Sa tanong na "Ano ang kapangyarihan?" Sumasagot ang pisika sa ganitong paraan: "Ang puwersa ay isang sukatan ng pakikipag-ugnayan ng mga materyal na katawan sa isa't isa o sa pagitan ng mga katawan at iba pang materyal na bagay - pisikal na larangan". Ang lahat ng pwersa sa kalikasan ay maaaring maiugnay sa apat na pangunahing uri ng pakikipag-ugnayan: malakas, mahina, electromagnetic at gravitational. Ang aming artikulo ay nagsasalita tungkol sa kung ano sila mga puwersa ng gravitational- isang sukatan ng huli at, marahil, ang pinakalaganap na uri ng mga pakikipag-ugnayang ito sa kalikasan.
Magsimula tayo sa pang-akit ng lupa
Alam ng lahat ng nabubuhay na may puwersang humihila ng mga bagay sa lupa. Ito ay karaniwang tinutukoy bilang gravity, ang puwersa ng grabidad, o grabidad. Salamat sa presensya nito, ang isang tao ay may mga konsepto ng "pataas" at "pababa", na tumutukoy sa direksyon ng paggalaw o lokasyon ng isang bagay na nauugnay sa ibabaw ng lupa. Kaya sa isang partikular na kaso, sa ibabaw ng lupa o malapit dito, ang mga puwersa ng gravitational ay nagpapakita ng kanilang mga sarili, na nakakaakit ng mga bagay na may masa sa isa't isa, na nagpapakita ng kanilang pagkilos sa alinman, parehong pinakamaliit at napakalaki, kahit na sa pamamagitan ng mga pamantayan ng kosmiko, mga distansya.
Gravity at ang ikatlong batas ni Newton
Tulad ng alam mo, ang anumang puwersa, kung ito ay isinasaalang-alang bilang isang sukatan ng pakikipag-ugnayan ng mga pisikal na katawan, ay palaging inilalapat sa isa sa kanila. Kaya sa gravitational interaction ng mga katawan sa isa't isa, bawat isa sa kanila ay nakakaranas ng mga ganitong uri ng gravitational forces na dulot ng impluwensya ng bawat isa sa kanila. Kung mayroon lamang dalawang katawan (pinapalagay na ang pagkilos ng lahat ng iba ay maaaring mapabayaan), kung gayon ang bawat isa sa kanila, ayon sa ikatlong batas ni Newton, ay makakaakit ng isa pang katawan na may parehong puwersa. Kaya, ang Buwan at ang Lupa ay nag-aakit sa isa't isa, na nagreresulta sa pag-agos at pag-agos ng mga dagat ng daigdig.
Ang bawat planeta sa solar system ay nakakaranas ng ilang puwersa ng atraksyon mula sa Araw at iba pang mga planeta nang sabay-sabay. Siyempre, ito ay ang gravitational force ng Araw na tumutukoy sa hugis at sukat ng orbit nito, ngunit din ang impluwensya ng iba. mga katawang makalangit Isinasaalang-alang ng mga astronomo ang kanilang mga trajectory sa kanilang mga kalkulasyon.
Ano ang mas mabilis na mahuhulog sa lupa mula sa taas?
Ang pangunahing tampok ng puwersang ito ay ang lahat ng mga bagay ay nahuhulog sa lupa sa parehong bilis, anuman ang kanilang masa. Minsan, hanggang sa ika-16 na siglo, pinaniniwalaan na ang kabaligtaran ay totoo - ang mas mabibigat na katawan ay dapat mahulog nang mas mabilis kaysa sa magaan. Upang iwaksi ang maling kuru-kuro na ito, kinailangan ni Galileo Galilei na isagawa ang kanyang tanyag na eksperimento ng sabay-sabay na pagbagsak ng dalawang bola ng kanyon na magkaibang timbang mula sa isang hilig. nakahilig na tore ng pisa. Taliwas sa mga inaasahan ng mga saksi ng eksperimento, ang parehong nuclei ay umabot sa ibabaw sa parehong oras. Ngayon, alam ng bawat mag-aaral na nangyari ito dahil sa ang katunayan na ang gravity ay nagbibigay sa anumang katawan ng parehong libreng pagpabilis ng pagkahulog g = 9.81 m / s 2, anuman ang mass m ng katawan na ito, at ang halaga nito, ayon sa pangalawang batas ni Newton, ay F = mg.
Ang mga puwersa ng grabidad sa Buwan at iba pang mga planeta ay iba't ibang kahulugan ang pagbilis na ito. Gayunpaman, ang likas na katangian ng pagkilos ng gravity sa kanila ay pareho.
Gravity at bigat ng katawan
Kung ang unang puwersa ay direktang inilapat sa katawan mismo, pagkatapos ay ang pangalawa sa suporta o pagsususpinde nito. Sa sitwasyong ito, ang mga nababanat na puwersa ay palaging kumikilos sa mga katawan mula sa gilid ng mga suporta at suspensyon. Ang mga puwersa ng gravitational na inilapat sa parehong mga katawan ay kumikilos patungo sa kanila.
Isipin ang isang bigat na nakabitin sa ibabaw ng lupa sa isang bukal. Dalawang puwersa ang inilapat dito: ang elastikong puwersa ng isang nakaunat na spring at ang puwersa ng grabidad. Ayon sa ikatlong batas ni Newton, ang pag-load ay kumikilos sa spring na may puwersa na katumbas at kabaligtaran sa nababanat na puwersa. Ang lakas na ito ang magiging bigat nito. Para sa isang load na tumitimbang ng 1 kg, ang bigat ay P \u003d 1 kg ∙ 9.81 m / s 2 \u003d 9.81 N (newton).
Gravitational forces: kahulugan
Una quantitative theory Ang gravity, batay sa mga obserbasyon sa paggalaw ng mga planeta, ay binuo ni Isaac Newton noong 1687 sa kanyang sikat na Prinsipyo ng Likas na Pilosopiya. Isinulat niya na ang mga kaakit-akit na puwersa na kumikilos sa Araw at sa mga planeta ay nakasalalay sa dami ng bagay na nilalaman nito. Sila ay nagpapalaganap sa malalayong distansya at palaging bumababa bilang kapalit ng parisukat ng distansya. Paano makalkula ang mga puwersa ng gravitational na ito? Ang formula para sa puwersa F sa pagitan ng dalawang bagay na may mga masa m 1 at m 2 na matatagpuan sa layong r ay:
- F \u003d Gm 1 m 2 / r 2,
kung saan ang G ay ang constant ng proportionality, ang gravitational constant.
Ang pisikal na mekanismo ng grabidad
Hindi lubos na nasisiyahan si Newton sa kanyang teorya, dahil kasangkot ito sa interaksyon sa pagitan ng mga gravitating body sa malayo. Ang dakilang Englishman mismo ay kumbinsido na dapat mayroong ilang pisikal na ahente na responsable para sa paglipat ng pagkilos ng isang katawan sa isa pa, tungkol sa kung saan siya ay nagsalita nang malinaw sa isa sa kanyang mga liham. Ngunit ang oras kung kailan ipinakilala ang konsepto larangan ng gravitational, na tumatagos sa lahat ng espasyo, ay dumating lamang pagkatapos ng apat na siglo. Ngayon, sa pagsasalita tungkol sa gravity, maaari nating pag-usapan ang pakikipag-ugnayan ng anumang (cosmic) na katawan sa gravitational field ng iba pang mga katawan, ang sukat nito ay ang mga puwersa ng gravitational na nagmumula sa pagitan ng bawat pares ng mga katawan. Ang batas ng unibersal na grabitasyon, na binuo ni Newton sa anyo sa itaas, ay nananatiling totoo at kinumpirma ng maraming mga katotohanan.
Teorya ng grabidad at astronomiya
Matagumpay itong nailapat sa paglutas ng mga problema ng celestial mechanics sa panahon XVIII at maagang XIX siglo. Halimbawa, ang mga mathematician na sina D. Adams at W. Le Verrier, na sinusuri ang mga paglabag sa orbit ng Uranus, ay iminungkahi na ito ay apektado ng gravitational forces ng pakikipag-ugnayan sa isang hindi pa kilalang planeta. Ipinahiwatig nila ang dapat na posisyon nito, at hindi nagtagal ay natuklasan ng astronomer na si I. Galle ang Neptune doon.
Nagkaroon ng isang problema bagaman. Kinakalkula ng Le Verrier noong 1845 na ang orbit ng Mercury ay nauna ng 35"" bawat siglo, sa kaibahan sa zero na halaga ng precession na ito na nakuha mula sa teorya ni Newton. Ang kasunod na mga sukat ay nagbigay ng higit pa eksaktong halaga 43"". (Ang naobserbahang precession ay talagang 570""/siglo, ngunit ang maingat na pagkalkula upang ibawas ang impluwensya sa lahat ng iba pang planeta ay nagbubunga ng halaga na 43"".)
Noong 1915 lamang naipaliwanag ni Albert Einstein ang hindi pagkakapare-pareho sa mga tuntunin ng kanyang teorya ng grabidad. Ito ay lumabas na ang napakalaking Araw, tulad ng anumang iba pang napakalaking katawan, ay yumuko sa espasyo-oras sa paligid nito. Ang mga epektong ito ay nagdudulot ng mga paglihis sa mga orbit ng mga planeta, ngunit ang Mercury, bilang ang pinakamaliit at pinakamalapit na planeta sa ating bituin, sila ay nagpapakita ng kanilang mga sarili sa pinakamalakas.
Inertial at gravitational mass
Gaya ng nabanggit sa itaas, si Galileo ang unang nakakita na ang mga bagay ay nahulog sa lupa sa parehong bilis, anuman ang kanilang masa. Sa mga formula ni Newton, ang konsepto ng masa ay nagmula sa dalawa iba't ibang equation. Ang kanyang pangalawang batas ay nagsasabi na ang puwersa F na inilapat sa isang katawan na may mass m ay nagbibigay ng isang acceleration ayon sa equation na F = ma.
Gayunpaman, ang puwersa ng gravity F na inilapat sa isang katawan ay nakakatugon sa formula na F = mg, kung saan ang g ay nakasalalay sa ibang katawan na nakikipag-ugnayan sa isa na isinasaalang-alang (ng lupa, kadalasan kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa grabidad). Sa parehong mga equation, ang m ay isang proportionality factor, ngunit sa unang kaso ito ay inertial mass, at sa pangalawa ito ay gravitational, at walang malinaw na dahilan na dapat silang pareho para sa anumang pisikal na bagay.
Gayunpaman, ipinapakita ng lahat ng mga eksperimento na ito nga ang kaso.
Ang teorya ng grabidad ni Einstein
Kinuha niya ang katotohanan ng pagkakapantay-pantay ng inertial at gravitational mass bilang panimulang punto para sa iyong teorya. Nagawa niyang bumuo ng mga equation ng gravitational field, ang sikat na Einstein equation, at sa tulong ng mga ito ay kalkulahin ang tamang halaga para sa precession ng orbit ng Mercury. Nagbibigay din sila ng nasusukat na halaga para sa pagpapalihis ng mga sinag ng liwanag na dumadaan malapit sa araw, at walang alinlangan na sumusunod ang mga ito tamang resulta para sa macroscopic gravity. Ang teorya ng gravity ni Einstein, o pangkalahatang relativity (GR), na tinawag niya mismo, ay isa sa pinakamalaking tagumpay modernong agham.
Gravitational forces ay acceleration?
Kung hindi mo matukoy ang pagkakaiba sa pagitan ng inertial mass at gravitational mass, hindi mo matukoy ang pagitan ng gravity at acceleration. Ang isang eksperimento sa isang gravitational field sa halip ay maaaring gawin sa isang mabilis na gumagalaw na elevator sa kawalan ng gravity. Kapag ang isang astronaut sa isang rocket ay bumilis, lumalayo sa lupa, nakararanas siya ng puwersa ng grabidad na ilang beses na mas malaki kaysa sa lupa, at ang karamihan sa mga ito ay nagmumula sa acceleration.
Kung walang sinuman ang maaaring makilala ang gravity mula sa acceleration, kung gayon ang dating ay palaging maaaring kopyahin sa pamamagitan ng acceleration. Ang isang sistema kung saan pinapalitan ng acceleration ang gravity ay tinatawag na inertial. Samakatuwid, ang Buwan sa malapit-Earth orbit ay maaari ding ituring bilang isang inertial system. Gayunpaman, mag-iiba ang sistemang ito sa bawat punto habang nagbabago ang gravitational field. (Sa halimbawa ng Buwan, ang gravitational field ay nagbabago ng direksyon mula sa isang punto patungo sa isa pa.) Ang prinsipyo na laging posible na makahanap ng isang inertial frame sa anumang punto sa espasyo at oras kung saan ang physics ay sumusunod sa mga batas sa kawalan ng gravity ay tinatawag na ang prinsipyo ng equivalence.
Gravity bilang isang manipestasyon ng mga geometric na katangian ng space-time
Ang katotohanan na ang mga puwersa ng gravitational ay maaaring tingnan bilang mga acceleration sa mga inertial system ah coordinates, na naiiba sa bawat punto, ay nangangahulugan na ang gravity ay isang geometric na konsepto.
Sinasabi namin na ang space-time ay curved. Isaalang-alang ang isang bola sa isang patag na ibabaw. Ito ay magpapahinga o, kung walang friction, gumagalaw nang pantay-pantay sa kawalan ng anumang pwersang kumikilos dito. Kung ang ibabaw ay hubog, ang bola ay magpapabilis at lilipat sa pinakamababang punto, pagpili pinakamaikling paraan. Katulad nito, ang teorya ni Einstein ay nagsasaad na ang apat na dimensyon na espasyo-oras ay kurbado, at ang katawan ay gumagalaw sa kurbadong espasyong ito kasama ang isang geodesic na linya, na tumutugma sa pinakamaikling landas. Samakatuwid, ang gravitational field at ang mga puwersang kumikilos dito pisikal na katawan gravitational forces ay geometric na dami, depende sa mga katangian ng space-time, na pinakamalakas na nagbabago malapit sa malalaking katawan.
21.1. Batas grabidad Newton
Ang mga pakikipag-ugnayan ng gravitational ay likas sa lahat ng materyal na katawan (Larawan 111).
kanin. 111
Ang batas na naglalarawan sa mga puwersang ito, na natuklasan ni I. Newton at inilathala noong 1687, ay tinawag na batas ng unibersal na grabitasyon: dalawang materyal na punto ang naaakit sa mga puwersang proporsyonal sa produkto ng mga masa ng mga puntong ito, na inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya. sa pagitan ng mga punto at nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga puntong ito: 
Dahil ang lakas ay dami ng vector, kung gayon ang formula na tumutukoy sa puwersa ng pagkahumaling ay dapat bigyan ng vector form.
Upang gawin ito, ipinakilala namin ang vector r 12 nagdudugtong na mga punto 1
at 2
(Larawan 112). 
kanin. 112
Kung gayon ang kaakit-akit na puwersa na kumikilos sa pangalawang katawan ay maaaring isulat bilang 
Sa mga formula (1), (2) ang coefficient of proportionality sa ay tinatawag na gravitational constant. Ang halaga ng dami na ito ay hindi mahahanap mula sa iba mga pisikal na batas at determinadong eksperimento. Numerical na halaga Ang pare-pareho ng gravitational ay nakasalalay sa pagpili ng sistema ng mga yunit, kaya, sa SI ito ay katumbas ng: 
Sa unang pagkakataon, ang gravitational constant ay eksperimento na sinusukat ng isang English physicist Henry Cavendish. Noong 1798, nagdisenyo siya ng balanse ng pamamaluktot at ginamit ito upang sukatin ang puwersa ng pagkahumaling sa pagitan ng dalawang globo, na nagpapatunay sa batas ng unibersal na grabitasyon; tinutukoy ang gravitational constant, mass at average density ng Earth.
Tanong tungkol sa kalikasan pakikipag-ugnayan ng gravitational ay lubhang kumplikado. I. Si Newton mismo ay nagbigay ng isang laconic na sagot sa tanong na ito: "Hindi ako nag-imbento ng mga hypotheses", sa gayon ay tumanggi na talakayin ang paksang ito. Sapat na ang batas ng unibersal na grabitasyon sa dami na naglalarawan sa pakikipag-ugnayan ng gravitational na may mataas na antas ng katumpakan. Ang napakalaking tagumpay ng Newtonian mechanics sa halos dalawang siglo ay paunang natukoy katulad na diskarte sa lahat pisikal na agham, hindi lamang mekanika: sapat na upang matuklasan, maghanap ng mga batas na wastong naglalarawan pisikal na phenomena at matutunan kung paano ilapat ang mga ito quantitative na paglalarawan ang mga phenomena na ito.
Kaya, sa pag-aaral ng gravity, pinaniniwalaan na sa isang hindi maintindihan na paraan ang isang katawan ay maaaring makaimpluwensya sa isa pa, at ang impluwensyang ito ay agad na ipinadala, iyon ay, ang isang pagbabago sa posisyon ng isa sa mga katawan ay agad na nagbabago ng mga puwersa na kumikilos sa ibang mga katawan. , gaano man kalayo ang mga katawan na ito. . Ang pangkalahatang diskarte sa likas na katangian ng pisikal na pakikipag-ugnayan ay tinatawag na long-range theory. Ang isang katulad na pagtingin sa mga pakikipag-ugnayan ng mga katawan ay pinalawak sa elektrikal at magnetic phenomena, ang pag-aaral na kung saan ay aktibong isinagawa noong ika-18 - ika-19 na siglo. Lamang sa 30s taon XIX siglo English physicist M. Faraday para sa electromagnetic na pakikipag-ugnayan ang mga pangunahing probisyon ng alternatibong teorya ng short-range na aksyon ay nabuo: para sa paghahatid ng pakikipag-ugnayan, kinakailangan ang isang "tagapamagitan", isang tiyak na daluyan na nagpapadala ng mga pakikipag-ugnayan na ito; ang mga pakikipag-ugnayan mismo ay hindi maaaring maipadala kaagad, ito ay kinakailangan tiyak na oras upang ang pagbabago sa posisyon ng isa sa mga katawan ay "naramdaman" ng iba pang nakikipag-ugnayan na mga katawan. Sa simula ng ika-20 siglo, ang German physicist na si A. Einstein ay nagtayo ng isang bagong teorya ng gravity - ang pangkalahatang teorya ng relativity. Sa loob ng balangkas ng teoryang ito, ang mga pakikipag-ugnayan ng gravitational ay ipinaliwanag tulad ng sumusunod: ang bawat katawan na may masa ay nagbabago ng mga katangian ng espasyo-oras sa paligid nito (lumilikha ng isang gravitational field), habang ang ibang mga katawan ay gumagalaw sa nabagong espasyo-oras (sa isang gravitational field) , na humahantong sa paglitaw ng mga nakikitang pwersa, acceleration, atbp. Mula sa puntong ito ng view, ang expression na "nasa isang gravitational field" ay katumbas ng expression na "gravitational forces act."
Tatalakayin natin ang mga isyung ito mamaya sa pag-aaral ng electromagnetic field.
Ang pinaka-kapansin-pansin na bagay tungkol sa phenomenon ng gravity ay ang gravitational forces ay proporsyonal sa masa ng mga katawan. Sa katunayan, mas maaga ay pinag-usapan natin ang masa bilang isang sukatan ng pagkawalang-kilos ng isang katawan. Ito ay lumabas na ang masa ay tumutukoy din sa isang panimula na naiibang pag-aari ng mga materyal na katawan - ito ay isang sukatan ng kakayahang lumahok sa mga pakikipag-ugnayan ng gravitational. Samakatuwid, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa dalawang masa - inertial at gravitational. Ang batas ng grabidad ay nagsasaad na ang mga masa na ito ay proporsyonal sa bawat isa. Ang paninindigan na ito ay nakumpirma nang mahabang panahon. kilalang katotohanan: lahat ng katawan ay nahuhulog sa lupa na may parehong acceleration. Ang proporsyonalidad ng gravitational at inertial na masa ay eksperimento na nakumpirma na may mataas na katumpakan sa mga gawa ng Hungarian physicist na si Lorand Eötvös. Kasunod nito, ang proporsyonalidad ng inertial at gravitational mass ang naging batayan bagong teorya grabitasyon - A. pangkalahatang teorya ng relativity ni Einstein.
Sa konklusyon, tandaan namin na ang batas ng unibersal na grabitasyon ay maaaring kunin bilang batayan para sa pagtukoy ng yunit ng masa (siyempre, gravitational). Halimbawa: dalawang puntong katawan ng isang solong gravitational mass na isang metro ang layo ay umaakit sa isa't isa na may puwersa ng isa H.
Gawain para sa pansariling gawain : tukuyin ang mga masa ng dalawang puntong katawan na nasa layo 1.0 m mula sa isa't isa at nakikipag-ugnayan sa puwersa 1.0 N.
Para sa mga puwersa ng gravitational, ang prinsipyo ng superposisyon ay wasto: ang puwersa na kumikilos sa isang puntong katawan mula sa ilang iba pang mga katawan ay katumbas ng kabuuan ng mga puwersang kumikilos mula sa bawat katawan. Ang pahayag na ito ay isa ring paglalahat ng pang-eksperimentong data at pangunahing ari-arian pakikipag-ugnayan ng gravitational.
Tingnan natin ang prinsipyo ng superposisyon mula sa isang matematikal na pananaw: ayon sa batas ng unibersal na grabitasyon, ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ay proporsyonal sa masa ng mga katawan na ito. Kung ang pag-asa sa masa ay hindi linear, kung gayon ang prinsipyo ng superposisyon ay hindi gagana. Sa katunayan, hayaan ang masa ng katawan m o nakikipag-ugnayan sa dalawang puntong katawan na may masa m 1 at m2. Ilagay natin sa isip ang mga katawan m 1 at m2 sa isang punto (pagkatapos ay maaari silang ituring bilang isang katawan). Sa kasong ito, ang puwersa na kumikilos sa katawan m o, ay katumbas ng:
kinakatawan bilang isang kabuuan ng mga puwersang kumikilos mula sa dalawang katawan − m 1 at m2.
Sa kaso ng isang nonlinear na relasyon sa pagitan ng puwersa at masa, ang prinsipyo ng superposisyon ay magiging hindi patas.
Ang batas ng unibersal na grabitasyon para sa mga katawan ng punto at ang prinsipyo ng superposisyon ay ginagawang posible, sa prinsipyo, upang kalkulahin ang mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan ng may hangganang sukat (Larawan 113). 
kanin. 113
Upang gawin ito, kinakailangan na hatiin ng isip ang bawat isa sa mga katawan sa maliliit na seksyon, na ang bawat isa ay maaaring ituring bilang isang materyal na punto. Pagkatapos ay kalkulahin ang dobleng kabuuan ng mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng lahat ng pares ng mga puntos. AT pangkalahatang kaso ang pagkalkula ng naturang kabuuan ay isang kumplikadong problema sa matematika.
Binibigyang-diin namin na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan ng may hangganang sukat ay kinakalkula lamang sa pamamagitan ng paraan ng paghahati ng mga katawan at kasunod na pagbubuod. Ang pahayag na ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga katawan ay maaaring kalkulahin bilang ang puwersa ng pakikipag-ugnayan na katumbas ng puwersa ng pakikipag-ugnayan ng mga puntong katawan na matatagpuan sa mga sentro ng masa ay mali. Upang patunayan ang assertion na ito, isaalang-alang ang isang simpleng halimbawa.
Hayaan ang isa sa mga nakikipag-ugnayang katawan na ituring na isang materyal na punto ng masa m o, at ang pangalawang katawan ay maaaring katawanin bilang dalawang materyal na punto pantay na masa m matatagpuan sa isang nakapirming distansya a mula sa isa't isa (Larawan 114). 
kanin. 114
Ang lahat ng mga materyal na punto ay matatagpuan sa isang tuwid na linya, tinutukoy namin ang distansya mula sa unang katawan hanggang sa gitna ng pangalawa r. puwersa ng pang-akit na kumikilos sa isang katawan m o, ay katumbas ng: 
Kung, gayunpaman, ikinonekta namin ang mga materyal na punto na bumubuo sa pangalawang katawan sa isang masa 2m, na matatagpuan sa gitna ng katawan, kung gayon ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ay magiging katumbas ng: 
na naiiba sa pagpapahayag (3). Kapag lang r >> a expression (3) napupunta sa formula (2). Tandaan na sa kasong ito ang pangalawang katawan ay dapat isaalang-alang bilang isang materyal na punto.
Panimula
1. Isang maliit na digression sa pagbuo ng teorya ng grabidad
2. Sa likas na katangian ng gravitational forces
3. Mga tampok ng pakikipag-ugnayan ng gravitational
Konklusyon
Bibliograpiya
Apendise
Panimula
Sinasabi ng isa sa mga axiom ng modernong agham na ang anumang materyal na bagay sa Uniberso ay magkakaugnay ng mga puwersa ng unibersal na grabitasyon. Salamat sa mga puwersang ito, nabuo at umiiral ang mga celestial body - mga planeta, bituin, kalawakan at ang Metagalaxy sa kabuuan. Ang hugis at istraktura ng mga katawan na ito at mga sistemang materyal, pati na rin ang kamag-anak na paggalaw at pakikipag-ugnayan ay tinutukoy ng dinamikong balanse sa pagitan ng mga puwersa ng kanilang gravity at ng mga puwersa ng pagkawalang-galaw ng masa.
Sa buong buhay niya, nararamdaman ng isang tao ang gravity ng kanyang katawan at ang mga bagay na kailangan niyang buhatin. Gayunpaman, isang siglo at kalahating mas maaga kaysa sa Newton at Hooke, ang sikat na Polish siyentipikong si Nikolai Sumulat si Copernicus tungkol sa grabidad: “Ang kabigatan ay walang iba likas na pagnanasa, na ipinagkaloob ng ama ng uniberso sa lahat ng mga particle, ibig sabihin, upang magkaisa sa isang karaniwang kabuuan, na bumubuo ng mga katawan ng isang spherical na hugis. Ang ibang mga iskolar ay nagpahayag ng katulad na mga kaisipan. Ang mga pormula ng batas ng grabidad na natagpuan nina Newton at Hooke ay naging posible upang makalkula ang mga orbit ng mga planeta na may mahusay na katumpakan at lumikha ng unang modelo ng matematika ng Uniberso. Ang tanong kung ang mundo sa paligid natin ay umiiral nang mag-isa o ito ba ay isang produkto ng aktibidad ng pag-iisip (pag-aari ng ilang mas mataas na nilalang o bawat partikular na indibidwal) ay ang esensya ng pangunahing tanong ng pilosopiya, na klasikal na binuo bilang isang dilemma tungkol sa primacy ng bagay o kamalayan. Ang mga likas na bagay sa paligid natin ay panloob na istraktura, ibig sabihin. sa turn, sila mismo ay binubuo ng iba pang mga bagay (ang mansanas ay binubuo ng mga selula ng tissue ng halaman, na binubuo ng mga molekula na mga kumbinasyon ng mga atomo, atbp.). Kasabay nito, natural na lumilitaw ang mga antas ng organisasyon ng bagay na may iba't ibang kumplikado: kosmiko, planetary, geological, biological, kemikal, at pisikal.
Kung ang pamamahagi ng lahat ng bagay sa uniberso ay nakakaapekto sa daloy o hindi mga pisikal na proseso? Mayroon ba o walang koneksyon sa pagitan ng pakikipag-ugnayan ng gravitational at ang prinsipyo ng kawalan ng katiyakan? Siyempre, may iba pang mga katanungan sa modernong pisika na hindi pa nasasagot.
grabidad mayroong pakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng pagpapalitan ng mga impulses sa pagitan ng multidirectionally moving material system.
Mga tampok ng pakikipag-ugnayan ng gravitational ay mauunawaan sa pamamagitan ng pag-aaral sa dinamika ng pinakamaginhawang gravitating system, ang planetang Earth, batay sa pagkakaisa ng mga batas na tumatakbo sa anumang lugar pisikal na katotohanan. Ngunit kinakailangang pag-aralan ang dynamics ng Earth bilang isang bipolar active (living) system, at hindi isang monolitik, kahit na layered-symmetric, abstract matematikal na modelo. Ang polarity ng gravitational forces ay dahil sa mga sumusunod na salik.
1. Ang pagiging pangkalahatan ng mga puwersa ng grabidad sa kalikasan. Sa pisikal na katotohanan, walang iba pang mga pakikipag-ugnayan, maliban sa mga gravitational.
2. Noong 1936–1937, ang posibilidad ng naturang pamamahagi ng density ay nakuha ni Bullen, ngunit itinuring na hindi katanggap-tanggap.
3. Ang malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng hinulaang pinakamataas na presyon sa gitna ng Earth at ang umiiral na minimum ng gravity - ang tanging dahilan (ayon sa klasikal na pisika) mataas na presyon.
4. Ang labis sa totoong equatorial bulge ng planeta (70 m) at pagkakaiba sa pagitan ng normal na gravity gradient, na nauugnay sa pagkakaiba sa pagitan ng equatorial at polar radii, ay maaaring magsilbi bilang mga indicator ng decompression ng mga panloob na shell.
5. Sa ngayon, walang nakahalang alon dumaan sa inner core.
6. Mga pagtatantya na kilala ng mga geophysicist pisikal na kalagayan ang sangkap ng core ayon sa mga kalkulasyon ng sandali ng pagkawalang-galaw ng guwang at solidong mga modelo ng planeta, at ang paghahambing nito sa data ng pagsusuri ng dinamika ng sistema ng Earth-Moon ay hindi ginawa nang tama.
Kilalang-kilala na ang karamihan ng solar system (mga 99.8%) ay nahuhulog sa nag-iisang bituin nito, ang Araw. Ang kabuuang masa ng mga planeta ay 0.13% lamang ng kabuuan. Ang natitirang mga katawan ng system (comets, planetary satellite, asteroids at meteoritic matter) ay nagkakaloob lamang ng 0.0003% ng masa. Mula sa mga figure sa itaas, sumusunod na ang mga batas ni Kepler para sa paggalaw ng mga planeta sa ating system ay dapat na isagawa nang napakahusay. Isang napaka-kaakit-akit na teorya ng magkasanib na pinagmulan ng araw at mga planeta mula sa isang ulap ng gas, na na-compress sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersa ng gravitational , ay sumasalungat sa naobserbahang hindi pantay na pamamahagi metalikang kuwintas(momentum) sa pagitan ng bituin at mga planeta. Tinatalakay ang mga modelo ng pinagmulan ng mga planeta bilang resulta ng gravitational capture ng Araw ng mga katawan na dumarating mula sa malayong kalawakan, ang mga epektong dulot ng pagsabog ng supernova. Sa karamihan ng mga "scenario" para sa pagbuo ng solar system, ang pagkakaroon ng asteroid belt, sa isang paraan o iba pa, ay nauugnay sa malapit nito sa napakalaking planeta mga sistema.
1. Isang maikling iskursiyon sa pagbuo ng teorya ng grabidad Noong una, pinaniniwalaan na ang Earth ay hindi gumagalaw, at ang paggalaw ng mga celestial body ay tila napakakomplikado. Si Galileo ay isa sa mga unang nagmungkahi na ang ating planeta ay walang pagbubukod at gumagalaw din sa paligid ng Araw. Ang konsepto na ito ay sinalubong ng medyo poot. Nagpasya si Tycho Brahe na huwag makibahagi sa mga talakayan, ngunit gumawa ng direktang pagsukat ng mga coordinate ng mga katawan sa celestial sphere. Nang maglaon, ang data ni Tycho ay dumating kay Kepler, na nakahanap ng isang simpleng paliwanag para sa naobserbahang kumplikadong mga trajectory sa pamamagitan ng pagbabalangkas ng tatlong batas ng paggalaw ng mga planeta (at ng Earth) sa paligid ng Araw: 1. Ang mga planeta ay gumagalaw sa mga elliptical orbit, sa isa sa mga pinagtutuunan nito ay ang Araw.2. Ang bilis ng planeta ay nagbabago sa paraang ang mga lugar na natangay ng radius vector nito para sa pantay na pagitan pantay ang oras.3. Ang mga orbital na panahon ng mga planeta sa parehong solar system at malalaking axle shaft ang kanilang mga orbit ay nauugnay sa relasyon: Ang kumplikadong paggalaw ng mga planeta sa "celestial sphere" na naobserbahan mula sa Earth, ayon kay Kepler, ay lumitaw bilang resulta ng pagdaragdag ng mga planeta na ito sa mga elliptical orbit kasama ang paggalaw ng nagmamasid, na , kasama ang Lupa, paggalaw ng orbit sa paligid ng araw at araw-araw na pag-ikot sa paligid ng axis ng planeta. Direktang ebidensya araw-araw na pag-ikot Ang Earth ay isang eksperimento na itinakda ni Foucault, kung saan ang eroplano ng oscillation ng pendulum ay umiikot kaugnay sa ibabaw ng umiikot na Earth. Perpektong inilarawan ng mga batas ni Kepler ang naobserbahang paggalaw ng mga planeta, ngunit hindi inihayag ang mga dahilan na humahantong sa naturang paggalaw (para sa halimbawa, maaaring isaalang-alang na ang dahilan ng paggalaw ng mga katawan sa mga orbit ng Keplerian ay ang kalooban ng ilang nilalang o ang pagnanais ng mga makalangit na katawan mismo para sa pagkakaisa). Ang teorya ng grabitasyon ni Newton ay nagpahiwatig ng sanhi na tumutukoy sa paggalaw ng mga kosmikong katawan ayon sa mga batas ni Kepler, wastong hinulaang at ipinaliwanag ang mga tampok ng kanilang paggalaw sa mas maraming mahirap na mga kaso, naging posible na ilarawan ang maraming phenomena sa isang cosmic at terrestrial scale sa parehong mga termino (ang paggalaw ng mga bituin sa isang galactic cluster at ang pagbagsak ng isang mansanas sa ibabaw ng Earth). Natagpuan ni Newton ang tamang expression para sa gravitational force na nagmumula sa pakikipag-ugnayan ng dalawang puntong katawan (mga katawan na ang mga sukat ay maliit kumpara sa distansya sa pagitan nila), na, kasama ang pangalawang batas, kung ang masa ng planeta ay marami mas kaunting masa bituin, na humantong sa isang differential equation na umaamin ng isang analytical na solusyon. Nang hindi nagsasangkot ng anumang karagdagang pisikal na mga ideya, puro mga pamamaraan sa matematika maipapakita na, sa ilalim ng naaangkop na mga paunang kondisyon, sapat na maliit paunang distansya sa bituin at sa bilis ng planeta) katawan ng kosmiko ay iikot sa isang sarado, matatag na elliptical orbit papasok sa buong kasunduan sa mga batas ni Kepler (sa partikular, ang pangalawang batas ni Kepler ay isang direktang bunga ng batas ng konserbasyon ng angular momentum, na natutupad sa panahon ng mga pakikipag-ugnayan ng gravitational, dahil ang sandali ng puwersa na nauugnay sa isang napakalaking sentro ay palaging sero). Sa isang sapat na mataas na paunang bilis (ang halaga nito ay nakasalalay sa masa ng bituin at inisyal na posisyon) gumagalaw ang cosmic body sa isang hyperbolic trajectory, sa kalaunan ay lumalayo mula sa bituin patungo sa isang walang katapusang distansya. Isang mahalagang pag-aari ng batas ng grabidad ay upang i-save ito anyong matematikal sa kaso ng gravitational interaction ng mga non-point body sa kaso ng isang spherically simetriko na pamamahagi ng kanilang mga masa sa ibabaw ng volume. Sa kasong ito, ang distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga katawan na ito ay gumaganap ng isang papel. 2. Sa likas na katangian ng gravitational forces Ang batas ng unibersal na grabitasyon na binuo ni Newton ay kabilang sa mga pangunahing batas ng klasikal na natural na agham. Ang kahinaan ng pamamaraan ng konsepto ni Newton ay ang kanyang pagtanggi na talakayin ang mga mekanismo na humahantong sa paglitaw ng mga puwersa ng gravitational ("Hindi ako nag-imbento ng mga hypotheses"). Pagkatapos ng Newton, paulit-ulit na ginawa ang mga pagtatangka upang lumikha ng teorya ng gravity. Ang karamihan sa mga diskarte ay nauugnay sa tinatawag na hydrodynamic na mga modelo ng gravity, sinusubukang ipaliwanag ang paglitaw ng mga puwersa ng gravitational sa pamamagitan ng mekanikal na pakikipag-ugnayan ng malalaking katawan na may intermediate substance, kung saan ang isa o ibang pangalan ay iniuugnay: "ether", "graviton flow", "vacuum", atbp. Ang pagkahumaling sa pagitan ng mga katawan ay nagmumula bilang isang resulta ng rarefaction ng Medium, na nangyayari alinman kapag ito ay hinihigop ng malalaking katawan, o kapag sinusuri nila ang mga daloy nito. Ang lahat ng mga teoryang ito ay may isang makabuluhang disbentaha sa karaniwan: ang wastong paghula sa pag-asa ng puwersa sa distansya, hindi maiiwasang humantong sila sa isa pang hindi mapapansing epekto: pagbabawas ng bilis ng mga katawan na gumagalaw na may kaugnayan sa ipinakilalang sangkap. bagong hakbang sa pagbuo ng konsepto ng gravitational interaction ay ginawa ni A. Einstein, na lumikha ng pangkalahatang teorya ng relativity.
Newton: "Ang grabitasyon patungo sa Araw ay binubuo ng grabitasyon patungo sa mga indibidwal na particle nito at, habang lumalayo ito sa Araw, eksaktong bumababa sa proporsyon sa mga parisukat ng mga distansya kahit sa orbit ng Saturn, na sumusunod mula sa iba. ng aphelia ng mga planeta at maging sa sukdulang aphelia ng mga kometa, kung ang mga aphelia lamang na ito ay nagpapahinga" . Ang tampok na ito ng pakikipag-ugnayan ng gravitational, na inilalapat sa mga kondisyon sa loob ng katawan, ay humahantong sa isang pagbaba ng pag-asa ng puwersa ng gravitational na may pagbaba ng distansya mula sa gitna ng katawan.
Gravity (unibersal na grabitasyon, grabitasyon)(mula sa lat. gravitas - "gravity") - isang mahabang hanay na pangunahing pakikipag-ugnayan sa kalikasan, kung saan napapailalim ang lahat ng materyal na katawan. Ayon sa modernong data, ito ay isang unibersal na pakikipag-ugnayan sa kahulugan na, hindi tulad ng anumang iba pang pwersa, nagbibigay ito ng parehong acceleration sa lahat ng mga katawan nang walang pagbubukod, anuman ang kanilang masa. Pangunahin ang gravity ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa isang cosmic scale. Termino grabidad ginamit din bilang pangalan ng isang sangay ng pisika na nag-aaral ng gravitational interaction. Ang pinakamatagumpay na moderno teoryang pisikal sa klasikal na pisika, na naglalarawan ng gravity, ay ang pangkalahatang teorya ng relativity, ang quantum theory ng gravitational interaction ay hindi pa nabubuo.
Pakikipag-ugnayan ng gravitational
Ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay isa sa apat pangunahing pakikipag-ugnayan sa ating mundo. Sa loob ng klasikal na mekanika, ang pakikipag-ugnayan ng gravitational ay inilalarawan ng batas ng grabidad Newton na nagsasabi ng puwersang iyon gravity attraction sa pagitan ng dalawa materyal na puntos masa m 1 at m 2 pinaghihiwalay ng distansya R, ay proporsyonal sa parehong masa at inversely proporsyonal sa parisukat ng distansya - i.e.
.Dito G- gravitational constant, katumbas ng humigit-kumulang 
m³/(kg s²). Ang minus sign ay nangangahulugan na ang puwersa na kumikilos sa katawan ay palaging pantay sa direksyon sa radius vector na nakadirekta sa katawan, iyon ay, ang gravitational interaction ay palaging humahantong sa pagkahumaling ng anumang mga katawan.
Ang batas ng unibersal na grabitasyon ay isa sa mga aplikasyon ng kabaligtaran na parisukat na batas, na nakatagpo din sa pag-aaral ng radiation (tingnan, halimbawa, Light Pressure), at kung saan ay direktang bunga ng quadratic na pagtaas sa lugar ng ang globo na may pagtaas ng radius, na humahantong sa isang parisukat na pagbaba sa kontribusyon ng anumang unit area sa lugar ng buong globo.
Ang pinakasimpleng gawain ng celestial mechanics ay ang gravitational interaction ng dalawang katawan sa walang laman na espasyo. Ang problemang ito ay nalutas nang analytical hanggang sa wakas; ang resulta ng solusyon nito ay madalas na nakabalangkas sa tatlo Mga batas ni Kepler.
Habang dumarami ang mga nakikipag-ugnayang katawan, nagiging mas kumplikado ang problema. Kaya, ang sikat na tatlong-katawan na problema (iyon ay, ang kilusan tatlong katawan na may hindi sero na masa) ay hindi malulutas sa analitikal na paraan pangkalahatang pananaw. Sa pamamagitan ng isang numerical na solusyon, ang kawalang-tatag ng mga solusyon na may paggalang sa mga paunang kundisyon ay mabilis na pumapasok. Kapag inilapat sa solar system, ginagawang imposible ng kawalang-tatag na ito na mahulaan ang paggalaw ng mga planeta sa mga kaliskis na higit sa isang daang milyong taon.
Sa ilang mga espesyal na kaso, posibleng makahanap ng tinatayang solusyon. Ang pinakamahalaga ay ang kaso kapag ang masa ng isang katawan ay malaki mas masa ibang mga katawan (mga halimbawa: solar system at ang dinamika ng mga singsing ni Saturn). Sa kasong ito, sa unang pagtatantya, maaari nating ipagpalagay na ang mga light body ay hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa at gumagalaw sa mga tilapon ng Keplerian sa paligid ng isang napakalaking katawan. Maaaring isaalang-alang ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga ito sa balangkas ng teorya ng perturbation, at naa-average sa paglipas ng panahon. Sa kasong ito, maaaring lumitaw ang mga non-trivial phenomena, tulad ng mga resonance, attractor, randomness, atbp. halimbawa ng paglalarawan tulad phenomena - non-trivial na istraktura ng mga singsing ng Saturn.
Sa kabila ng mga pagtatangka upang ilarawan ang pag-uugali ng system mula sa isang malaking bilang nakakaakit ng mga katawan na humigit-kumulang sa parehong masa, hindi ito magagawa dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng dynamic na kaguluhan.
Malakas na gravitational field
Sa malakas na mga patlang ng gravitational, kapag gumagalaw kasama relativistic na bilis, ang mga epekto ng pangkalahatang relativity ay nagsisimulang lumitaw:
- paglihis ng batas ng grabidad mula sa Newtonian;
- potensyal na pagkaantala na nauugnay sa finite propagation velocity ng gravitational perturbations; ang hitsura ng gravitational waves;
- di-linear na epekto: mga alon ng gravitational may posibilidad na makipag-ugnayan sa isa't isa, kaya ang prinsipyo ng superposisyon ng mga alon sa malalakas na larangan hindi na gumanap;
- pagbabago sa geometry ng space-time;
- ang paglitaw ng mga itim na butas;
Gravitational radiation
Ang isa sa mga mahahalagang hula ng pangkalahatang relativity ay gravitational radiation, ang pagkakaroon nito ay hindi pa nakumpirma ng mga direktang obserbasyon. Gayunpaman, mayroong hindi direktang katibayan ng pagmamasid na pabor sa pagkakaroon nito, lalo na: ang pagkawala ng enerhiya sa binary system na may PSR B1913+16 pulsar - ang Hulse-Taylor pulsar - ay sumasang-ayon sa modelo kung saan dinadala ang enerhiya na ito. sa pamamagitan ng gravitational radiation.
Ang gravitational radiation ay maaari lamang mabuo ng mga system na may variable quadrupole moments o mas mataas na multipole moments, ang katotohanang ito ay nagmumungkahi na ang gravitational radiation ng karamihan likas na pinagmumulan direksyon, na makabuluhang nagpapalubha sa pagtuklas nito. Lakas ng grabidad l-poly source ay proporsyonal (v / c) 2l + 2 , kung ang multipole ay electric type, at (v / c) 2l + 4 - kung multipole uri ng magnetic, saan v ay ang katangiang bilis ng mga pinagmumulan sa sistemang nag-iilaw, at c ay ang bilis ng liwanag. Kaya, ang nangingibabaw na sandali ay ang quadrupole moment ng electric type, at ang kapangyarihan ng kaukulang radiation ay katumbas ng:
saan Q ij ay ang tensor ng quadrupole moment ng mass distribution ng radiating system. pare-pareho 
Ginagawang posible ng (1/W) na tantyahin ang pagkakasunud-sunod ng magnitude ng kapangyarihan ng radiation.
Mula noong 1969 (mga eksperimento ni Weber (Ingles)) at hanggang sa kasalukuyan (Pebrero 2007), ang mga pagtatangka ay ginawa upang direktang makita ang gravitational radiation. Sa USA, Europe at Japan sa sa sandaling ito mayroong ilang aktibong ground-based detector (GEO 600), pati na rin ang isang proyekto para sa isang space gravitational detector ng Republic of Tatarstan.
Mga banayad na epekto ng gravity
Bilang karagdagan sa mga klasikal na epekto ng gravitational attraction at time dilation, hinuhulaan ng pangkalahatang relativity ang pagkakaroon ng iba pang mga pagpapakita ng gravity, na sa makalupang kalagayan ay napakahina at ang kanilang pagtuklas at pang-eksperimentong pag-verify ay samakatuwid ay napakahirap. Hanggang kamakailan lamang, ang pagtagumpayan sa mga paghihirap na ito ay tila lampas sa mga kakayahan ng mga eksperimento.
Kabilang sa mga ito, sa partikular, maaaring pangalanan ang drag ng mga inertial reference frame (o ang Lense-Thirring effect) at ang gravitomagnetic field. Noong 2005 awtomatikong kagamitan Ang Gravity Probe B ng NASA ay nagsagawa ng isang eksperimento ng hindi pa naganap na katumpakan upang sukatin ang mga epektong ito malapit sa Earth, ngunit ang buong resulta ay hindi pa nai-publish.
quantum theory of gravity
Sa kabila ng higit sa kalahating siglo ng mga pagtatangka, ang gravity ay ang tanging pangunahing pakikipag-ugnayan kung saan ang isang pare-parehong renormalizable quantum theory ay hindi pa nabubuo. Gayunpaman, sa mababang enerhiya, sa diwa ng quantum field theory, ang gravitational interaction ay maaaring katawanin bilang isang palitan ng gravitons - gauge boson na may spin 2.
Mga Pamantayan na Teorya ng Gravity
Dahil sa katotohanan na ang quantum effect ng gravity ay napakaliit kahit na sa ilalim ng pinakamatinding eksperimental at obserbasyonal na mga kondisyon, wala pa ring maaasahang mga obserbasyon sa kanila. Mga teoretikal na pagtatantya ipakita na sa karamihan ng mga kaso ay posibleng paghigpitan klasikong paglalarawan pakikipag-ugnayan ng gravitational.
Mayroong modernong kanonikal teoryang klasiko gravity - ang pangkalahatang teorya ng relativity, at maraming hypotheses at teoryang nagpapadalisay dito iba't ibang antas pag-unlad, nakikipagkumpitensya sa isa't isa (tingnan ang artikulo Mga alternatibong teorya ng grabidad). Ang lahat ng mga teoryang ito ay nagbibigay ng halos kaparehong mga hula sa loob ng pagtatantya kung saan kasalukuyang isinasagawa ang mga eksperimentong pagsusulit. Ang mga sumusunod ay ilan sa mga pangunahing, pinaka mahusay na binuo o mga kilalang teorya grabidad.
- Ang gravity ay hindi isang geometric na field, ngunit isang tunay na physical force field na inilarawan ng isang tensor.
- Dapat isaalang-alang ang gravitational phenomena sa loob ng balangkas ng patag na espasyo ng Minkowski, kung saan ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya-momentum at angular na momentum ay hindi malabo na natutupad. Kung gayon ang paggalaw ng mga katawan sa espasyo ng Minkowski ay katumbas ng paggalaw ng mga katawan na ito sa epektibong espasyo ng Riemannian.
- Sa mga equation ng tensor, upang matukoy ang sukatan, dapat isaalang-alang ng isa ang masa ng graviton, at gamitin din ang mga kondisyon ng gauge na nauugnay sa sukatan ng espasyo ng Minkowski. Hindi nito pinapayagan ang pagsira sa gravitational field kahit na lokal sa pamamagitan ng pagpili ng ilang angkop na frame of reference.
Tulad ng sa pangkalahatang relativity, sa RTG, ang matter ay tumutukoy sa lahat ng anyo ng matter (kabilang ang electromagnetic field), maliban sa gravitational field mismo. Ang mga kahihinatnan ng teorya ng RTG ay ang mga sumusunod: ang mga black hole bilang mga pisikal na bagay na hinulaang sa pangkalahatang relativity ay hindi umiiral; Ang uniberso ay flat, homogenous, isotropic, immobile at Euclidean.
Sa kabilang banda, mayroon man lang nakakumbinsi na mga argumento mga kalaban ng RTG, na bumagsak sa mga sumusunod na probisyon:
Ang isang katulad na bagay ay nangyayari sa RTG, kung saan ang pangalawang tensor equation ay ipinakilala upang isaalang-alang ang koneksyon sa pagitan ng non-Euclidean space at ng Minkowski space. Dahil sa pagkakaroon ng walang sukat na angkop na parameter sa teorya ng Jordan-Brans-Dicke, nagiging posible na piliin ito upang ang mga resulta ng teorya ay tumutugma sa mga resulta ng mga eksperimento sa gravitational.
| Mga teorya ng grabidad | ||||||||
|
Mga mapagkukunan at tala
Panitikan
- Vizgin V.P. Relativistic theory of gravity (pinagmulan at pagbuo, 1900-1915). M.: Nauka, 1981. - 352c.
- Vizgin V.P. Pinag-isang mga teorya sa 1st third ng ikadalawampu siglo. M.: Nauka, 1985. - 304c.
- Ivanenko D. D., Sardanashvili G. A. Gravity, 3rd ed. M.: URSS, 2008. - 200p.
Tingnan din
- gravimeter
Mga link
- Ang batas ng unibersal na grabitasyon o "Bakit hindi nahuhulog ang buwan sa Earth?" - Tungkol lang sa complex
| Mga pangunahing subseksiyon sa pisika | |
|---|---|
| Pang-eksperimentong pisika Teoretikal na pisika | |
| Agrophysics Acoustics Astrophysics Atomic, molecular at optical physics Biophysics Geophysics Dynamics (Hydrodynamics Thermodynamics) Mathematical physics medikal na pisika Metaphysics Mechanics (Classical mechanics na Quantum mechanics) Statistical mechanics) Naive physics Neurophysics Statics (Hydrostatics) Theory quantum field Relativity (special theory General theory) Atmospheric physics Fisika ng condensed matter Physics ng lupa. | |
6.7 Potensyal na enerhiya ng gravity attraction.
Ang lahat ng mga katawan na may masa ay naaakit sa isa't isa na may puwersa na sumusunod sa batas ng unibersal na grabitasyon ni I. Newton. Samakatuwid, ang pag-akit sa mga katawan ay may enerhiya sa pakikipag-ugnayan.
Ipapakita namin na ang gawain ng mga puwersa ng gravitational ay hindi nakasalalay sa hugis ng tilapon, iyon ay, ang mga puwersa ng gravitational ay potensyal din. Upang gawin ito, isaalang-alang ang paggalaw ng isang maliit na katawan na may masa m nakikipag-ugnayan sa isa pang napakalaking katawan ng masa M, na ipagpalagay nating maayos (Larawan 90). Tulad ng sumusunod mula sa batas ni Newton, ang puwersang \(~\vec F\) na kumikilos sa pagitan ng mga katawan ay nakadirekta sa linyang nagkokonekta sa mga katawan na ito. Samakatuwid, kapag gumagalaw ang katawan m kasama ang isang arko ng isang bilog na nakasentro sa punto kung saan matatagpuan ang katawan M, ang gawain ng gravitational force ay zero, dahil ang puwersa at displacement vectors ay nananatiling magkaparehong patayo sa lahat ng oras. Kapag gumagalaw kasama ang isang segment na nakadirekta sa gitna ng katawan M, ang displacement at force vectors ay parallel, samakatuwid, sa kasong ito, kapag ang mga katawan ay lumalapit sa isa't isa, ang gawain ng gravitational force ay positibo, at kapag ang mga katawan ay lumayo, ito ay negatibo. Dagdag pa, tandaan namin na sa panahon ng radial motion, ang gawain ng kaakit-akit na puwersa ay nakasalalay lamang sa paunang at panghuling distansya sa pagitan ng mga katawan. Kaya kapag gumagalaw kasama ang mga segment (tingnan ang Fig. 91) DE at D 1 E 1 perpektong mga gawa ay pantay, dahil ang mga batas ng pagbabago ng mga puwersa mula sa distansya sa parehong mga segment ay pareho. Sa wakas, isang arbitrary na tilapon ng katawan m maaaring hatiin sa isang hanay ng mga seksyon ng arko at radial (halimbawa, isang putol na linya ABCDE). Kapag gumagalaw kasama ang mga arko, ang gawain ay katumbas ng zero, kapag gumagalaw sa mga radial na segment, ang trabaho ay hindi nakasalalay sa posisyon ng segment na ito - samakatuwid, ang gawain ng gravitational force ay nakasalalay lamang sa paunang at panghuling distansya sa pagitan ng mga katawan, na kailangang patunayan.
Tandaan na sa pagpapatunay ng potensyal, ginamit lamang namin ang katotohanan na ang mga puwersa ng gravitational ay nasa gitna, iyon ay, nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa mga katawan, at hindi binanggit. kongkretong anyo puwersa laban sa distansya. Kaya naman, lahat ng sentral na pwersa ay potensyal.
Napatunayan namin ang potensyal ng puwersa ng pakikipag-ugnayan ng gravitational sa pagitan ng dalawang puntong katawan. Ngunit para sa mga pakikipag-ugnayan ng gravitational, ang prinsipyo ng superposition ay wasto - ang puwersa na kumikilos sa katawan mula sa gilid ng isang sistema ng mga point body ay katumbas ng kabuuan ng mga puwersa ng mga pakikipag-ugnayan ng pares, na ang bawat isa ay potensyal, samakatuwid, ang kanilang kabuuan ay potensyal din. Sa katunayan, kung ang gawain ng bawat puwersa ng pakikipag-ugnayan ng pares ay hindi nakasalalay sa tilapon, kung gayon ang kanilang kabuuan ay hindi rin nakasalalay sa hugis ng tilapon. kaya, lahat ng puwersa ng gravitational ay potensyal.
Ito ay nananatili para sa amin upang makakuha ng isang kongkretong pagpapahayag para sa potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng gravitational.
Upang kalkulahin ang gawain ng kaakit-akit na puwersa sa pagitan ng dalawang puntong katawan, sapat na upang kalkulahin ang gawaing ito kapag gumagalaw kasama ang isang bahagi ng radial na may pagbabago sa distansya mula sa r 1 hanggang r 2 (Larawan 92).
Sa susunod na gagamitin natin graphic na pamamaraan, kung saan binubuo namin ang pag-asa ng puwersa ng pagkahumaling \(~F = G \frac(mM)(r^2)\) sa layo r sa pagitan ng mga katawan, kung gayon ang lugar sa ilalim ng graph ng pagtitiwala na ito sa loob ng ipinahiwatig na mga limitasyon ay magiging katumbas ng nais na gawain (Larawan 93). Ang pagkalkula ng lugar na ito ay hindi masyadong mahirap na pagsubok, na nangangailangan, gayunpaman, ng ilang kaalaman at kasanayan sa matematika. Nang hindi pumunta sa mga detalye ng pagkalkula na ito, ipinapakita namin huling resulta, para sa isang partikular na pag-asa ng puwersa sa distansya, ang lugar sa ilalim ng graph, o ang gawain ng kaakit-akit na puwersa ay tinutukoy ng formula
\(~A_(12) = GmM \left(\frac(1)(r_2) - \frac(1)(r_1) \right)\) .
Dahil napatunayan natin na ang mga puwersa ng gravitational ay potensyal, ang gawaing ito ay katumbas ng pagbaba ng potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan, iyon ay
\(~A_(12) = GmM \left(\frac(1)(r_2) - \frac(1)(r_1) \right) = -\Delta U = -(U_2 - U_1)\) .
Mula sa expression na ito, matutukoy ng isa ang expression para sa potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng gravitational
\(~U(r) = - G \frac(mM)(r)\) . (isa)
Sa kahulugang ito, negatibo ang potensyal na enerhiya at may posibilidad na maging zero sa isang walang katapusang distansya sa pagitan ng mga katawan \(~U(\infty) = 0\) . Tinutukoy ng Formula (1) ang gawaing gagawin ng puwersa ng gravitational attraction sa pagtaas ng distansya mula sa r hanggang sa kawalang-hanggan, dahil sa gayong paggalaw ang mga vectors ng puwersa at pag-aalis ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon, kung gayon ang gawaing ito ay negatibo. Sa magkasalungat na kilusan, kapag ang mga katawan ay lumalapit mula sa isang walang katapusang distansya patungo sa isang distansya, ang gawain ng kaakit-akit na puwersa ay magiging positibo. Ang gawaing ito ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng kahulugan ng potensyal na enerhiya \(~A_(\infty \to r)U(r) = - (U(\infty)- U(r)) = G \frac(mM)(r) \) .
Binibigyang-diin namin na ang potensyal na enerhiya ay isang katangian ng pakikipag-ugnayan ng hindi bababa sa dalawang katawan. Imposibleng sabihin na ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan ay "pag-aari" sa isa sa mga katawan, o kung paano "hatiin ang enerhiya na ito sa pagitan ng mga katawan." Samakatuwid, kapag pinag-uusapan natin ang pagbabago sa potensyal na enerhiya, ang ibig sabihin ay pagbabago sa enerhiya ng isang sistema ng mga nakikipag-ugnayang katawan. Gayunpaman, sa ilang mga kaso ay pinahihintulutan pa ring magsalita ng pagbabago sa potensyal na enerhiya ng isang katawan. Kaya, kapag inilalarawan ang paggalaw ng isang maliit, kumpara sa Earth, katawan sa gravity field ng Earth, pinag-uusapan natin ang puwersa na kumikilos sa katawan mula sa Earth, bilang panuntunan, nang hindi binabanggit at hindi isinasaalang-alang ang pantay na puwersa na kumikilos. mula sa katawan sa Earth. Ang katotohanan ay na sa napakalaking masa ng Earth, ang pagbabago sa bilis nito ay napakaliit. Samakatuwid, ang pagbabago sa potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ay humahantong sa isang kapansin-pansing pagbabago kinetic energy katawan at isang napakaliit na pagbabago sa kinetic energy ng Earth. Sa ganoong sitwasyon, pinahihintulutang magsalita tungkol sa potensyal na enerhiya ng katawan malapit sa ibabaw ng Earth, iyon ay, upang "i-attribute" ang buong enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng gravitational. maliit na katawan. Sa pangkalahatang kaso, masasabi ng isa ang potensyal na enerhiya ng isang indibidwal na katawan kung ang iba pang nakikipag-ugnayan na mga katawan ay hindi gumagalaw.
Paulit-ulit naming binibigyang-diin na ang punto kung saan ang potensyal na enerhiya ay ipinapalagay na zero ay pinili nang arbitraryo. AT kasong ito ang gayong punto ay naging walang katapusan malayong punto. Sa isang tiyak na kahulugan, ang hindi pangkaraniwang konklusyon na ito ay maaaring kilalanin bilang makatwiran: sa katunayan, ang pakikipag-ugnayan ay nawawala sa isang walang katapusang distansya - ang potensyal na enerhiya ay nawawala din. Mula sa puntong ito ng pananaw, ang tanda ng potensyal na enerhiya ay mukhang lohikal din. Sa katunayan, upang basagin ang dalawang nakakaakit na katawan panlabas na pwersa dapat gumawa ng positibong gawain, samakatuwid, sa ganoong proseso, ang potensyal na enerhiya ng system ay dapat tumaas: dito ito ay tumataas, tumataas at ... nagiging katumbas ng zero! Kung ang mga nakakaakit na katawan ay nakikipag-ugnay, kung gayon ang puwersa ng pagkahumaling ay hindi makakagawa ng positibong gawain, ngunit kung ang mga katawan ay hiwalay, ang ganoong gawain ay maaaring gawin kapag ang mga katawan ay lumalapit sa isa't isa. Samakatuwid, ito ay madalas na sinasabi na nakakaakit ng mga katawan mayroon negatibong enerhiya, at positibo ang enerhiya ng mga tumatanggi na katawan. Ang pahayag na ito ay totoo lamang kung ang zero na antas ng potensyal na enerhiya ay pinili sa infinity.
Kaya't kung ang dalawang katawan ay konektado sa pamamagitan ng isang spring, pagkatapos ay sa pagtaas ng distansya sa pagitan ng mga katawan, isang kaakit-akit na puwersa ang kikilos sa pagitan nila, gayunpaman, ang enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan ay positibo. Huwag kalimutan na ang zero na antas ng potensyal na enerhiya ay tumutugma sa estado ng isang undeformed spring (at hindi infinity).
