Obi-Wan Kenobi a spus că puterea ține galaxia unită. Același lucru se poate spune despre gravitație. Faptul este că gravitația ne permite să mergem pe Pământ, Pământul să se învârtească în jurul Soarelui și Soarele să se învârtească în jurul găurii negre supermasive din centrul galaxiei noastre. Cum să înțelegem gravitația? Despre asta - în articolul nostru.

Să spunem imediat că nu veți găsi aici un răspuns clar fără ambiguitate la întrebarea „Ce este gravitația”. Pentru că pur și simplu nu există! Gravitația este unul dintre cele mai misterioase fenomene asupra cărora oamenii de știință nu le pot explica pe deplin natura.

Există multe ipoteze și opinii. Există mai mult de o duzină de teorii ale gravitației, alternative și clasice. Vom lua în considerare cele mai interesante, relevante și moderne.

Doriți mai multe informații utile și știri proaspete în fiecare zi? Alăturați-vă nouă pe telegramă.

Gravitația este o interacțiune fizică fundamentală

Există 4 interacțiuni fundamentale în fizică. Datorită lor, lumea este exact așa cum este. Gravitația este una dintre aceste forțe.

Interacțiuni fundamentale:

• gravitatie;
• electromagnetism;
• interacțiune puternică;
• interacțiune slabă.

Gravitația este cea mai slabă dintre cele patru forțe fundamentale.

În prezent, teoria actuală care descrie gravitația este GR (relativitatea generală). A fost propus de Albert Einstein în 1915-1916.

Cu toate acestea, știm că este prea devreme să vorbim despre adevărul suprem. La urma urmei, cu câteva secole înainte de apariția relativității generale în fizică, teoria newtoniană, care a fost extinsă semnificativ, a dominat pentru a descrie gravitația.

În prezent, este imposibil de explicat și descris toate problemele legate de gravitație în cadrul relativității generale.

Înainte de Newton, se credea că gravitația pe pământ și gravitația cerească erau lucruri diferite. Se credea că planetele se mișcă după propriile legi, diferite de cele pământești, ideale.

Newton a descoperit legea gravitației universale în 1667. Desigur, această lege a existat chiar și în timpul dinozaurilor și mult mai devreme.

Filosofii antici s-au gândit la existența gravitației. Galileo a calculat experimental accelerația căderii libere pe Pământ, descoperind că este aceeași pentru corpurile de orice masă. Kepler a studiat legile mișcării corpurilor cerești.

Newton a fost capabil să formuleze și să generalizeze rezultatele observațiilor. Iată ce a primit:

Două corpuri sunt atrase unul de celălalt cu o forță numită forță gravitațională sau forță gravitațională.

Formula pentru forța de atracție dintre corpuri este:

G este constanta gravitațională, m este masa corpurilor, r este distanța dintre centrele de masă ale corpurilor.

Care este semnificația fizică a constantei gravitaționale? Este egala cu forta cu care corpurile cu mase de 1 kilogram actioneaza fiecare unul asupra celuilalt, fiind la o distanta de 1 metru unul de altul.

Conform teoriei lui Newton, fiecare obiect creează un câmp gravitațional. Precizia legii lui Newton a fost testată la distanțe mai mici de un centimetru. Desigur, pentru mase mici aceste forțe sunt nesemnificative și pot fi neglijate.

Formula lui Newton este aplicabilă atât pentru calcularea forței de atracție a planetelor față de soare, cât și pentru obiectele mici. Pur și simplu nu observăm forța cu care, să zicem, sunt atrase bilele de pe masa de biliard. Cu toate acestea, această forță există și poate fi calculată.

Forța de atracție acționează între orice corp din univers. Efectul său se extinde la orice distanță.

Legea gravitației universale a lui Newton nu explică natura forței de atracție, ci stabilește modele cantitative. Teoria lui Newton nu contrazice relativitatea generală. Este destul de suficient pentru rezolvarea problemelor practice la scara Pământului și pentru calcularea mișcării corpurilor cerești.

Gravitația în relativitatea generală

În ciuda faptului că teoria lui Newton este destul de aplicabilă în practică, are o serie de deficiențe. Legea gravitației universale este o descriere matematică, dar nu oferă o idee despre natura fizică fundamentală a lucrurilor.

Potrivit lui Newton, forța de atracție acționează la orice distanță. Și funcționează instantaneu. Având în vedere că cea mai mare viteză din lume este viteza luminii, există o discrepanță. Cum poate gravitația să acționeze instantaneu la orice distanță, când lumina are nevoie nu de o clipă, ci de câteva secunde sau chiar ani pentru a le depăși?

În cadrul relativității generale, gravitația este considerată nu ca o forță care acționează asupra corpurilor, ci ca o curbură a spațiului și timpului sub influența masei. Astfel, gravitația nu este o interacțiune de forță.

Care este efectul gravitației? Să încercăm să o descriem folosind o analogie.

Imaginați-vă spațiul ca pe o foaie elastică. Dacă puneți o minge de tenis ușoară pe ea, suprafața va rămâne netedă. Dar dacă puneți o greutate mare lângă minge, aceasta va împinge o gaură în suprafață, iar mingea va începe să se rostogolească spre greutatea mare și grea. Aceasta este „gravitația”.

Apropo! Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Descoperirea undelor gravitaționale

Undele gravitaționale au fost prezise de Albert Einstein încă din 1916, dar au fost descoperite abia o sută de ani mai târziu, în 2015.

Ce sunt undele gravitaționale? Să facem din nou o analogie. Dacă arunci o piatră în apă calmă, cercuri vor merge pe suprafața apei de la locul căderii acesteia. Undele gravitaționale sunt aceleași ondulații, perturbări. Numai că nu pe apă, ci în lume spațiu-timp.

În loc de apă - spațiu-timp, și în loc de piatră, să zicem, o gaură neagră. Orice mișcare accelerată a masei generează o undă gravitațională. Dacă corpurile sunt într-o stare de cădere liberă, distanța dintre ele se va modifica atunci când trece o undă gravitațională.

Deoarece gravitația este o forță foarte slabă, detectarea undelor gravitaționale a fost asociată cu mari dificultăți tehnice. Tehnologiile moderne au făcut posibilă detectarea unei explozii de unde gravitaționale numai din surse supermasive.

Un eveniment potrivit pentru înregistrarea unei unde gravitaționale este fuziunea găurilor negre. Din păcate sau din fericire, acest lucru se întâmplă destul de rar. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să înregistreze un val care s-a rostogolit literalmente prin spațiul Universului.

Pentru înregistrarea undelor gravitaționale a fost construit un detector cu diametrul de 4 kilometri. În timpul trecerii undei s-au înregistrat oscilații ale oglinzilor pe suspensiile în vid și interferența luminii reflectate de acestea.

Undele gravitaționale au confirmat validitatea relativității generale.

Gravitația și particulele elementare

În modelul standard, anumite particule elementare sunt responsabile pentru fiecare interacțiune. Putem spune că particulele sunt purtătoare de interacțiuni.

Gravitonul este responsabil pentru gravitație - o particulă ipotetică fără masă cu energie. Apropo, în materialul nostru separat, citiți mai multe despre bosonul Higgs și alte particule elementare care au făcut mult zgomot.

În cele din urmă, iată câteva fapte interesante despre gravitație.

10 fapte despre gravitație

1. Pentru a depăși forța de gravitație a Pământului, corpul trebuie să aibă o viteză egală cu 7,91 km/s. Aceasta este prima viteză cosmică. Este suficient ca un corp (de exemplu, o sondă spațială) să se miște pe orbită în jurul planetei.
2. Pentru a scăpa de câmpul gravitațional al Pământului, o navă spațială trebuie să aibă o viteză de cel puțin 11,2 km/s. Aceasta este a doua viteză spațială.
3. Obiectele cu cea mai puternică gravitație sunt găurile negre. Gravitația lor este atât de puternică încât chiar atrag lumina (fotoni).
4. Nu veți găsi forța gravitației în nicio ecuație a mecanicii cuantice. Cert este că atunci când încerci să incluzi gravitația în ecuații, acestea își pierd relevanța. Aceasta este una dintre cele mai importante probleme ale fizicii moderne.
5. Cuvântul gravitație provine din latinescul „gravis”, care înseamnă „greu”.
6. Cu cât obiectul este mai masiv, cu atât gravitația este mai puternică. Dacă o persoană care cântărește 60 de kilograme pe Pământ cântărește pe Jupiter, cântarul va arăta 142 de kilograme.
7. Oamenii de știință de la NASA încearcă să dezvolte un fascicul gravitațional care va permite obiectelor să fie mișcate fără contact, depășind forța gravitațională.
8. Astronauții aflați pe orbită experimentează și gravitația. Mai precis, microgravitația. Ei par să cadă la nesfârșit odată cu nava în care se află.
9. Gravitația atrage întotdeauna și nu respinge niciodată.
10. O gaură neagră de dimensiunea unei mingi de tenis trage obiecte cu aceeași forță ca planeta noastră.

Acum știți definiția gravitației și puteți spune ce formulă este folosită pentru a calcula forța de atracție. Dacă granitul științei vă ține mai greu decât gravitația, contactați serviciul nostru pentru studenți. Vă vom ajuta să învățați cu ușurință sub cele mai grele sarcini de lucru!

Din cele mai vechi timpuri, omenirea s-a gândit la modul în care funcționează lumea din jurul nostru. De ce crește iarba, de ce strălucește Soarele, de ce nu putem zbura... Acesta din urmă, de altfel, a fost întotdeauna de interes deosebit pentru oameni. Acum știm că motivul pentru orice este gravitația. Ce este și de ce acest fenomen este atât de important la scara Universului, vom lua în considerare astăzi.

Introducere

Oamenii de știință au descoperit că toate corpurile masive experimentează atracție reciprocă unul față de celălalt. Ulterior, s-a dovedit că această forță misterioasă determină și mișcarea corpurilor cerești pe orbitele lor constante. Aceeași teorie a gravitației a fost formulată de un geniu ale cărui ipoteze au predeterminat dezvoltarea fizicii pentru multe secole viitoare. Dezvoltată și continuată (deși într-o direcție complet diferită) această învățătură a fost Albert Einstein - una dintre cele mai mari minți ale secolului trecut.

Timp de secole, oamenii de știință au observat gravitația, încercând să o înțeleagă și să o măsoare. În sfârșit, în ultimele decenii, chiar și un astfel de fenomen precum gravitația a fost pus în slujba omenirii (într-un anumit sens, desigur). Ce este, care este definiția termenului în cauză în știința modernă?

definiție științifică

Dacă studiezi lucrările gânditorilor antici, poți afla că cuvântul latin „gravitas” înseamnă „gravitație”, „atracție”. Astăzi, oamenii de știință numesc așa interacțiunea universală și constantă dintre corpurile materiale. Dacă această forță este relativ slabă și acționează doar asupra obiectelor care se mișcă mult mai încet, atunci teoria lui Newton este aplicabilă acestora. Dacă este cazul invers, ar trebui folosite concluziile lui Einstein.

Să facem imediat o rezervă: în prezent, însăși natura gravitației în sine nu a fost studiată pe deplin în principiu. Ce este, încă nu înțelegem pe deplin.

Teoriile lui Newton și Einstein

Conform învățăturii clasice a lui Isaac Newton, toate corpurile sunt atrase unele de altele cu o forță direct proporțională cu masa lor, invers proporțională cu pătratul distanței care se află între ele. Einstein, pe de altă parte, a susținut că gravitația dintre obiecte se manifestă în cazul curburii spațiului și timpului (și curbura spațiului este posibilă numai dacă există materie în ea).

Această idee era foarte profundă, dar cercetările moderne demonstrează că este oarecum inexactă. Astăzi se crede că gravitația în spațiu doar îndoaie spațiul: timpul poate fi încetinit și chiar oprit, dar realitatea schimbării formei materiei temporare nu a fost confirmată teoretic. Prin urmare, ecuația clasică Einstein nici măcar nu oferă șansa ca spațiul să continue să influențeze materia și câmpul magnetic emergent.

Într-o măsură mai mare, este cunoscută legea gravitației (gravitația universală), a cărei expresie matematică îi aparține tocmai lui Newton:

\[ F = γ \frac[-1,2](m_1 m_2)(r^2) \]

Sub γ se înțelege constanta gravitațională (uneori se folosește simbolul G), a cărei valoare este 6,67545 × 10−11 m³ / (kg s²).

Interacțiunea dintre particulele elementare

Complexitatea incredibilă a spațiului din jurul nostru se datorează în mare măsură numărului infinit de particule elementare. Există, de asemenea, diverse interacțiuni între ei la niveluri pe care le putem doar ghici. Cu toate acestea, toate tipurile de interacțiune ale particulelor elementare între ele diferă semnificativ în ceea ce privește puterea lor.

Cea mai puternică dintre toate forțele cunoscute de noi leagă împreună componentele nucleului atomic. Pentru a le separa, trebuie să cheltuiți o cantitate cu adevărat colosală de energie. În ceea ce privește electronii, aceștia sunt „legați” de nucleu doar de către cei obișnuiți.Pentru a-l opri, uneori este suficientă energia care apare ca urmare a celei mai obișnuite reacții chimice. Gravitația (ce este, știți deja) în varianta atomilor și particulelor subatomice este cel mai ușor tip de interacțiune.

Câmpul gravitațional în acest caz este atât de slab încât este greu de imaginat. Destul de ciudat, dar ei sunt cei care „urmăresc” mișcarea corpurilor cerești, a căror masă este uneori imposibil de imaginat. Toate acestea sunt posibile datorită a două caracteristici ale gravitației, care sunt deosebit de pronunțate în cazul corpurilor fizice mari:

• Spre deosebire de cele atomice, este mai vizibilă la distanță de obiect. Deci, gravitația Pământului menține chiar și Luna în câmpul său, iar forța similară a lui Jupiter susține cu ușurință orbitele mai multor sateliți deodată, masa fiecăruia fiind destul de comparabilă cu cea a Pământului!
• În plus, asigură întotdeauna atracție între obiecte, iar odată cu distanța această forță slăbește la viteză mică.

Formarea unei teorii mai mult sau mai puțin coerente a gravitației a avut loc relativ recent și tocmai pe baza rezultatelor observațiilor de secole ale mișcării planetelor și a altor corpuri cerești. Sarcina a fost mult facilitată de faptul că toate se mișcă în vid, unde pur și simplu nu există alte interacțiuni posibile. Galileo și Kepler, doi astronomi remarcabili ai vremii, au ajutat la deschiderea drumului pentru noi descoperiri cu cele mai valoroase observații ale lor.

Dar numai marele Isaac Newton a fost capabil să creeze prima teorie a gravitației și să o exprime într-o reprezentare matematică. Aceasta a fost prima lege a gravitației, a cărei reprezentare matematică este prezentată mai sus.

Concluziile lui Newton și a unora dintre predecesorii săi

Spre deosebire de alte fenomene fizice care există în lumea din jurul nostru, gravitația se manifestă mereu și peste tot. Trebuie să înțelegeți că termenul „gravitație zero”, care se găsește adesea în cercurile pseudoștiințifice, este extrem de incorect: chiar și imponderabilitate în spațiu nu înseamnă că o persoană sau o navă spațială nu este afectată de atracția unui obiect masiv.

În plus, toate corpurile materiale au o anumită masă, exprimată sub forma unei forțe care le-a fost aplicată și o accelerație obținută datorită acestui impact.

Astfel, forțele gravitaționale sunt proporționale cu masa obiectelor. Numeric, ele pot fi exprimate prin obținerea produsului dintre masele ambelor corpuri considerate. Această forță se supune strict dependenței inverse de pătratul distanței dintre obiecte. Toate celelalte interacțiuni depind destul de diferit de distanțele dintre două corpuri.

Masa ca piatră de temelie a teoriei

Masa obiectelor a devenit un punct special de disputa în jurul căruia se construiește întreaga teorie modernă a gravitației și relativității a lui Einstein. Dacă vă amintiți de al doilea, atunci probabil că știți că masa este o caracteristică obligatorie a oricărui corp material fizic. Arată cum se va comporta un obiect dacă i se aplică forță, indiferent de originea acestuia.

Deoarece toate corpurile (după Newton) accelerează atunci când o forță externă acționează asupra lor, masa este cea care determină cât de mare va fi această accelerație. Să ne uităm la un exemplu mai clar. Imaginați-vă un scuter și un autobuz: dacă le aplicați exact aceeași forță, vor atinge viteze diferite în timpi diferiți. Toate acestea sunt explicate de teoria gravitației.

Care este relația dintre masă și atracție?

Dacă vorbim despre gravitație, atunci masa în acest fenomen joacă un rol complet opus celui pe care îl joacă în raport cu forța și accelerația unui obiect. Ea este cea care este sursa principală de atracție în sine. Dacă luați două corpuri și vedeți cu ce forță atrag un al treilea obiect, care este situat la distanțe egale față de primele două, atunci raportul tuturor forțelor va fi egal cu raportul maselor primelor două obiecte. Astfel, forța de atracție este direct proporțională cu masa corpului.

Dacă luăm în considerare a treia lege a lui Newton, putem vedea că el spune exact același lucru. Forța gravitației, care acționează asupra a două corpuri situate la o distanță egală de sursa de atracție, depinde direct de masa acestor obiecte. În viața de zi cu zi, vorbim despre forța cu care un corp este atras de suprafața planetei ca greutate.

Să rezumam câteva rezultate. Deci, masa este strâns legată de accelerație. În același timp, ea este cea care determină forța cu care gravitația va acționa asupra corpului.

Caracteristici ale accelerației corpurilor într-un câmp gravitațional

Această dualitate uimitoare este motivul pentru care, în același câmp gravitațional, accelerația unor obiecte complet diferite va fi egală. Să presupunem că avem două corpuri. Să atribuim o masă z unuia dintre ele și celuilalt Z. Ambele obiecte sunt aruncate la pământ, unde cad liber.

Cum se determină raportul forțelor de atracție? Este arătat de cea mai simplă formulă matematică - z / Z. Aceasta este doar accelerația pe care o primesc ca urmare a forței gravitaționale, va fi exact aceeași. Mai simplu spus, accelerația pe care o are un corp într-un câmp gravitațional nu depinde în niciun fel de proprietățile sale.

De ce depinde accelerația în cazul descris?

Depinde doar (!) de masa obiectelor care creează acest câmp, precum și de poziția lor spațială. Rolul dublu al masei și accelerația egală a diferitelor corpuri într-un câmp gravitațional au fost descoperite de o perioadă relativ lungă de timp. Aceste fenomene au primit următoarea denumire: „Principiul echivalenței”. Acest termen subliniază încă o dată că accelerația și inerția sunt adesea echivalente (într-o anumită măsură, desigur).

Despre importanța lui G

De la cursul de fizică de la școală, ne amintim că accelerația căderii libere pe suprafața planetei noastre (gravitația Pământului) este de 10 m/s² (9,8 desigur, dar această valoare este folosită pentru ușurința calculului). Astfel, dacă nu se ia în considerare rezistența aerului (la o înălțime semnificativă cu o distanță mică de cădere), atunci efectul va fi obținut atunci când corpul dobândește un increment de accelerație de 10 m/s. fiecare secunda. Astfel, o carte căzută de la etajul doi al unei case se va deplasa cu o viteză de 30-40 m/sec până la sfârșitul zborului. Mai simplu spus, 10 m/s este „viteza” gravitației în interiorul Pământului.

Accelerația datorată gravitației în literatura fizică este notă cu litera „g”. Deoarece forma Pământului este într-o anumită măsură mai mult ca o mandarină decât o sferă, valoarea acestei cantități este departe de a fi aceeași în toate regiunile sale. Deci, la poli, accelerația este mai mare, iar pe vârfurile munților înalți devine mai mică.

Chiar și în industria minieră, gravitația joacă un rol important. Fizica acestui fenomen economisește uneori mult timp. Astfel, geologii sunt interesați în special de determinarea ideală a lui g, deoarece aceasta permite explorarea și găsirea zăcămintelor minerale cu o acuratețe excepțională. Apropo, cum arată formula gravitațională, în care valoarea pe care am considerat-o joacă un rol important? Iat-o:

Notă! În acest caz, formula gravitațională înseamnă prin G „constanta gravitațională”, a cărei valoare am dat-o deja mai sus.

La un moment dat, Newton a formulat principiile de mai sus. El înțelegea perfect atât unitatea, cât și universalitatea, dar nu putea descrie toate aspectele acestui fenomen. Această onoare i-a revenit lui Albert Einstein, care a putut explica și principiul echivalenței. Lui îi datorează omenirea o înțelegere modernă a naturii însăși a continuumului spațiu-timp.

Teoria relativității, lucrările lui Albert Einstein

Pe vremea lui Isaac Newton, se credea că punctele de referință pot fi reprezentate ca un fel de „tije” rigide, cu ajutorul cărora se stabilește poziția corpului în sistemul de coordonate spațiale. În același timp, s-a presupus că toți observatorii care marchează aceste coordonate ar fi într-un singur spațiu temporal. În acei ani, această prevedere era considerată atât de evidentă încât nu s-a încercat să o conteste sau să o completeze. Și acest lucru este de înțeles, deoarece în interiorul planetei noastre nu există abateri în această regulă.

Einstein a dovedit că acuratețea măsurătorii ar fi cu adevărat semnificativă dacă ceasul ipotetic s-ar mișca mult mai lent decât viteza luminii. Pur și simplu, dacă un observator, care se mișcă mai lent decât viteza luminii, urmărește două evenimente, atunci ele se vor întâmpla pentru el în același timp. În consecință, pentru al doilea observator? a căror viteză este aceeași sau mai mare, evenimentele pot avea loc în momente diferite.

Dar cum este forța gravitației legată de teoria relativității? Să explorăm această problemă în detaliu.

Relația dintre relativitate și forțele gravitaționale

În ultimii ani, s-au făcut un număr mare de descoperiri în domeniul particulelor subatomice. Convingerea devine din ce în ce mai puternică că suntem pe cale să găsim particula finală, dincolo de care lumea noastră nu poate fi împărțită. Cu atât mai insistentă este nevoia de a afla exact cum cele mai mici „cărămizi” din universul nostru sunt afectate de acele forțe fundamentale care au fost descoperite în secolul trecut, sau chiar mai devreme. Este deosebit de dezamăgitor faptul că însăși natura gravitației nu a fost încă explicată.

De aceea, după Einstein, care a stabilit „incapacitatea” mecanicii clasice newtoniene în zona luată în considerare, cercetătorii s-au concentrat pe o regândire completă a datelor obținute anterior. În multe privințe, gravitația însăși a suferit o revizuire. Ce este la nivelul particulelor subatomice? Are vreun sens în această lume multidimensională uimitoare?

O soluție simplă?

La început, mulți au presupus că discrepanța dintre gravitația lui Newton și teoria relativității poate fi explicată destul de simplu prin trasarea analogiilor din domeniul electrodinamicii. S-ar putea presupune că câmpul gravitațional se propagă ca unul magnetic, după care poate fi declarat „mediator” în interacțiunile corpurilor cerești, explicând multe neconcordanțe între vechea și noua teorie. Cert este că atunci vitezele relative de propagare a forțelor luate în considerare ar fi mult mai mici decât viteza luminii. Deci, cum sunt legate gravitația și timpul?

În principiu, Einstein însuși aproape că a reușit să construiască o teorie relativistă doar pe baza unor astfel de opinii, doar o circumstanță i-a împiedicat intenția. Niciunul dintre oamenii de știință din acea vreme nu avea deloc informații care să poată ajuta la determinarea „vitezei” gravitației. Dar existau o mulțime de informații legate de mișcările maselor mari. După cum se știe, au fost doar sursa general recunoscută a câmpurilor gravitaționale puternice.

Vitezele mari afectează puternic masele corpurilor, iar aceasta nu seamănă deloc cu interacțiunea vitezei și a încărcăturii. Cu cât viteza este mai mare, cu atât masa corpului este mai mare. Problema este că ultima valoare ar deveni automat infinită în cazul mișcării cu viteza luminii sau mai mare. Prin urmare, Einstein a concluzionat că nu există un câmp gravitațional, ci un câmp tensor, pentru a cărui descriere ar trebui folosite mult mai multe variabile.

Adepții săi au ajuns la concluzia că gravitația și timpul sunt practic fără legătură. Cert este că acest câmp tensor în sine poate acționa asupra spațiului, dar nu este capabil să influențeze timpul. Cu toate acestea, genialul fizician modern Stephen Hawking are un alt punct de vedere. Dar asta e cu totul alta poveste...

Forța gravitațională este forța cu care obiectele de o anumită masă sunt atrase unele de altele, situate la o anumită distanță unele de altele.

Omul de știință englez Isaac Newton a descoperit în 1867 legea gravitației universale. Aceasta este una dintre legile fundamentale ale mecanicii. Esența acestei legi este următoarea:oricare două particule materiale sunt atrase una de cealaltă cu o forță direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Forța de atracție este prima forță pe care o simți o persoană. Aceasta este forța cu care Pământul acționează asupra tuturor corpurilor situate pe suprafața sa. Și orice persoană simte această forță ca pe propria sa greutate.

Legea gravitației

Există o legendă că Newton a descoperit legea gravitației universale destul de întâmplător, plimbându-se seara în grădina părinților săi. Oamenii creativi sunt în permanență în căutare, iar descoperirile științifice nu sunt o perspectivă instantanee, ci rodul muncii mentale pe termen lung. Stând sub un măr, Newton se gândea la o altă idee și deodată i-a căzut un măr în cap. Pentru Newton i-a fost clar că mărul a căzut ca urmare a gravitației Pământului. „Dar de ce nu cade luna pe Pământ? el a crezut. „Înseamnă că o altă forță acționează asupra ei, menținând-o pe orbită.” Așa se face celebrul Legea gravitației.

Oamenii de știință care au studiat anterior rotația corpurilor cerești credeau că corpurile cerești se supun unor legi complet diferite. Adică, s-a presupus că există legi de atracție complet diferite pe suprafața Pământului și în spațiu.

Newton a combinat aceste presupuse tipuri de gravitație. Analizând legile lui Kepler care descriu mișcarea planetelor, el a ajuns la concluzia că forța de atracție ia naștere între orice corp. Adică, atât mărul căzut în grădină, cât și planetele din spațiu sunt afectate de forțe care respectă aceeași lege – legea gravitației universale.

Newton a constatat că legile lui Kepler funcționează numai dacă există o forță de atracție între planete. Și această forță este direct proporțională cu masele planetelor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Forța de atracție se calculează prin formula F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 este masa primului corp;

m2este masa celui de-al doilea corp;

r este distanța dintre corpuri;

G este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională sau constantă gravitațională.

Valoarea sa a fost determinată experimental. G\u003d 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2

Dacă două puncte materiale cu o masă egală cu o unitate de masă se află la o distanță egală cu o unitate de distanță, atunci ele sunt atrase cu o forță egală cu G.

Forțele de atracție sunt forțele gravitaționale. Se mai numesc si ei gravitatie. Ele sunt supuse legii gravitației universale și apar peste tot, deoarece toate corpurile au masă.

Gravitatie

Forța gravitațională de lângă suprafața Pământului este forța cu care toate corpurile sunt atrase de Pământ. Ei o sună gravitatie. Se consideră constantă dacă distanța corpului față de suprafața Pământului este mică în comparație cu raza Pământului.

Deoarece gravitația, care este forța gravitațională, depinde de masa și raza planetei, aceasta va fi diferită pe diferite planete. Deoarece raza Lunii este mai mică decât raza Pământului, atunci forța de atracție a Lunii este mai mică decât a Pământului de 6 ori. Și pe Jupiter, dimpotrivă, gravitația este de 2,4 ori mai mare decât gravitația pe Pământ. Dar greutatea corporală rămâne constantă, indiferent unde este măsurată.

Mulți oameni confundă semnificația greutății cu gravitația, crezând că gravitația este întotdeauna egală cu greutatea. Dar nu este.

Forța cu care corpul apasă pe suport sau întinde suspensia, aceasta este greutatea. Dacă suportul sau suspensia este îndepărtată, corpul va începe să cadă odată cu accelerarea căderii libere sub acțiunea gravitației. Forța gravitațională este proporțională cu masa corpului. Se calculează după formulaF= m g , Unde m- masa corpului, g- accelerarea gravitației.

Greutatea corporală se poate modifica și uneori poate dispărea cu totul. Imaginează-ți că suntem într-un lift la ultimul etaj. Liftul merită. În acest moment, greutatea noastră P și forța gravitațională F, cu care ne trage Pământul, sunt egale. Dar de îndată ce liftul a început să coboare cu accelerație A , greutatea și gravitația nu mai sunt egale. Conform celei de-a doua legi a lui Newtonmg+ P = ma . P \u003d m g -ma.

Din formulă se poate observa că greutatea noastră a scăzut pe măsură ce ne-am deplasat în jos.

În momentul în care liftul a luat viteză și a început să se miște fără accelerație, greutatea noastră este din nou egală cu gravitația. Și când liftul a început să-și încetinească mișcarea, accelerația A a devenit negativ și greutatea a crescut. Există o supraîncărcare.

Și dacă corpul se mișcă în jos cu accelerația căderii libere, atunci greutatea va deveni complet egală cu zero.

La A=g R=mg-ma= mg - mg=0

Aceasta este o stare de imponderabilitate.

Deci, fără excepție, toate corpurile materiale din Univers se supun legii gravitației universale. Și planetele din jurul Soarelui și toate corpurile care sunt aproape de suprafața Pământului.

Fiecare persoană din viața sa a întâlnit acest concept de mai multe ori, deoarece gravitația este baza nu numai a fizicii moderne, ci și a unui număr de alte științe conexe.

Mulți oameni de știință au studiat atracția corpurilor din cele mai vechi timpuri, dar principala descoperire este atribuită lui Newton și este descrisă ca o poveste cunoscută de toată lumea cu un fruct care i-a căzut pe cap.

Ce este gravitația în cuvinte simple

Gravitația este atracția dintre mai multe obiecte din univers. Natura fenomenului este diferită, deoarece este determinată de masa fiecăruia dintre ele și de lungimea dintre, adică de distanță.

Teoria lui Newton s-a bazat pe faptul că atât fructul care căde, cât și satelitul planetei noastre sunt afectați de aceeași forță - atracția către Pământ. Și satelitul nu a căzut pe spațiul pământesc tocmai din cauza masei și distanței sale.

Câmp gravitațional

Câmpul gravitațional este un spațiu în care corpurile interacționează conform legilor atracției.

Teoria relativității a lui Einstein descrie câmpul ca o anumită proprietate a timpului și spațiului, care se manifestă în mod caracteristic atunci când apar obiectele fizice.

undă gravitațională

Acesta este un anumit tip de schimbare a câmpurilor care se formează ca urmare a radiațiilor de la obiectele în mișcare. Se desprind de subiect și se propagă într-un efect de undă.

Teorii ale gravitației

Teoria clasică este newtoniană. Cu toate acestea, nu a fost perfect și au apărut ulterior opțiuni alternative.

Acestea includ:

• teorii metrice;
• nemetric;
• vector;
• Le Sage, care a descris primul fazele;
• gravitația cuantică.

Astăzi, există câteva zeci de teorii diferite, toate fie se completează reciproc, fie iau în considerare fenomene din cealaltă parte.

Este util de remarcat: nu există încă o soluție perfectă, dar evoluțiile în curs deschid mai multe răspunsuri în ceea ce privește atracția corpurilor.

Forța de atracție gravitațională

Calculul de bază este următorul - forța gravitației este proporțională cu înmulțirea masei corporale cu alta, între care se determină. Această formulă se exprimă și astfel: forța este invers proporțională cu distanța dintre obiecte la pătrat.

Câmpul gravitațional este potențial, ceea ce înseamnă că energia cinetică este conservată. Acest fapt simplifică rezolvarea problemelor în care se măsoară forța de atracție.

Gravitația în spațiu

În ciuda amăgirii multora, există gravitație în spațiu. Este mai jos decât pe Pământ, dar încă prezent.

Cât despre astronauți, care la prima vedere zboară, aceștia sunt de fapt într-o stare de cădere lentă. Vizual, se pare că nu sunt atrași de nimic, dar în practică experimentează gravitația.

Puterea atracției depinde de distanță, dar oricât de mare este distanța dintre obiecte, acestea vor continua să se întindă unul spre celălalt. Atracția reciprocă nu va fi niciodată egală cu zero.

Gravitația în sistemul solar

În sistemul solar, nu numai Pământul are gravitație. Planetele, ca și Soarele, atrag obiecte către ele.

Deoarece forța este determinată de masa obiectului, Soarele are cea mai mare valoare. De exemplu, dacă planeta noastră are un indicator egal cu unu, atunci indicatorul unui luminar va fi aproape douăzeci și opt.

Următorul, după Soare, în gravitație este Jupiter, deci forța sa de atracție este de trei ori mai mare decât cea a Pământului. Pluto are cel mai mic parametru.

Pentru claritate, să o notăm astfel, în teorie, pe Soare, o persoană medie ar cântări aproximativ două tone, dar pe cea mai mică planetă din sistemul nostru - doar patru kilograme.

Ceea ce determină gravitația planetei

Atracția gravitațională, așa cum am menționat deja mai sus, este puterea cu care planeta trage spre sine obiectele aflate pe suprafața sa.

Forța de atracție depinde de gravitația obiectului, de planeta însăși și de distanța dintre ele. Dacă sunt mulți kilometri, gravitația este scăzută, dar încă menține obiectele conectate.

Câteva aspecte importante și fascinante legate de gravitație și proprietățile sale care merită explicate unui copil:

1. Fenomenul atrage totul, dar nu respinge niciodată - acest lucru îl deosebește de alte fenomene fizice.
2. Nu există indicator zero. Este imposibil de simulat o situație în care presiunea nu acționează, adică gravitația nu funcționează.
3. Pământul cade cu o viteză medie de 11,2 kilometri pe secundă, atingând această viteză, poți părăsi bine atracția planetei.
4. Faptul existenței undelor gravitaționale nu a fost dovedit științific, aceasta este doar o presupunere. Dacă vor deveni vreodată vizibile, atunci multe mistere ale cosmosului legate de interacțiunea corpurilor vor fi dezvăluite omenirii.

Conform teoriei relativității de bază a unui om de știință precum Einstein, gravitația este o curbură a parametrilor de bază ai existenței lumii materiale, care stă la baza universului.

Gravitația este atracția reciprocă a două obiecte. Forța de interacțiune depinde de gravitația corpurilor și de distanța dintre ele. Până acum, nu au fost dezvăluite toate secretele fenomenului, dar astăzi există câteva zeci de teorii care descriu conceptul și proprietățile sale.

Complexitatea obiectelor studiate afectează timpul studiului. În cele mai multe cazuri, dependența de masă și distanță este pur și simplu luată.

Trăim pe Pământ, ne mișcăm de-a lungul suprafeței sale, ca de-a lungul marginii unei stânci stâncoase care se ridică deasupra unui abis fără fund. Suntem ținuți pe această margine a abisului doar de ceea ce ne afectează. gravitația pământului; nu cădem de pe suprafața pământului doar pentru că avem, după cum se spune, o anumită greutate. Am zbura instantaneu de pe această „stâncă” și am zbura rapid în abisul spațiului dacă forța de gravitație a planetei noastre ar înceta brusc să acționeze. Ne-am grăbi la nesfârșit în abisul spațiului lumii, neștiind nici sus, nici jos.

Locomoția pământului

A lui mișcarea pe pământși noi o datorăm gravitației. Mergem pe Pământ și învingem constant rezistența acestei forțe, simțindu-i acțiunea, ca o sarcină grea pe picioarele noastre. Această „încărcare” se face simțită mai ales atunci când urcăm pe un munte, când trebuie să-l tragi, ca niște greutăți grele care atârnă de picioarele tale. Ea afectează nu mai puțin brusc la coborârea muntelui, obligându-ne să ne grăbim pașii. Depășirea forței gravitației atunci când se deplasează pe Pământ. Aceste direcții – „sus” și „jos” – ne sunt indicate doar prin gravitație. În toate punctele de pe suprafața pământului, este îndreptat aproape spre centrul Pământului. Prin urmare, conceptele de „jos” și „sus” vor fi diametral opuse pentru așa-numitele antipozi, adică oamenii care trăiesc pe părți diametral opuse ale suprafeței Pământului. De exemplu, direcția care pentru cei care locuiesc la Moscova arată „în jos”, pentru locuitorii Țării de Foc arată „sus”. Direcțiile care arată „jos” pentru oamenii de la pol și de la ecuator formează un unghi drept; sunt perpendiculare între ele. În afara Pământului, atunci când se îndepărtează de acesta, forța gravitației scade, deoarece forța de atracție scade (forța de atracție a Pământului, ca și a oricărui alt corp mondial, se extinde la infinit în spațiu), iar forța centrifugă crește , care reduce forța gravitației. Prin urmare, cu cât ridicăm mai mult o sarcină, de exemplu, într-un balon, cu atât această sarcină va cântări mai puțin.

Forța centrifugă a Pământului

Datorita rotatiei diurne, forța centrifugă a pământului. Această forță acționează peste tot pe suprafața Pământului într-o direcție perpendiculară pe axa pământului și departe de aceasta. Forța centrifugă mic comparativ cu gravitatie. La ecuator, atinge cea mai mare valoare. Dar chiar și aici, conform calculelor lui Newton, forța centrifugă este doar 1/289 din forța de atracție. Cu cât este mai departe la nord de ecuator, cu atât forța centrifugă este mai mică. Chiar la pol este zero.
Acțiunea forței centrifuge a Pământului. La o oarecare înălțime forța centrifugă va crește atât de mult încât va fi egală cu forța de atracție, iar forța gravitațională va deveni mai întâi egală cu zero, iar apoi, odată cu creșterea distanței față de Pământ, va lua o valoare negativă și va crește continuu, fiind dirijată. în sens invers față de Pământ.

Gravitatie

Se numește forța rezultantă de atracție a Pământului și forța centrifugă gravitatie. Forța gravitației în toate punctele de pe suprafața pământului ar fi aceeași dacă mingea noastră perfect precisă și regulată, dacă masa ei ar avea aceeași densitate peste tot și, în sfârșit, dacă nu ar exista o rotație zilnică în jurul axei. Dar, deoarece Pământul nostru nu este o minge obișnuită, nu este format din roci de aceeași densitate în toate părțile sale și se rotește tot timpul, atunci, prin urmare, gravitația în fiecare punct de pe suprafața pământului este ușor diferită. Prin urmare, în fiecare punct de pe suprafața pământului magnitudinea forței gravitaționale depinde de mărimea forței centrifuge, care reduce forța de atracție, de densitatea rocilor pământului și de distanța de la centrul pământului.. Cu cât această distanță este mai mare, cu atât gravitația este mai mică. Razele Pământului, care la un capăt, parcă se sprijină pe ecuatorul Pământului, sunt cele mai mari. Razele care au ca capăt punctul Polului Nord sau Sud sunt cele mai mici. Prin urmare, toate corpurile de la ecuator au mai puțină gravitație (greutate mai mică) decât la pol. Se știe că gravitația este mai mare la pol decât la ecuator cu 1/289. Această diferență de gravitație a acelorași corpuri la ecuator și la pol poate fi găsită cântărindu-le cu o balanță elastică. Dacă cântărim corpurile pe cântare cu greutăți, atunci nu vom observa această diferență. Balanta va prezenta aceeasi greutate atat la pol cat si la ecuator; greutățile, ca și corpurile care sunt cântărite, se vor schimba, desigur, în greutate.
Scale de arc ca o modalitate de a măsura gravitația la ecuator și la pol. Să presupunem că o navă cu marfă cântărește în regiunile polare, lângă pol, aproximativ 289 de mii de tone. La sosirea în porturile din apropierea ecuatorului, o navă cu marfă va cântări doar aproximativ 288.000 de tone. Astfel, la ecuator, nava a slăbit aproximativ o mie de tone. Toate corpurile sunt păstrate pe suprafața pământului doar datorită faptului că gravitația acționează asupra lor. Dimineața, coborând din pat, poți să-ți cobori picioarele pe podea doar pentru că această forță le trage în jos.

Gravitația în interiorul Pământului

Să vedem cum se schimbă gravitația în interiorul pământului. Pe măsură ce pătrundem mai adânc în Pământ, forța gravitației crește continuu până la o anumită adâncime. La o adâncime de aproximativ o mie de kilometri, gravitația va avea o valoare maximă (cea mai mare) și va crește față de valoarea sa medie pe suprafața pământului (9,81 m/s) cu aproximativ cinci procente. Odată cu adâncirea în continuare, forța gravitației va scădea continuu și în centrul Pământului va fi egală cu zero.

Ipoteze privind rotația Pământului

Al nostru pământul care se învârte face o revoluție completă pe axa sa în 24 de ore. Se știe că forța centrifugă crește proporțional cu pătratul vitezei unghiulare. Prin urmare, dacă Pământul își accelerează rotația în jurul axei sale de 17 ori, atunci forța centrifugă va crește de 17 ori la pătrat, adică de 289 de ori. În condiții normale, așa cum sa menționat mai sus, forța centrifugă la ecuator este 1/289 din forța gravitației. Cu o crestere De 17 ori forța de atracție și forța centrifugă sunt egale. Forța gravitației - rezultanta acestor două forțe - cu o astfel de creștere a vitezei de rotație axială a Pământului va fi egală cu zero.
Valoarea forței centrifuge în timpul rotației Pământului. Această viteză de rotație a Pământului în jurul axei sale se numește critică, deoarece la o astfel de viteză de rotație a planetei noastre toate corpurile de la ecuator și-ar pierde din greutate. Durata zilei în acest caz critic va fi de aproximativ 1 oră și 25 de minute. Odată cu o accelerare suplimentară a rotației Pământului, toate corpurile (în primul rând la ecuator) își vor pierde mai întâi greutatea, apoi vor fi aruncate în spațiu de forța centrifugă, iar Pământul însuși va fi sfâșiat de aceeași forță. Concluzia noastră ar fi corectă dacă Pământul ar fi un corp absolut solid și, la accelerarea mișcării sale de rotație, nu și-ar schimba forma, cu alte cuvinte, dacă raza ecuatorului pământului și-ar păstra valoarea. Dar se știe că odată cu accelerarea rotației Pământului, suprafața acestuia va trebui să sufere o oarecare deformare: va începe să se micșoreze în direcția polilor și să se extindă în direcția ecuatorului; va capata un aspect din ce in ce mai turtit. Lungimea razei ecuatorului pământului va începe apoi să crească și, prin urmare, va crește forța centrifugă. Astfel, corpurile de la ecuator își vor pierde gravitația înainte ca viteza de rotație a Pământului să crească de 17 ori, iar catastrofa cu Pământul va veni înainte ca ziua să-și reducă durata la 1 oră și 25 de minute. Cu alte cuvinte, viteza critică de rotație a Pământului va fi ceva mai mică, iar durata maximă a zilei va fi ceva mai lungă. Imaginează-ți mental că viteza de rotație a Pământului, din motive necunoscute, se va apropia de cea critică. Ce se va întâmpla atunci cu locuitorii pământului? În primul rând, peste tot pe Pământ o zi va fi, de exemplu, aproximativ două sau trei ore. Ziua și noaptea se vor schimba caleidoscopic rapid. Soarele, ca într-un planetariu, se va mișca foarte repede pe cer și, de îndată ce te vei trezi și te speli, va dispărea deja în spatele orizontului, iar noaptea va veni să-l înlocuiască. Oamenii nu vor mai naviga cu precizie în timp. Nimeni nu va ști ce zi a lunii este și ce zi a săptămânii este. Viața umană normală va fi dezorganizată. Ceasurile cu pendul vor încetini și apoi se vor opri peste tot. Ei merg pentru că gravitația acționează asupra lor. La urma urmei, în viața noastră de zi cu zi, când „mergătorii” încep să rămână în urmă sau să se grăbească, este necesar să-și scurteze sau să prelungească pendulul sau chiar să atârne o greutate suplimentară pe pendul. Corpurile de la ecuator își vor pierde în greutate. În aceste condiții imaginare va fi ușor să ridicați corpuri foarte grele. Nu va fi dificil să purtați un cal, un elefant sau chiar să ridicați o casă întreagă. Păsările își vor pierde capacitatea de a ateriza. Iată un stol de vrăbii care se învârt peste un jgheab cu apă. Ciripesc tare, dar nu pot coborî. O mână de cereale aruncate de el ar atârna deasupra Pământului în boabe separate. Să mai departe, viteza de rotație a Pământului se apropie din ce în ce mai mult de cea critică. Planeta noastră este puternic deformată și capătă un aspect din ce în ce mai aplatizat. Este asemănat cu un carusel care se rotește rapid și amenință să-și arunce locuitorii. Râurile se vor opri atunci din curgere. Vor fi mlaștini lungi stagnante. Uriașe nave oceanice abia vor atinge suprafața apei cu fundul lor, submarinele nu se vor putea scufunda în adâncurile mării, peștii și animalele marine vor înota la suprafața mărilor și oceanelor, nu vor mai putea. să se ascundă în adâncurile mării. Marinarii nu vor mai putea ancora, nu vor mai deține cârmele navelor lor, navele mari și mici vor sta nemișcate. Iată o altă imagine imaginară. Trenul de călători sta în gară. Fluierul a fost deja sunat; trenul trebuie să plece. Șoferul a luat toate măsurile necesare. Furnizorul aruncă cu generozitate cărbune în cuptor. Din hornul unei locomotive cu abur zboară scântei mari. Roțile se întorc cu disperare. Dar locomotiva stă pe loc. Roțile sale nu ating șinele și nu există frecare între ele. Va veni momentul în care oamenii nu vor putea coborî la podea; se vor lipi ca muștele de tavan. Lăsați viteza de rotație a Pământului să crească în continuare. Forța centrifugă este din ce în ce mai superioară ca mărime forței de atracție... Atunci oamenii, animalele, obiectele de uz casnic, casele, toate obiectele de pe Pământ, întreaga sa lume animală vor fi aruncate în spațiul mondial. Continentul australian se va separa de Pământ și va atârna în spațiu ca un nor negru colosal. Africa va zbura în adâncurile abisului tăcut, departe de Pământ. Apele Oceanului Indian se vor transforma într-un număr imens de picături sferice și, de asemenea, vor zbura pe distanțe nemărginite. Marea Mediterană, neavând încă timp să se transforme în acumulări uriașe de picături, se va despărți de fund cu toată grosimea sa de apă, de-a lungul căruia se va putea trece liber de la Napoli la Alger. În cele din urmă, viteza de rotație va crește atât de mult, forța centrifugă va crește atât de mult încât întregul Pământ va fi sfâșiat. Cu toate acestea, nici acest lucru nu se poate întâmpla. Viteza de rotație a Pământului, așa cum am spus mai sus, nu crește, ci, dimpotrivă, chiar scade puțin - totuși, este atât de mică încât, după cum știm deja, în 50 de mii de ani durata zilei crește. cu doar o secundă. Cu alte cuvinte, Pământul se rotește acum cu o viteză necesară pentru ca flora și fauna planetei noastre să înflorească sub razele calorice și dătătoare de viață ale Soarelui timp de multe milenii.

Valoarea de frecare

Să vedem acum ce frecarea conteazași ce s-ar întâmpla dacă nu ar fi acolo. Frecarea, după cum știm, are un efect dăunător asupra hainelor noastre: paltoanele uzează mai întâi mânecile, iar cizmele tălpile, deoarece mânecile și tălpile sunt cele mai supuse frecării. Dar imaginați-vă pentru o clipă că suprafața planetei noastre a fost, parcă, bine lustruită, perfect netedă și posibilitatea frecării ar fi exclusă. Am putea merge pe o astfel de suprafață? Desigur că nu. Toată lumea știe că chiar și pe gheață și pe podea frecat este foarte greu să mergi și trebuie să ai grijă să nu cazi. Dar suprafața gheții și podeaua frecat are încă o oarecare frecare.
Forța de frecare pe gheață. Dacă forța de frecare ar dispărea pe suprafața Pământului, atunci haosul de nedescris ar domni pentru totdeauna pe planeta noastră. Dacă nu există frecare, marea se va furi pentru totdeauna și furtuna nu se va potoli niciodată. Tornadele de nisip nu vor înceta să atârne peste Pământ, iar vântul va sufla constant. Sunetele melodice ale pianului, viorii și vuietul teribil al animalelor prădătoare se vor amesteca și se vor răspândi la nesfârșit în aer. În absența frecării, un corp în mișcare nu s-ar opri niciodată. Pe o suprafață a pământului absolut netedă, diverse corpuri și obiecte ar fi mereu amestecate într-o mare varietate de direcții. Ridicul și tragic ar fi lumea Pământului, dacă nu ar exista frecare și atracție a Pământului.