). ESP jännitys. Superposition periaate. Voimalinjat esim.
  • 8. Universaalin painovoiman laki. Painovoima ja kehon paino.

    Universaalin gravitaatiolaki - kaksi materiaalista pistettä vetää toisiaan puoleensa voimalla, joka on suoraan verrannollinen niiden massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.

    , MissäG gravitaatiovakio = 6,67*N

    Napalla – mg== ,

    Päiväntasaajalla – mg= –m

    Jos ruumis on maanpinnan yläpuolella – mg== ,

    Painovoima on voima, jolla planeetta vaikuttaa kehoon. Painovoima on yhtä suuri kuin kehon massan ja vapaan pudotuksen kiihtyvyyden tulo.

    Paino on kehon painovoimakentässä syntyvä tuki, joka estää putoamisen.

    9. Kuivan ja viskoosin kitkavoimat. Liikkuminen kaltevassa tasossa.

    Kitkavoimat syntyvät, kun m / y kappaleiden välillä on kosketus.

    Kuivakitkavoimat ovat voimia, jotka syntyvät kahden kiinteän kappaleen kosketuksissa ilman nestemäistä tai kaasumaista kerrosta niiden välillä. Suunnattu aina tangentiaalisesti yhteenliittyville pinnoille.

    Staattinen kitkavoima on suuruudeltaan yhtä suuri kuin ulkoinen voima ja se on suunnattu vastakkaiseen suuntaan.

    Ftr lepo = -F

    Liukukitkavoima on aina suunnattu liikesuuntaa vastakkaiseen suuntaan, riippuu kappaleiden suhteellisesta nopeudesta.

    Viskoosi kitkavoima - kun kiinteä kappale liikkuu nesteessä tai kaasussa.

    Viskoosissa kitkassa ei ole staattista kitkaa.

    Riippuu kehon nopeudesta.

    Pienillä nopeuksilla

    Suurilla nopeuksilla

    Liikkuminen kaltevassa tasossa:

    oy: 0 = N-mgcosa, u = tga

    10. Joustava runko. Vetovoimat ja muodonmuutokset. Suhteellinen laajennus. Jännite. Hooken laki.

    Kun kehon muoto muuttuu, syntyy voima, joka pyrkii palauttamaan sen aikaisemmat mitat ja kehon muodon - kimmoisuusvoima.

    1. Venytä x>0,Fy<0

    2.Pakkaus x<0,Fy>0

    Pienillä muodonmuutoksilla (|x|<

    missä k on kappaleen jäykkyys (N/m) riippuu rungon muodosta ja koosta sekä materiaalista.

    ε= – suhteellinen muodonmuutos.

    σ = =S - vääntyneen kappaleen poikkileikkauspinta-ala - jännitys.

    ε=E– Youngin moduuli riippuu materiaalin ominaisuuksista.

    11. Materiaalipistejärjestelmän impulssi. Massakeskuksen liikeyhtälö. Impulssi ja sen yhteys voimaan. Törmäykset ja voiman momentti. Liikemäärän säilymisen laki.

    Impulssi , tai materiaalipisteen liikkeen määrä on vektorisuure, joka on yhtä suuri kuin materiaalipisteen m massan ja sen liikkeen nopeuden v tulo.

    - aineelliselle pisteelle;

    – aineellisten pisteiden järjestelmälle (näiden pisteiden impulssien kautta);

    – aineellisten pisteiden järjestelmälle (massakeskuksen liikkeen kautta).

    Järjestelmän painopiste kutsutaan pistettä C, jonka sädevektori r C on yhtä suuri kuin

    Massakeskuksen liikeyhtälö:

    Yhtälön merkitys on seuraava: järjestelmän massan ja massakeskipisteen kiihtyvyyden tulo on yhtä suuri kuin järjestelmän kappaleisiin vaikuttavien ulkoisten voimien geometrinen summa. Kuten näette, massakeskuksen liikelaki muistuttaa Newtonin toista lakia. Jos ulkoiset voimat eivät vaikuta järjestelmään tai ulkoisten voimien summa on nolla, niin massakeskipisteen kiihtyvyys on nolla ja sen nopeus on muuttumaton ajallisesti absoluuttisessa arvossa ja laskeutumisessa, ts. tässä tapauksessa massakeskus liikkuu tasaisesti ja suoraviivaisesti.

    Tämä tarkoittaa erityisesti sitä, että jos järjestelmä on suljettu ja sen massakeskipiste on liikkumaton, niin järjestelmän sisäiset voimat eivät pysty saattamaan massakeskiötä liikkeelle. Raketin propulsio perustuu tähän periaatteeseen: raketin saattamiseksi liikkeelle on välttämätöntä heittää polttoaineen palamisen aikana syntyviä pakokaasuja ja pölyä vastakkaiseen suuntaan.

    Momentumin säilymisen laki

    Liikemäärän säilymislain johtamiseksi harkitse joitain käsitteitä. Aineellisten pisteiden (kappaleiden) joukkoa, jota tarkastellaan kokonaisuutena, kutsutaan mekaaninen järjestelmä. Mekaanisen järjestelmän materiaalipisteiden välisiä vuorovaikutusvoimia kutsutaan sisäinen. Voimia, joilla ulkoiset kappaleet vaikuttavat järjestelmän aineellisiin pisteisiin, kutsutaan ulkoinen. Kehojen mekaaninen järjestelmä, johon ei vaikuta

    ulkoista voimaa kutsutaan suljettu(tai eristetty). Jos meillä on monista kappaleista koostuva mekaaninen järjestelmä, niin Newtonin kolmannen lain mukaan näiden kappaleiden välillä vaikuttavat voimat ovat yhtä suuret ja vastakkaisiin suuntautuneita, eli sisäisten voimien geometrinen summa on nolla.

    Harkitse mekaanista järjestelmää, joka koostuu n kappaleita, joiden massa ja nopeus ovat vastaavasti samat T 1 , m 2 , . ..,T n Ja v 1 ,v 2 , .. .,v n. Antaa F" 1 ,F" 2 , ...,F"n - resultantti sisäiset voimat, jotka vaikuttavat kuhunkin näistä kappaleista, a f 1 ,f 2 , ...,F n - tuloksena olevat ulkoiset voimat. Kirjoitamme Newtonin toisen lain jokaiselle n mekaanisen järjestelmän rungot:

    d/dt(m1 v 1)= F" 1 +F 1 ,

    d/dt(m2 v 2)= F" 2 +F 2 ,

    d/dt(m n v n) = F"n + F n.

    Kun nämä yhtälöt lisätään termi kerrallaan, saadaan

    d/dt (m 1 v 1+m2 v 2+...+min v n) = F" 1 +F" 2 +...+F" n +F 1 +F 2 +...+F n.

    Mutta koska mekaanisen järjestelmän sisäisten voimien geometrinen summa on Newtonin kolmannen lain mukaan nolla, niin

    d/dt(m 1 v 1 + m 2 v 2 + ... + m n v n)= F 1 + F 2 +...+ F ei myöskään

    dp/dt= F 1 + F 2 +...+ F n , (9.1)

    Missä

    järjestelmän vauhtia. Siten mekaanisen järjestelmän liikemäärän aikaderivaata on yhtä suuri kuin järjestelmään vaikuttavien ulkoisten voimien geometrinen summa.

    Ulkoisten voimien puuttuessa (pidämme suljettua järjestelmää)

    Tämä ilmaisu on liikemäärän säilymislaki: suljetun järjestelmän vauhti säilyy, eli se ei muutu ajan myötä.

    Liikemäärän säilymislaki pätee paitsi klassisessa fysiikassa, vaikka se on saatu Newtonin lakien seurauksena. Kokeet osoittavat, että se pätee myös suljetuissa mikrohiukkasjärjestelmissä (ne noudattavat kvanttimekaniikan lakeja). Tämä laki on universaali, eli liikemäärän säilymisen laki - luonnon peruslaki.

    "

    Millä lailla aiot hirttää minut?
    - Ja me ripustamme kaikki yhden lain mukaan - yleisen painovoiman lain.

    Painovoimalaki

    Painovoimailmiö on universaalin painovoiman laki. Kaksi kappaletta vaikuttavat toisiinsa voimalla, joka on kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön ja suoraan verrannollinen niiden massojen tuloon.

    Matemaattisesti voimme ilmaista tämän suuren lain kaavalla


    Painovoima vaikuttaa valtavien etäisyyksien päässä maailmankaikkeudessa. Mutta Newton väitti, että kaikki esineet vetoavat toisiaan. Onko totta, että mitkä tahansa kaksi esinettä houkuttelevat toisiaan? Kuvittele vain, tiedetään, että maa houkuttelee sinua istumaan tuolilla. Mutta oletko koskaan ajatellut sitä, että tietokone ja hiiri houkuttelevat toisiaan? Tai kynä ja kynä pöydällä? Tässä tapauksessa korvaamme kynän massan, kynän massan kaavaan, jaamme niiden välisen etäisyyden neliöllä, ottaen huomioon gravitaatiovakion, saamme niiden keskinäisen vetovoiman. Mutta se tulee niin pieneksi (kynän ja lyijykynän pienten massojen vuoksi), että emme tunne sen läsnäoloa. Toinen asia on maa ja tuoli tai aurinko ja maa. Massat ovat merkittäviä, mikä tarkoittaa, että voimme jo arvioida voiman vaikutusta.

    Ajatellaanpa vapaan pudotuksen kiihtyvyyttä. Tämä on vetovoiman lain toiminta. Voiman vaikutuksesta keho muuttaa nopeutta mitä hitaammin, sitä suurempi massa. Tämän seurauksena kaikki kappaleet putoavat Maahan samalla kiihtyvyydellä.

    Mikä on tämän näkymätön ainutlaatuisen voiman syy? Tähän mennessä gravitaatiokentän olemassaolo on tunnettu ja todistettu. Voit oppia lisää gravitaatiokentän luonteesta aiheen lisämateriaalista.

    Mieti, mitä painovoima on. Mistä se on kotoisin? Mitä se edustaa? Eihän se voi olla niin, että planeetta katsoo aurinkoa, näkee kuinka kauas se on poistunut, laskee etäisyyden käänteisen neliön tämän lain mukaisesti?

    Painovoiman suunta

    On olemassa kaksi kappaletta, sanotaan kappale A ja B. Keho A vetää puoleensa kappaletta B. Voima, jolla kappale A vaikuttaa, alkaa kappaleesta B ja kohdistuu kappaleeseen A. Eli se "ottaa" kappaleen B ja vetää sitä itseään kohti. . Runko B "tekee" saman asian A:n kanssa.



    Maa vetää puoleensa jokaista kehoa. Maa "ottaa" kehon ja vetää sitä kohti keskustaa. Siksi tämä voima suunnataan aina pystysuunnassa alaspäin, ja se kohdistetaan kehon painopisteestä, sitä kutsutaan painovoimaksi.

    Tärkein asia muistaa

    Joitakin geologisen tutkimuksen menetelmiä, vuoroveden ennustamista ja viime aikoina keinotekoisten satelliittien ja planeettojen välisten asemien liikkeen laskemista. Varhainen laskelma planeettojen sijainnista.

    Voimmeko itse perustaa tällaisen kokeen, emmekä arvaa, houkuttelevatko planeetat, esineet?

    Sellainen suora kokemus tehty Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - englantilainen fyysikko ja kemisti) käyttämällä kuvassa näkyvää laitetta. Ajatuksena oli ripustaa kahdella pallolla varustettu sauva erittäin ohuelle kvartsilangalle ja tuoda sitten kaksi suurta lyijypalloa niiden kylkeen. Pallien vetovoima vääntää lankaa hieman - hieman, koska tavallisten esineiden väliset vetovoimat ovat erittäin heikkoja. Tällaisen instrumentin avulla Cavendish pystyi mittaamaan suoraan molempien massojen voiman, etäisyyden ja suuruuden ja siten määrittämään gravitaatiovakio G.

    Ainutlaatuinen löytö gravitaatiovakiosta G, joka luonnehtii avaruuden gravitaatiokenttää, mahdollisti Maan, Auringon ja muiden taivaankappaleiden massan määrittämisen. Siksi Cavendish kutsui kokemustaan ​​"Maan punnitsemiseksi".

    Mielenkiintoista on, että fysiikan eri laeilla on joitain yhteisiä piirteitä. Katsotaanpa sähkön lakeja (Coulombin voima). Sähkövoimat ovat myös kääntäen verrannollisia etäisyyden neliöön, mutta jo varausten välillä, ja tahattomasti herää ajatus, että tällä kuviolla on syvä merkitys. Tähän mennessä kukaan ei ole kyennyt esittämään painovoimaa ja sähköä saman olemuksen kahtena eri ilmentymänä.

    Voima tässäkin vaihtelee käänteisesti etäisyyden neliön kanssa, mutta ero sähkövoimien ja gravitaatiovoimien suuruudessa on silmiinpistävä. Yrittäessämme vahvistaa painovoiman ja sähkön yhteistä luonnetta havaitsemme sähkövoimien niin suuren paremmuuden gravitaatiovoimiin nähden, että on vaikea uskoa, että molemmilla on sama lähde. Kuinka voit sanoa, että toinen on vahvempi kuin toinen? Loppujen lopuksi kaikki riippuu siitä, mikä on massa ja mikä on varaus. Väittelemällä kuinka voimakas painovoima toimii, sinulla ei ole oikeutta sanoa: "Otetaan sellaisen ja sellaisen kokoinen massa", koska valitset sen itse. Mutta jos otamme sen, mitä luonto itse tarjoaa meille (hänen omat numeronsa ja mittansa, joilla ei ole mitään tekemistä tuumaihimme, vuosiin, mittaihimme), niin voimme verrata. Otetaan alkuainevarattu hiukkanen, kuten esimerkiksi elektroni. Kaksi alkuainehiukkasta, kaksi elektronia, hylkivät sähkövarauksen vaikutuksesta toisiaan voimalla, joka on kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön, ja painovoiman vaikutuksesta ne vetäytyvät jälleen toisiinsa voimalla, joka on kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön. etäisyys.

    Kysymys: Mikä on gravitaatiovoiman ja sähkövoiman suhde? Gravitaatio liittyy sähköiseen hylkimiseen, kuten yksi on luku, jossa on 42 nollaa. Tämä on syvästi hämmentävää. Mistä näin suuri määrä voi tulla?

    Ihmiset etsivät tätä valtavaa tekijää muista luonnonilmiöistä. Ne käyvät läpi kaikenlaisia ​​suuria lukuja, ja jos haluat suuren luvun, miksi et ottaisi vaikkapa maailmankaikkeuden halkaisijan suhdetta protonin halkaisijaan - yllättävää kyllä, tämä on myös luku, jossa on 42 nollaa. Ja he sanovat: ehkä tämä kerroin on yhtä suuri kuin protonin halkaisijan suhde maailmankaikkeuden halkaisijaan? Tämä on mielenkiintoinen ajatus, mutta kun universumi vähitellen laajenee, painovoimavakion on myös muututtava. Vaikka tätä hypoteesia ei ole vielä kumottu, meillä ei ole todisteita sen puolesta. Päinvastoin, jotkut todisteet viittaavat siihen, että painovoimavakio ei muuttunut tällä tavalla. Tämä valtava määrä on mysteeri tähän päivään asti.

    Einsteinin oli muutettava painovoimalakeja suhteellisuusteorian periaatteiden mukaisesti. Ensimmäinen näistä periaatteista sanoo, että etäisyyttä x ei voida voittaa hetkessä, kun taas Newtonin teorian mukaan voimat vaikuttavat välittömästi. Einsteinin täytyi muuttaa Newtonin lakeja. Nämä muutokset, tarkennukset ovat hyvin pieniä. Yksi niistä on tämä: koska valolla on energiaa, energia vastaa massaa ja kaikki massat vetävät puoleensa, valo myös vetää puoleensa ja siksi Auringon ohi kulkeva on taivutettava. Näin se itse asiassa tapahtuu. Painovoimaa on myös hieman muutettu Einsteinin teoriassa. Mutta tämä hyvin pieni muutos painovoimalaissa riittää vain selittämään joitain Merkuriuksen liikkeen ilmeisiä epäsäännöllisyyksiä.

    Mikrokosmoksen fysikaaliset ilmiöt ovat muiden lakien alaisia ​​kuin suuren mittakaavan maailman ilmiöt. Herää kysymys: kuinka painovoima ilmenee pienikokoisessa maailmassa? Painovoiman kvanttiteoria vastaa siihen. Mutta painovoiman kvanttiteoriaa ei ole vielä olemassa. Ihmiset eivät ole vielä onnistuneet luomaan painovoimateoriaa, joka on täysin yhdenmukainen kvanttimekaanisten periaatteiden ja epävarmuusperiaatteen kanssa.

    Painovoimat kuvataan yksinkertaisimmilla kvantitatiivisilla laeilla. Mutta tästä yksinkertaisuudesta huolimatta gravitaatiovoimien ilmenemismuodot voivat olla hyvin monimutkaisia ​​ja erilaisia.

    Gravitaatiovuorovaikutuksia kuvaa Newtonin löytämä universaalin gravitaatiolaki:

    Materiaalipisteet vetävät puoleensa voimalla, joka on verrannollinen niiden massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön:

    Gravitaatiovakio. Suhteellisuuskerrointa kutsutaan gravitaatiovakioksi. Tämä arvo luonnehtii gravitaatiovuorovaikutuksen intensiteettiä ja on yksi tärkeimmistä fysikaalisista vakioista. Sen numeerinen arvo riippuu yksikköjärjestelmän valinnasta ja SI-yksiköissä se on yhtä suuri Kaavasta voidaan nähdä, että gravitaatiovakio on numeerisesti yhtä suuri kuin kahden etäisyyden päässä sijaitsevan käännetyn 1 kg:n massan vetovoima toisiltaan. Gravitaatiovakion arvo on niin pieni, että emme huomaa ympärillämme olevien kappaleiden välistä vetovoimaa. Vain Maan valtavan massan vuoksi ympäröivien kappaleiden vetovoima Maahan vaikuttaa ratkaisevasti kaikkeen, mitä ympärillämme tapahtuu.

    Riisi. 91. Gravitaatiovuorovaikutus

    Kaava (1) antaa vain pistekappaleiden keskinäisen vetovoiman moduulin. Itse asiassa kyse on kahdesta voimasta, koska painovoima vaikuttaa jokaiseen vuorovaikutuksessa oleviin kappaleisiin. Nämä voimat ovat absoluuttisesti yhtä suuret ja suunnaltaan vastakkaiset Newtonin kolmannen lain mukaisesti. Ne on suunnattu materiaalipisteitä yhdistävää suoraa linjaa pitkin. Tällaisia ​​voimia kutsutaan keskeisiksi. Vektorilauseke esimerkiksi voimalle, jolla massakappale vaikuttaa massakappaleeseen (kuva 91), on muotoa

    Vaikka ainepisteiden sädevektorit riippuvat koordinaattien origon valinnasta, niiden ero ja siten voima riippuvat vain vetokappaleiden suhteellisesta sijainnista.

    Keplerin lait. Tunnettua legendaa putoavasta omenasta, jonka väitetään johdattaneen Newtonin ajatukseen painovoimasta, on tuskin otettava vakavasti. Laatiessaan universaalin gravitaatiolakia Newton noudatti aurinkokunnan planeettojen liikelakeja, jotka Johannes Kepler löysi Tycho Brahen tähtitieteellisten havaintojen perusteella. Keplerin kolme lakia ovat:

    1. Planeettojen liikeradat ovat ellipsejä, joiden yhdessä polttopisteessä on aurinko.

    2. Auringosta vedetty planeetan sädevektori pyyhkäisee samat alueet yhtäläisin aikavälein.

    3. Kaikilla planeetoilla pyörimisjakson neliön suhteella elliptisen kiertoradan puolipääakselin kuutioon on sama arvo.

    Useimpien planeettojen kiertoradat eroavat vähän pyöreistä. Yksinkertaisuuden vuoksi oletetaan, että ne ovat täsmälleen pyöreitä. Tämä ei ole ristiriidassa Keplerin ensimmäisen lain kanssa, koska ympyrä on ellipsin erikoistapaus, jossa molemmat polttopisteet osuvat yhteen. Keplerin toisen lain mukaan planeetan liike ympyrärataa pitkin tapahtuu tasaisesti, eli vakionopeudella. Samaan aikaan Keplerin kolmas laki sanoo, että kierrosjakson T neliön suhde ympyrän kiertoradan säteen kuutioon on sama kaikille planeetoille:

    Vakionopeudella ympyrässä liikkuvan planeetan keskikiihtyvyys on yhtä suuri kuin. Määritetään tämän avulla voima, joka antaa tällaisen kiihtyvyyden planeetalle, kun ehto (3) täyttyy. Newtonin toisen lain mukaan planeetan kiihtyvyys on yhtä suuri kuin siihen vaikuttavan voiman suhde planeetan massaan:

    Tästä, kun otetaan huomioon Keplerin kolmas laki (3), on helppo määrittää, kuinka voima riippuu planeetan massasta ja sen ympyräradan säteestä. Kerrotaan (4):n molemmat osat luvulla, että vasemmassa osassa (3) on sama arvo kaikille planeetoille. Tämä tarkoittaa, että oikea puoli, joka on yhtä suuri, on sama kaikille planeetoille. Siksi painovoima on kääntäen verrannollinen Auringon etäisyyden neliöön ja suoraan verrannollinen planeetan massaan. Mutta aurinko ja planeetta näkyvät painovoimassaan

    vuorovaikutusta tasavertaisina kumppaneina. Ne eroavat toisistaan ​​vain massoittain. Ja koska vetovoima on verrannollinen planeetan massaan, sen on oltava verrannollinen Auringon M massaan:

    Lisäämällä tähän kaavaan suhteellisuuskerroin G, jonka ei pitäisi enää riippua vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden massoista tai niiden välisestä etäisyydestä, päädymme universaalin painovoiman lakiin (1).

    gravitaatiokenttä. Kappaleiden gravitaatiovuorovaikutusta voidaan kuvata käyttämällä gravitaatiokentän käsitettä. Universaalin gravitaatiolain newtonilainen muotoilu vastaa ajatusta kappaleiden suorasta vaikutuksesta toisiinsa etäisyyden päässä, niin kutsuttua pitkän kantaman toimintaa ilman väliaineen osallistumista. Nykyaikaisessa fysiikassa uskotaan, että kaikkien kappaleiden välisten vuorovaikutusten siirto tapahtuu näiden kappaleiden luomien kenttien kautta. Yksi kappaleista ei suoraan vaikuta toiseen, se antaa sitä ympäröivälle tilan tietyillä ominaisuuksilla - se luo gravitaatiokentän, erityisen materiaalisen ympäristön, joka vaikuttaa toiseen kehoon.

    Ajatus fyysisestä gravitaatiokentästä suorittaa sekä esteettisiä että varsin käytännöllisiä toimintoja. Painovoimat vaikuttavat etäällä, ne vetäytyvät sinne, missä tuskin näemme, mikä vetää. Voimakenttä on jonkinlainen abstraktio, joka korvaa meille koukut, köydet tai kuminauhat. Kentästä on mahdotonta antaa visuaalista kuvaa, koska itse fyysisen kentän käsite on yksi peruskäsitteistä, jota ei voida määritellä muiden, yksinkertaisempien käsitteiden kautta. Voit vain kuvailla sen ominaisuuksia.

    Kun otetaan huomioon gravitaatiokentän kyky luoda voimaa, uskomme, että kenttä riippuu vain kehosta, josta voima vaikuttaa, eikä se ole riippuvainen kappaleesta, johon se vaikuttaa.

    Huomaa, että klassisen mekaniikan (Newtonin mekaniikka) puitteissa molemmat ajatukset - pitkän kantaman toiminnasta ja vuorovaikutuksesta gravitaatiokentän kautta - johtavat samoihin tuloksiin ja ovat yhtä hyväksyttäviä. Yhden näistä kuvausmenetelmistä valitaan yksinomaan mukavuussyistä.

    Gravitaatiokentän intensiteetti. Gravitaatiokentän tehoominaisuus on sen intensiteetti mitattuna voimalla, joka vaikuttaa yksikkömassan aineelliseen pisteeseen, eli suhde.

    On selvää, että pistemassan M luomalla gravitaatiokentällä on pallosymmetria. Tämä tarkoittaa, että intensiteettivektori missä tahansa pisteessään on suunnattu kohti massaa M, joka luo kentän. Kenttävoimakkuusmoduuli, kuten yleisen gravitaatiolain (1) mukaan, on yhtä suuri kuin

    ja riippuu vain etäisyydestä kenttälähteeseen. Pistemassan kentänvoimakkuus pienenee etäisyyden myötä käänteisen neliön lain mukaan. Tällaisilla kentillä kappaleiden liike tapahtuu Keplerin lakien mukaisesti.

    Superposition periaate. Kokemus osoittaa, että gravitaatiokentät täyttävät superpositioperiaatteen. Tämän periaatteen mukaan minkään massan luoma gravitaatiokenttä ei ole riippuvainen muiden massojen läsnäolosta. Useiden kappaleiden luoman kentän voimakkuus on yhtä suuri kuin näiden kappaleiden erikseen luomien kenttävoimakkuuksien vektorisumma.

    Superpositioperiaate mahdollistaa laajennettujen kappaleiden synnyttämien gravitaatiokenttien laskemisen. Tätä varten sinun on jaettava keho henkisesti erillisiin elementteihin, joita voidaan pitää aineellisina pisteinä, ja löydettävä näiden elementtien luomien kenttävoimakkuuksien vektorisumma. Superpositioperiaatteella voidaan osoittaa, että pallosymmetrisen massajakauman (erityisesti homogeenisen pallon) ulkopuolisen pallon muodostama gravitaatiokenttä on erotettavissa saman massaisen materiaalipisteen gravitaatiokentästä kuin pallon keskelle asetettu pallo. Tämä tarkoittaa, että pallon gravitaatiokentän intensiteetti saadaan samalla kaavalla (6). Tämä yksinkertainen tulos annetaan tässä ilman todisteita. Se annetaan sähköstaattisen vuorovaikutuksen tapauksessa, kun otetaan huomioon varautuneen pallon kenttä, jossa voima myös pienenee käänteisesti etäisyyden neliön kanssa.

    Pallomaisten kappaleiden vetovoima. Käyttämällä tätä tulosta ja vetoamalla Newtonin kolmanteen lakiin, voidaan osoittaa, että kaksi palloa, joilla on pallosymmetrinen massajakauma, kumpikin vetävät toisiaan puoleensa ikään kuin niiden massat olisivat keskittyneet keskipisteisiinsä, eli aivan kuten pistemassat. Esitämme vastaavan todisteen.

    Anna kahden massapallon vetää toisiaan voimilla (kuva 92a). Jos korvaamme ensimmäisen pallon pistemassalla (kuva 92b), sen synnyttämä gravitaatiokenttä toisen pallon sijaintipaikassa ei muutu ja siten toiseen palloon vaikuttava voima ei muutu. Kolmannen perusteella

    Newtonin lain perusteella tästä voidaan päätellä, että toinen pallo vaikuttaa samalla voimalla sekä ensimmäiseen palloon että sen korvaavaan aineelliseen pisteeseen Tämä voima on helppo löytää, kun otetaan huomioon, että toisen pallon luoma gravitaatiokenttä paikkaan, jossa ensimmäinen pallo sijaitsee , on mahdoton erottaa sen keskelle sijoitetun pistemassan kentästä (kuva 92c).

    Riisi. 92. Pallomaiset kappaleet vetoavat toisiinsa ikään kuin niiden massat olisivat keskittyneet niiden keskuksiin

    Siten pallojen vetovoima osuu yhteen kahden pistemassan vetovoiman kanssa, ja niiden välinen etäisyys on yhtä suuri kuin pallojen keskipisteiden välinen etäisyys.

    Tästä esimerkistä gravitaatiokentän käsitteen käytännön arvo näkyy selvästi. Itse asiassa olisi erittäin hankalaa kuvata yhteen palloista vaikuttavaa voimaa sen yksittäisiin elementteihin vaikuttavien voimien vektorisummaksi, koska kukin näistä voimista puolestaan ​​on tämän pallon vuorovaikutusvoimien vektorisumma. elementti kaikilla elementeillä, joihin meidän täytyy henkisesti murtaa toinen pallo. Kiinnittäkäämme myös huomiota siihen, että yllä olevassa todistusprosessissa pidettiin vuorotellen joko yhtä tai toista palloa gravitaatiokentän lähteenä sen mukaan, olimmeko kiinnostuneita yhteen vai toiseen palloon vaikuttavasta voimasta. .

    Nyt on ilmeistä, että jokaiseen Maan pinnan lähellä sijaitsevaan massakappaleeseen, jonka lineaariset mitat ovat pienet Maan säteeseen verrattuna, vaikuttaa painovoima, joka kohdan (5) mukaisesti voi kirjoitetaan niin kuin M:n alla tulee ymmärtää maapallon massa, ja maan säteen sijaan tulisi korvata

    Jotta kaava (7) olisi sovellettavissa, Maata ei tarvitse pitää homogeenisena pallona, ​​riittää, että massajakauma on pallosymmetrinen.

    Vapaa pudotus. Jos kappale lähellä maan pintaa liikkuu vain painovoiman vaikutuksesta eli putoaa vapaasti, sen kiihtyvyys on Newtonin toisen lain mukaan yhtä suuri kuin

    Mutta (8):n oikea puoli antaa maan pinnan lähellä olevan gravitaatiokentän intensiteetin arvon. Joten gravitaatiokentän intensiteetti ja vapaan pudotuksen kiihtyvyys tässä kentässä ovat yksi ja sama. Siksi merkitsimme nämä määrät välittömästi yhdellä kirjaimella

    Maan punnitseminen. Pysähdytään nyt kysymykseen gravitaatiovakion arvon kokeellisesta määrittämisestä.Ensinnäkin todetaan, että sitä ei voida löytää tähtitieteellisistä havainnoista. Itse asiassa planeettojen liikkeen havaintojen perusteella voidaan löytää vain gravitaatiovakion ja Auringon massan tulo. Kuun liikkeen, maan keinotekoisten satelliittien tai maan pinnan lähellä olevien kappaleiden vapaan pudotuksen havaintojen perusteella voidaan löytää vain gravitaatiovakion ja Maan massan tulo. Sen määrittämiseksi on pystyttävä itsenäisesti mittaamaan gravitaatiokentän lähteen massa. Tämä voidaan tehdä vain laboratoriossa tehdyssä kokeessa.

    Riisi. 93. Cavendishin kokeen kaavio

    Tällaisen kokeen suoritti ensimmäisenä Henry Cavendish käyttämällä vääntövaakaa, jonka päihin kiinnitettiin pieniä lyijypalloja (kuva 93). Suuret raskaat pallot kiinnitettiin niiden lähelle. Pienten pallojen vetovoimien vaikutuksesta suuriin palloihin vääntötasapainon ike kääntyi hieman, ja voima mitattiin kiertämällä elastista jousituslankaa. Tämän kokeen tulkitsemiseksi on tärkeää tietää, että pallot ovat vuorovaikutuksessa samalla tavalla kuin vastaavat samanmassaiset materiaalipisteet, koska tässä, toisin kuin planeetoissa, pallojen kokoa ei voida pitää pienenä niiden väliseen etäisyyteen verrattuna. .

    Kokeissaan Cavendish sai gravitaatiovakion arvon, joka poikkesi vain tällä hetkellä hyväksytystä arvosta. Cavendishin kokeen nykyaikaisissa muunnelmissa mitataan raskaiden pallojen gravitaatiokentän palkissa oleville pienille palloille aiheuttamia kiihtyvyksiä, mikä mahdollistaa mittausten tarkkuuden lisäämisen. Gravitaatiovakion tunteminen mahdollistaa Maan, Auringon ja muiden painovoiman lähteiden massojen määrittämisen havaintojen perusteella kappaleiden liikkeistä niiden luomissa gravitaatiokentissä. Tässä mielessä Cavendishin koetta kutsutaan joskus kuvaannollisesti Maan punnitsemiseksi.

    Universaalia gravitaatiota kuvaa hyvin yksinkertainen laki, joka, kuten olemme nähneet, on helppo määrittää Keplerin lakien perusteella. Mikä on Newtonin löydön mahtavuus? Se ilmensi ajatusta, että omenan putoamisella Maahan ja Kuun liikkeellä Maan ympäri, joka on myös tietyssä mielessä putoaminen maahan, on yhteinen syy. Noina kaukaisina aikoina tämä oli hämmästyttävä ajatus, koska yleinen viisaus sanoi, että taivaankappaleet liikkuvat "täydellisten" lakiensa mukaisesti ja maalliset esineet tottelevat "maailmallisia" sääntöjä. Newton päätyi siihen tulokseen, että yhtenäiset luonnonlait pätevät koko maailmankaikkeudessa.

    Syötä sellainen voimayksikkö, että universaalin gravitaatiolain (1) gravitaatiovakion C arvo on yhtä suuri kuin yksi. Vertaa tätä voiman yksikköä newtoniin.

    Onko aurinkokunnan planeetoilla poikkeamia Keplerin laeista? Mistä ne johtuvat?

    Kuinka määrittää gravitaatiovoiman riippuvuus etäisyydestä Keplerin laeista?

    Miksi gravitaatiovakiota ei voida määrittää tähtitieteellisten havaintojen perusteella?

    Mikä on gravitaatiokenttä? Mitä etuja on gravitaatiovuorovaikutuksen kuvaamisesta kentän käsitteellä verrattuna pitkän kantaman toiminnan ajatukseen?

    Mikä on gravitaatiokentän superpositioperiaate? Mitä voidaan sanoa homogeenisen pallon gravitaatiokentästä?

    Miten gravitaatiokentän voimakkuus ja vapaan pudotuksen kiihtyvyys liittyvät toisiinsa?

    Laske Maan massa M käyttämällä maan säteen km gravitaatiovakion arvoja ja painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä

    Geometria ja painovoima. Universaalin gravitaatiolain yksinkertaiseen kaavaan (1) liittyy useita hienovaraisia ​​kohtia, jotka ansaitsevat erillisen keskustelun. Keplerin laeista,

    että painovoiman lausekkeen nimittäjässä oleva etäisyys sisältyy toiseen asteeseen. Koko joukko tähtitieteellisiä havaintoja johtaa siihen johtopäätökseen, että eksponentin arvo on yhtä suuri kuin kaksi erittäin suurella tarkkuudella, nimittäin Tämä tosiasia on erittäin merkittävä: eksponentin tarkka yhtäläisyys kahteen heijastaa kolmiulotteisen fyysisen avaruuden euklidista luonnetta. . Tämä tarkoittaa, että kappaleiden sijaintia ja niiden välistä etäisyyttä avaruudessa, kappaleiden siirtymien yhteenlaskua jne. kuvataan Eukleideen geometrialla. Eksponentin täsmällinen yhtäläisyys kahteen korostaa sitä tosiasiaa, että kolmiulotteisessa euklidisessa maailmassa pallon pinta on täsmälleen verrannollinen sen säteen neliöön.

    Inertia- ja gravitaatiomassat. Yllä olevasta gravitaatiolain johdosta seuraa myös, että kappaleiden painovoiman vuorovaikutuksen voima on verrannollinen niiden massoihin, tai pikemminkin Newtonin toisessa laissa esiintyviin ja kappaleiden inertiaominaisuuksia kuvaaviin inertiassoihin. Mutta inertia ja kyky gravitaatiovuorovaikutuksiin ovat aineen täysin eri ominaisuuksia.

    Inerttien ominaisuuksien perusteella määritettäessä massaa käytetään lakia. Tämän määritelmän mukaiset massan mittaukset vaativat dynaamisen kokeen - kohdistetaan tunnettu voima ja mitataan kiihtyvyys. Näin massaspektrometrejä käytetään varautuneiden alkuainehiukkasten ja ionien (ja siten atomien) massojen määrittämiseen.

    Painovoiman ilmiöön perustuvassa massan määrittelyssä käytetään lakia, jonka mukainen massan mittaus suoritetaan staattisen kokeen - punnituksen avulla. Kappaleet asetetaan liikkumattomina gravitaatiokenttään (yleensä Maan kenttään) ja niihin vaikuttavia gravitaatiovoimia verrataan. Tällä tavalla määriteltyä massaa kutsutaan raskaaksi tai painovoimaiseksi.

    Ovatko inertia- ja gravitaatiomassat samat? Loppujen lopuksi näiden ominaisuuksien määrälliset mittasuhteet voivat periaatteessa olla erilaisia. Ensimmäistä kertaa vastauksen tähän kysymykseen antoi Galileo, vaikka hän ei ilmeisesti ollut tietoinen tästä. Kokeissaan hän aikoi todistaa, että Aristoteleen silloin vallitsevat väitteet, joiden mukaan raskaat kappaleet putoavat nopeammin kuin kevyet, olivat vääriä.

    Jotta päättelyä voitaisiin paremmin seurata, merkitsemme inertiamassaa läpi ja painovoimamassaa läpi. Maan pinnalla painovoima kirjoitetaan tällöin seuraavasti:

    missä on Maan gravitaatiokentän intensiteetti, sama kaikille kappaleille. Verrataan nyt, mitä tapahtuu, jos kaksi kappaletta pudotetaan samanaikaisesti samalta korkeudelta. Newtonin toisen lain mukaan jokaiselle kappaleelle voidaan kirjoittaa

    Mutta kokemus osoittaa, että molempien kappaleiden kiihtyvyydet ovat samat. Näin ollen suhde on sama kaikille elimille

    Kappaleiden gravitaatiomassat ovat verrannollisia niiden inertiamassaan. Oikealla yksiköiden valinnalla ne voidaan tehdä yksinkertaisesti yhtäläisiksi.

    Inertia- ja gravitaatiomassojen arvojen yhteensopivuus vahvistettiin monta kertaa kasvavalla tarkkuudella eri aikakausien tutkijoiden - Newtonin, Besselin, Eötvösin, Dicken ja lopuksi Braginskyn ja Panovin - kokeissa, jotka toivat suhteellisen mittausvirheen. . Jotta voisimme paremmin kuvitella instrumenttien herkkyyden tällaisissa kokeissa, huomaamme, että tämä vastaa kykyä havaita muutos laivan massassa, jonka uppouma on tuhat tonnia, kun siihen lisätään yksi milligramma.

    Newtonilaisessa mekaniikassa inertia- ja gravitaatiomassojen arvojen yhteensattumisella ei ole fyysistä syytä ja se on tässä mielessä satunnaista. Tämä on yksinkertaisesti kokeellinen tosiasia, joka on vahvistettu erittäin suurella tarkkuudella. Jos näin ei olisi, newtonilainen mekaniikka ei kärsisi vähääkään. Einsteinin luomassa relativistisessa gravitaatioteoriassa, jota kutsutaan myös yleiseksi suhteellisuusteoriaksi, inertia- ja gravitaatiomassojen yhtäläisyydellä on perustavanlaatuinen merkitys ja se asetettiin alun perin teorian perustaksi. Einstein ehdotti, että tässä yhteensattumassa ei ole mitään yllättävää tai sattumaa, koska todellisuudessa inertia- ja gravitaatiomassat ovat yksi ja sama fyysinen suure.

    Miksi sen eksponentin arvo, johon kappaleiden välinen etäisyys sisältyy universaalin gravitaatiolain mukaan, liittyy kolmiulotteisen fyysisen avaruuden euklidiseen luonteeseen?

    Miten inertia- ja gravitaatiomassat määritetään Newtonin mekaniikassa? Miksi joissain kirjoissa ei edes mainita näitä määriä, vaan vain kehon massa?

    Oletetaan, että jossain maailmassa kappaleiden gravitaatiomassa ei ole millään tavalla suhteessa niiden inertiamassaan. Mitä voitaisiin havaita eri kappaleiden samanaikaisen vapaan pudotuksen yhteydessä?

    Mitkä ilmiöt ja kokeet todistavat inertia- ja gravitaatiomassojen suhteellisuudesta?


    Newtonin lakien mukaan kappaleen liike kiihtyvyydellä on mahdollista vain voiman vaikutuksesta. Koska putoavat kappaleet liikkuvat alaspäin suunnatulla kiihtyvyydellä, jolloin niihin vaikuttaa vetovoima Maahan. Mutta ei vain maapallolla ole kykyä vaikuttaa kaikkiin kehoihin vetovoiman avulla. Isaac Newton ehdotti, että vetovoimat vaikuttavat kaikkien kehojen välillä. Näitä voimia kutsutaan painovoimat tai painovoimainen voimat.

    Laajentuttuaan vakiintuneita lakeja - kappaleiden vetovoiman riippuvuus Maan suhteen kappaleiden välisistä etäisyyksistä ja vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden massoista, saatu havaintojen tuloksena - Newton löysi vuonna 1682 painovoimalaki:Kaikki kappaleet vetoavat toisiinsa, universaalin gravitaatiovoima on suoraan verrannollinen kappaleiden massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön:

    Universaalin gravitaatiovoimien vektorit on suunnattu kappaleita yhdistävää suoraa pitkin. Suhteellisuustekijää G kutsutaan gravitaatiovakio (universaali gravitaatiovakio) ja yhtä suuri kuin

    .

    painovoima kutsutaan vetovoimaksi, joka vaikuttaa maasta kaikkiin kappaleisiin:

    .

    Antaa
    on maan massa ja
    on maan säde. Harkitse vapaan pudotuksen kiihtyvyyden riippuvuutta maanpinnan yläpuolella olevan nousun korkeudesta:

    Kehon paino. Painottomuus

    Kehon paino - voima, jolla kappale painaa tukea tai jousitusta tämän kappaleen vetovoiman vuoksi. Rungon paino kohdistuu tukeen (ripustus). Ruumiinpainon määrä riippuu siitä, kuinka keho liikkuu tuen (jousituksen) kanssa.

    Kehon paino, ts. voima, jolla kappale vaikuttaa tukeen, ja kimmovoima, jolla tuki vaikuttaa kehoon, ovat Newtonin kolmannen lain mukaan yhtä suuret absoluuttisesti ja suunnaltaan vastakkaiset.

    Jos ruumis lepää vaakatasossa tai liikkuu tasaisesti, siihen vaikuttavat vain painovoima ja tuen sivulta tuleva kimmovoima, joten kehon paino on yhtä suuri kuin painovoima (mutta nämä voimat sovelletaan eri elimiin):

    .

    Kiihdytetyssä liikkeessä kehon paino ei ole yhtä suuri kuin painovoima. Tarkastellaan kappaleen, jonka massa on m, liikettä painovoiman ja kiihtyvyyden vaikutuksesta. Newtonin toisen lain mukaan:

    Jos kehon kiihtyvyys on suunnattu alaspäin, niin kehon paino on pienempi kuin painovoima; jos kappaleen kiihtyvyys on suunnattu ylöspäin, niin kaikki kappaleet ovat suurempia kuin painovoima.

    Tuen tai jousituksen kiihtyneen liikkeen aiheuttamaa painon nousua kutsutaan ylikuormitus.

    Jos keho putoaa vapaasti, niin kaavasta * seuraa, että kehon paino on nolla. Painon häviämistä tuen liikkeen aikana vapaan pudotuksen kiihtyessä kutsutaan painottomuutta.

    Painottomuustila havaitaan lentokoneessa tai avaruusaluksessa, kun ne liikkuvat vapaan pudotuksen kiihtyvyydellä riippumatta niiden liikkeen nopeudesta. Maan ilmakehän ulkopuolella, kun suihkumoottorit sammutetaan, vain yleisen gravitaatiovoima vaikuttaa avaruusalukseen. Tämän voiman vaikutuksesta avaruusalus ja kaikki siinä olevat kappaleet liikkuvat samalla kiihtyvyydellä; siksi aluksessa havaitaan painottomuuden ilmiö.

    Kehon liike painovoiman vaikutuksesta. Keinotekoisten satelliittien liikkuminen. ensimmäinen kosminen nopeus

    Jos kehon siirtymämoduuli on paljon pienempi kuin etäisyys Maan keskustasta, universaalin gravitaatiovoimaa liikkeen aikana voidaan pitää vakiona, ja kehon liike kiihtyy tasaisesti. Yksinkertaisin tapaus kappaleen liikkeestä painovoiman vaikutuksesta on vapaa pudotus nollan alkunopeudella. Tässä tapauksessa keho liikkuu vapaan pudotuksen kiihtyvyydellä kohti Maan keskustaa. Jos on alkunopeus, jota ei suunnata pystysuoraan, niin keho liikkuu kaarevaa polkua pitkin (paraabeli, jos ilmanvastusta ei oteta huomioon).

    Tietyllä alkunopeudella Maan pintaan tangentiaalisesti heitetty kappale gravitaatiovoiman vaikutuksesta ilmakehän puuttuessa voi liikkua ympyrää maan ympäri putoamatta sen päälle ja poistumatta siitä. Tätä nopeutta kutsutaan ensimmäinen kosminen nopeus ja keho liikkuu tällä tavalla - keinotekoinen maasatelliitti (AES).

    Määritellään maapallon ensimmäinen kosminen nopeus. Jos painovoiman vaikutuksen alainen kappale liikkuu Maan ympäri tasaisesti ympyrässä, niin vapaan pudotuksen kiihtyvyys on sen keskikiihtyvyys:

    .

    Siksi ensimmäinen kosminen nopeus on

    .

    Minkä tahansa taivaankappaleen ensimmäinen kosminen nopeus määritetään samalla tavalla. Vapaan pudotuksen kiihtyvyys etäisyydellä R taivaankappaleen keskustasta voidaan löytää käyttämällä Newtonin toista lakia ja universaalin gravitaatiolakia:

    .

    Siksi ensimmäinen kosminen nopeus etäisyydellä R taivaankappaleen, jonka massa on M, keskustasta on yhtä suuri kuin

    .

    Satelliitin laukaistamiseksi Maan kiertoradalle se on ensin poistettava ilmakehästä. Siksi avaruusalukset lähtevät pystysuoraan. 200 - 300 km korkeudessa maan pinnasta, missä ilmakehä on harvinainen eikä sillä ole juuri mitään vaikutusta satelliitin liikkeeseen, raketti tekee käännöksen ja ilmoittaa satelliitille ensimmäisestä kosmisesta nopeudesta kohtisuorassa suunnassa. pystysuora.

    Monet kutsuvat oikeutetusti 1500-1700-lukua yhdeksi historian loistavimpia ajanjaksoja.Tänä aikana luotiin suurelta osin perusta, jota ilman tämän tieteen jatkokehitys olisi yksinkertaisesti mahdotonta ajatella. Kopernikus, Galileo, Kepler ovat tehneet hienoa työtä julistaakseen fysiikan tieteeksi, joka pystyy vastaamaan melkein mihin tahansa kysymykseen. Universaalin painovoiman laki erottuu lukuisista löydöistä, jonka lopullinen muotoilu kuuluu erinomaiselle englantilaiselle tiedemiehelle Isaac Newtonille.

    Tämän tiedemiehen työn tärkein merkitys ei ollut hänen yleismaailmallisen gravitaatiovoiman löytämisessä - sekä Galileo että Kepler puhuivat tämän suuren olemassaolosta jo ennen Newtonia, vaan siinä, että hän oli ensimmäinen, joka todisti, että sama voimat vaikuttavat sekä maan päällä että ulkoavaruudessa.samat vuorovaikutusvoimat kappaleiden välillä.

    Newton käytännössä vahvisti ja perusteli teoreettisesti sen tosiasian, että ehdottomasti kaikki universumin kappaleet, mukaan lukien maan päällä sijaitsevat kappaleet, ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Tätä vuorovaikutusta kutsutaan gravitaatioksi, kun taas itse universaalin gravitaatioprosessia kutsutaan painovoimaksi.
    Tämä vuorovaikutus tapahtuu kappaleiden välillä, koska on olemassa erityinen ainetyyppi, toisin kuin muut, jota tieteessä kutsutaan gravitaatiokentällä. Tämä kenttä on olemassa ja toimii täysin minkä tahansa kohteen ympärillä, vaikka sitä vastaan ​​ei ole suojaa, koska sillä on vertaansa vailla oleva kyky tunkeutua kaikkiin materiaaleihin.

    Universaalin gravitaatiovoima, jonka määritelmä ja muotoilu hän antoi, on suoraan riippuvainen vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden massojen tulosta ja käänteisesti näiden kohteiden välisen etäisyyden neliöstä. Käytännön tutkimusten kiistattomasti vahvistaman Newtonin mukaan universaalin painovoiman voima löytyy seuraavasta kaavasta:

    Siinä erityisen tärkeä on gravitaatiovakio G, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.

    Gravitaatiovoima, jolla kappaleet vetäytyvät maahan, on Newtonin lain erikoistapaus, ja sitä kutsutaan painovoimaksi. Tässä tapauksessa gravitaatiovakio ja itse Maan massa voidaan jättää huomiotta, joten kaava painovoiman löytämiseksi näyttää tältä:

    Tässä g on vain kiihtyvyys, jonka numeerinen arvo on suunnilleen 9,8 m/s2.

    Newtonin laki ei selitä vain suoraan maan päällä tapahtuvia prosesseja, vaan se antaa vastauksen moniin koko aurinkokunnan rakenteeseen liittyviin kysymyksiin. Erityisesti yleisellä gravitaatiovoimalla välillä on ratkaiseva vaikutus planeettojen liikkeeseen niiden kiertoradalla. Tämän liikkeen teoreettisen kuvauksen antoi Kepler, mutta sen perustelu tuli mahdolliseksi vasta sen jälkeen, kun Newton muotoili kuuluisan lakinsa.

    Newton itse yhdisti maanpäällisen ja maan ulkopuolisen painovoiman ilmiöt yksinkertaisella esimerkillä: siitä ammuttaessa se ei lennä suoraan, vaan kaarimaista lentorataa pitkin. Samaan aikaan, kun ruutivaraus ja ytimen massa kasvaa, jälkimmäinen lentää kauemmas ja kauemmas. Lopuksi, jos oletetaan, että on mahdollista saada niin paljon ruutia ja rakentaa sellainen tykki, että tykinkuula lentää maapallon ympäri, niin tämän liikkeen jälkeen se ei pysähdy, vaan jatkaa ympyrämäistä (ellipsoidista) liikettään, muuttumassa keinotekoiseksi, minkä seurauksena universaalin painovoiman voima on sama luonnossa sekä maan päällä että ulkoavaruudessa.