Gravitacijska sila zemlje je g. Gravitacija - kaj je to? Gravitacijska sila. Zemljina gravitacija. Gravitacija, »skrivnostna sila«, ki tudi po štiristo letih raziskav ostaja slabo razumljena ...

Živimo na Zemlji, gibljemo se po njeni površini, kot po robu kakšne skalne pečine, ki se dviga nad breznom brez dna. Na tem robu prepada ostanemo samo zaradi tega, kar nas prizadene gravitacija Zemlja; ne pademo iz zemeljsko površje samo zato, ker imamo, kot pravijo, neko težo. Takoj bi poleteli s te "pečine" in hitro poleteli v vesoljsko brezno, če bi gravitacija našega planeta nenadoma prenehala delovati. Neskončno bi hiteli naokoli v breznu svetovnega prostora, ne da bi poznali ne vrh ne dno.

Gibanje na Zemlji

njegovemu premikanje po Zemlji dolgujemo tudi gravitaciji. Hodimo po Zemlji in nenehno premagujemo odpor te sile, njeno delovanje pa čutimo kot neko težo na nogah. Ta »obremenitev« se še posebej čuti pri vzpenjanju navkreber, ko jo moraš vleči, kot da ti z nog visijo kakšne težke uteži. Nič manj ostro nas prizadene pri spustu z gore in nas prisili, da pospešimo korake. Premagovanje gravitacije pri gibanju okoli Zemlje. Te smeri - "gor" in "dol" - nam pokaže samo gravitacija. Na vseh točkah zemeljske površine je usmerjen skoraj v središče zemlje. Zato bosta pojma "dno" in "vrh" diametralno nasprotna za tako imenovane antipode, to je ljudi, ki živijo na diametralno nasprotnih delih zemeljske površine. Na primer, smer, ki kaže »dol« za tiste, ki živijo v Moskvi, kaže »gor« za prebivalce Tierra del Fuego. Smeri, ki kažejo "dol" za ljudi na polu in na ekvatorju, so prave kote; so pravokotni drug na drugega. Zunaj Zemlje, z oddaljevanjem od nje, se gravitacijska sila zmanjšuje, saj se gravitacijska sila zmanjšuje (privlačna sila Zemlje, tako kot vsakega drugega svetovnega telesa, sega neomejeno daleč v vesolje) in narašča centrifugalna sila, ki zmanjšuje sila gravitacije. Posledično, višje ko dvignemo tovor, na primer v balonu, manj bo ta tovor tehtal.

Zemljina centrifugalna sila

Zaradi dnevne rotacije nastane centrifugalna sila zemlje. Ta sila deluje povsod na zemeljskem površju v smeri, ki je pravokotna na zemeljsko os in stran od nje. Centrifugalna sila majhna v primerjavi z gravitacija. Na ekvatorju doseže največjo vrednost. Toda tukaj je po Newtonovih izračunih centrifugalna sila le 1/289 privlačne sile. Severneje kot ste od ekvatorja, manjša je centrifugalna sila. Na samem polu je nič.
Delovanje centrifugalne sile Zemlje. Na neki višini centrifugalna sila se bo toliko povečala, da bo enaka sili privlačnosti, gravitacijska sila pa bo najprej postala nič, nato pa bo z večanjem oddaljenosti od Zemlje zavzela negativno vrednost in se nenehno povečevala, usmerjena v nasprotni smeri glede na Zemljo.

Gravitacija

Rezultanta sile Zemljine gravitacije in centrifugalne sile se imenuje gravitacija. Sila težnosti na vseh točkah zemeljskega površja bi bila enaka, če bi bila naša popolnoma natančna in pravilna krogla, če bi bila njena masa povsod enako gosta in končno, če ne bi bilo vsakodnevnega vrtenja okoli svoje osi. Ker pa naša Zemlja ni pravilna krogla, ni v vseh svojih delih sestavljena iz kamnin enake gostote in se ves čas vrti, potem posledično sila gravitacije na vsaki točki zemeljske površine je nekoliko drugačna. Torej na vsaki točki zemeljske površine velikost gravitacije je odvisna od velikosti centrifugalne sile, ki zmanjšuje silo privlačnosti, od gostote zemeljskih kamnin in oddaljenosti od središča Zemlje. Večja kot je ta razdalja, manjša je gravitacija. Največji so radiji Zemlje, ki na enem koncu navidezno počivajo ob Zemljinem ekvatorju. Radii, ki se končajo na severu oz Južni pol, – najmanjši. Zato imajo vsa telesa na ekvatorju manjšo gravitacijo (manjšo težo) kot na polu. Znano je, da na polu je gravitacija večja kot na ekvatorju za 1/289. To razliko v gravitaciji istih teles na ekvatorju in na polu lahko ugotovimo s tehtanjem z vzmetnimi tehtnicami. Če stehtamo telesa na tehtnici z utežmi, potem te razlike ne bomo opazili. Tehtnica bo pokazala enako težo tako na polu kot na ekvatorju; uteži, tako kot stehtana telesa, se bodo seveda tudi spremenile v teži.
Vzmetne tehtnice kot način za merjenje gravitacije na ekvatorju in na polu. Predpostavimo, da ladja s tovorom tehta približno 289 tisoč ton v polarnih regijah, blizu pola. Ob prihodu v pristanišča blizu ekvatorja bo ladja s tovorom tehtala le približno 288 tisoč ton. Tako je na ekvatorju ladja izgubila približno tisoč ton teže. Vsa telesa se držijo na zemeljski površini samo zaradi dejstva, da nanje deluje gravitacija. Zjutraj, ko vstanete iz postelje, lahko spustite noge na tla samo zato, ker jih ta sila vleče navzdol.

Gravitacija znotraj Zemlje

Poglejmo, kako se spreminja gravitacija znotraj zemlje. Ko se pomikamo globlje v Zemljo, se gravitacija nenehno povečuje do določene globine. V globini okoli tisoč kilometrov bo imela gravitacija maksimalno (največjo) vrednost in se bo v primerjavi s povprečno vrednostjo na zemeljski površini (9,81 m/s) povečala za približno pet odstotkov. Z nadaljnjim poglabljanjem se bo gravitacijska sila nenehno zmanjševala in bo v središču Zemlje enaka nič.

Predpostavke o rotaciji Zemlje

Naš Zemlja se vrti naredi polni obrat okoli svoje osi v 24 urah. Kot veste, centrifugalna sila narašča sorazmerno s kvadratom kotne hitrosti. Če torej Zemlja pospeši vrtenje okoli svoje osi za 17-krat, se bo centrifugalna sila povečala za 17-krat na kvadrat, to je 289-krat. V normalnih pogojih, kot je navedeno zgoraj, je centrifugalna sila na ekvatorju 1/289 gravitacijske sile. Pri povečanju 17-krat se sila težnosti in centrifugalna sila izenačita. Gravitacijska sila - rezultanta teh dveh sil - bo s tolikšnim povečanjem hitrosti osnega vrtenja Zemlje enaka nič.
Vrednost centrifugalne sile med vrtenjem Zemlje. Ta hitrost vrtenja Zemlje okoli svoje osi se imenuje kritična, saj bi pri takšni hitrosti vrtenja našega planeta vsa telesa na ekvatorju izgubila svojo težo. Dolžina dneva v tem kritičnem primeru bo približno 1 ura 25 minut. Z nadaljnjim pospeševanjem vrtenja Zemlje bodo vsa telesa (predvsem na ekvatorju) najprej izgubila svojo težo, nato pa jih bo centrifugalna sila vrgla v vesolje, Zemljo samo pa bo ta ista sila raztrgala na koščke. Naš sklep bi bil pravilen, če bi bila Zemlja absolutno trdna in s pospeškom svojega rotacijskega gibanja ne bi spremenil svoje oblike, z drugimi besedami, če bi radij zemeljskega ekvatorja ohranil svojo vrednost. Znano pa je, da se bo zaradi pospešenega vrtenja Zemlje morala njena površina nekoliko deformirati: začela se bo stiskati v smeri polov in širiti v smeri ekvatorja; dobivala bo vedno bolj sploščen videz. Dolžina polmera zemeljskega ekvatorja se bo začela povečevati in s tem povečevati centrifugalno silo. Tako bodo telesa na ekvatorju izgubila svojo težo, preden se bo hitrost vrtenja Zemlje povečala za 17-krat, katastrofa z Zemljo pa se bo zgodila, preden bo dan skrajšal svoje trajanje na 1 uro 25 minut. Z drugimi besedami, kritična hitrost vrtenja Zemlje bo nekoliko manjša, največja dolžina dneva pa nekoliko daljša. Zamislite si, da se bo hitrost vrtenja Zemlje zaradi neznanih razlogov približala kritični. Kaj se bo takrat zgodilo s prebivalci zemlje? Prvič, povsod na Zemlji bo dan trajal na primer približno dve do tri ure. Dan in noč se bosta kalejdoskopsko hitro zamenjala. Sonce se bo, kot v planetariju, zelo hitro premikalo po nebu in takoj, ko boste imeli čas, da se zbudite in umijete, bo izginilo za obzorjem in zamenjala ga bo noč. Ljudje ne bodo mogli več natančno krmariti po času. Nihče ne bo vedel, kateri dan v mesecu je ali kateri dan v tednu je. normalno človeško življenje bo neorganizirano. Ura z nihalom se bo upočasnila in nato povsod ustavila. Hodijo, ker nanje deluje gravitacija. Navsezadnje je v našem vsakdanu, ko »sprehajalci« začnejo zaostajati ali hiteti, potrebno njihovo nihalo skrajšati ali podaljšati ali pa na nihalo obesiti kakšno dodatno utež. Telesa na ekvatorju bodo izgubila svojo težo. Pod temi namišljenimi pogoji bo mogoče zlahka dvigovati zelo težka telesa. Ne bo vam težko na ramena postaviti konja, slona ali celo dvigniti cele hiše. Ptice bodo izgubile sposobnost pristajanja. Nad koritom vode kroži jata vrabcev. Glasno čivkajo, vendar se ne morejo spustiti. Prgišče zrn, ki jih vrže, bi v posameznih zrnih viselo nad Zemljo. Nadalje predpostavimo, da se hitrost vrtenja Zemlje vse bolj približuje kritični. Naš planet je močno deformiran in dobiva vse bolj sploščen videz. Primerjajo ga s hitro vrtečim se vrtiljakom in bo kmalu odvrgel svoje prebivalce. Reke bodo takrat prenehale teči. To bodo dolgotrajna močvirja. Ogromne oceanske ladje se bodo s svojim dnom komaj dotaknile vodne gladine, podmornice ne bodo mogli potopiti v morske globine, ribe in morske živali bodo plavale na gladini morij in oceanov, ne bodo se več mogle skrivati ​​v morskih globinah. Mornarji ne bodo mogli več spustiti sidra, ne bodo več upravljali krmil svojih ladij, velike in majhne ladje bodo stale nepremično. Tukaj je še ena namišljena slika. Na postaji stoji potniški železniški vlak. Piščalka je že odjeknila; vlak mora oditi. Voznik je sprejel vse ukrepe v njegovi moči. Gasilec radodarno vrže premog v kurišče. Velike iskre letijo iz dimnika lokomotive. Kolesje se obupno vrti. Toda lokomotiva stoji nepremično. Njegova kolesa se ne dotikajo tirnic in med njimi ni trenja. Prišel bo čas, ko se ljudje ne bodo mogli spustiti na tla; lepili se bodo kot muhe na strop. Naj se hitrost vrtenja Zemlje poveča. Centrifugalna sila po svoji velikosti vse bolj presega silo gravitacije ... Tedaj bodo ljudje, živali, gospodinjski predmeti, hiše, vsi predmeti na Zemlji, njen ves živalski svet vrženi v vesolje. Avstralska celina se bo ločila od Zemlje in obvisela v vesolju kot gromozanski črni oblak. Afrika bo odletela v globine tihega brezna, stran od Zemlje. Vode Indijskega oceana se bodo spremenile v ogromno sferičnih kapljic in poletele tudi v brezmejne daljave. Sredozemsko morje, ki še nima časa, da bi se spremenilo v velikanske kopice kapljic, bo s svojo celotno debelino vode ločeno od dna, po katerem bo mogoče prosto preiti iz Neaplja v Alžirijo. Končno se bo vrtilna hitrost toliko povečala, centrifugalna sila se bo tako povečala, da bo cela Zemlja raztrgana. Vendar se tudi to ne more zgoditi. Hitrost vrtenja Zemlje, kot smo rekli zgoraj, se ne poveča, ampak se celo nekoliko zmanjša - vendar tako malo, da se, kot že vemo, v 50 tisoč letih dolžina dneva poveča le za eno drugo. Z drugimi besedami, Zemlja se zdaj vrti s takšno hitrostjo, ki je potrebna za živali in živali, da lahko več tisočletij uspevajo pod kaloričnimi, oživljajočimi sončnimi žarki. flora našega planeta.

Vrednost trenja

Zdaj pa poglejmo kaj trenje je pomembno in kaj bi se zgodilo, če ga ne bi bilo. Trenje, kot veste, škodljivo vpliva na naša oblačila: najprej se obrabijo rokavi plaščev, najprej pa se obrabijo podplati čevljev, saj so rokavi in ​​podplati najbolj dovzetni za trenje. Toda za trenutek si predstavljajte, da je bila površina našega planeta kot dobro polirana, popolnoma gladka in možnost trenja bi bila izključena. Bi lahko hodili po taki površini? seveda ne. Vsi vedo, da je tudi po ledu in zloščenih tleh zelo težko hoditi in je treba paziti, da ne padeš. Toda površina ledu in poliranih tal ima še vedno nekaj trenja.
Sila trenja na ledu. Če bi na površju Zemlje izginila sila trenja, bi na našem planetu za vedno vladal nepopisen kaos. Če ne bo trenja, bo morje divjalo večno in nevihta se ne bo nikoli polegla. Peščene trombe ne bodo prenehale viseti nad Zemljo, veter pa bo nenehno pihal. Melodični zvoki klavirja, violine in strašnega rjovenja plenilskih živali se bodo mešali in neskončno širili v zraku. Brez trenja se telo, ki bi se začelo premikati, nikoli ne bi ustavilo. Na popolnoma gladki zemeljski površini bi se večno mešala različna telesa in predmeti v najrazličnejših smereh. Svet Zemlje bi bil smešen in tragičen, če ne bi bilo trenja in privlačnosti Zemlje.

Najpomembnejši pojav, ki ga fiziki nenehno preučujejo, je gibanje. Elektromagnetni pojavi, zakoni mehanike, termodinamični in kvantni procesi - vse to je širok spekter fragmentov vesolja, ki ga proučuje fizika. In vsi ti procesi se tako ali drugače spustijo na eno stvar - na.

Vse v vesolju se premika. Gravitacija je običajen pojav za vse ljudi že od otroštva; ta fizični pojav zaznavamo na najgloblji intuitivni ravni in, kot kaže, niti ne potrebujemo študija.

Ampak, žal, vprašanje je, zakaj in kako se vsa telesa privlačijo, še danes ni v celoti razkrit, čeprav je bil raziskan daleč naokoli.

V tem članku si bomo ogledali, kaj je univerzalna privlačnost po Newtonu – klasični teoriji gravitacije. Toda preden preidemo na formule in primere, bomo govorili o bistvu problema privlačnosti in ga opredelili.

Morda je preučevanje gravitacije postalo začetek naravne filozofije (vede o razumevanju bistva stvari), morda je naravna filozofija sprožila vprašanje o bistvu gravitacije, a tako ali drugače je vprašanje gravitacije teles začel zanimati za staro Grčijo.

Gibanje je bilo razumljeno kot bistvo čutne lastnosti telesa, oziroma telo se je premikalo, medtem ko ga je opazovalec videl. Če nekega pojava ne moremo izmeriti, stehtati ali potipati, ali to pomeni, da ta pojav ne obstaja? Seveda to ne pomeni. In ker je Aristotel to razumel, so se začela razmišljanja o bistvu gravitacije.

Kot se je izkazalo danes, po več deset stoletjih, je gravitacija osnova ne le gravitacije in privlačnosti našega planeta, temveč tudi osnova za nastanek vesolja in skoraj vseh obstoječih osnovnih delcev.

Gibalna naloga

Izvedimo miselni eksperiment. Vzemimo noter leva roka majhna žoga. Vzemimo isto na desni. Izpustimo desno žogo in začela bo padati. Leva ostane v roki, še vedno je negibna.

Miselno ustavimo minevanje časa. Desna žogica, ki pada, "visi" v zraku, leva še vedno ostane v roki. Desna žoga je obdarjena z "energijo" gibanja, leva pa ne. Toda kakšna je globoka, pomembna razlika med njima?

Kje, v katerem delu padajoče žoge je zapisano, da se mora premikati? Ima enako maso, enako prostornino. Ima enake atome in se ne razlikujejo od atomov krogle v mirovanju. Žoga ima? Ja, to je pravilen odgovor, ampak kako žoga ve, kaj ima potencialno energijo, kje je zapisana v njej?

Prav to je naloga, ki so si jo zadali Aristotel, Newton in Albert Einstein. In vsi trije briljantni misleci so delno rešili to težavo zase, danes pa obstaja vrsta vprašanj, ki zahtevajo rešitev.

Newtonova gravitacija

Leta 1666 je največji angleški fizik in mehanik I. Newton odkril zakon, s katerim je mogoče kvantitativno izračunati silo, zaradi katere vse snovi v vesolju težijo druga k drugi. Ta pojav imenujemo univerzalna gravitacija. Ko vas vprašajo: "Formulirajte zakon univerzalne gravitacije," bi moral vaš odgovor zveneti takole:

Locirana je sila gravitacijske interakcije, ki prispeva k privlačnosti dveh teles v premem sorazmerju z masami teh teles in v obratnem sorazmerju z razdaljo med njima.

Pomembno! Newtonov zakon privlačnosti uporablja izraz "razdalja". Ta izraz ne smemo razumeti kot razdaljo med površinami teles, temveč kot razdaljo med njihovimi težišči. Na primer, če dve krogli s polmeroma r1 in r2 ležita ena na drugi, potem je razdalja med njunima površinama enaka nič, vendar obstaja privlačna sila. Stvar je v tem, da je razdalja med njunima središčema r1+r2 različna od nič. V kozmičnem merilu to pojasnilo ni pomembno, vendar je za satelit v orbiti ta razdalja enaka višini nad površjem in polmeru našega planeta. Razdalja med Zemljo in Luno se meri tudi kot razdalja med njunima središčema, ne njunima površinama.

Za zakon gravitacije je formula naslednja:

,

• F – sila privlačnosti,
• – maše,
• r – razdalja,
• G – gravitacijska konstanta enaka 6,67·10−11 m³/(kg·s²).

Kaj je teža, če pogledamo le gravitacijsko silo?

Moč je vektorska količina, vendar je v zakonu univerzalne gravitacije tradicionalno zapisan kot skalar. V vektorski sliki bo zakon videti takole:

.

Toda to ne pomeni, da je sila obratno sorazmerna s kubom razdalje med središči. Relacijo je treba dojemati kot enotski vektor, usmerjen od enega središča do drugega:

.

Zakon gravitacijske interakcije

Teža in gravitacija

Ob upoštevanju zakona gravitacije lahko razumemo, da ni presenetljivo, da mi osebno čutimo gravitacijo Sonca veliko šibkeje od Zemljine. Čeprav ima masivno Sonce veliko maso, je zelo daleč od nas. je tudi daleč od Sonca, vendar ga privlači, saj ima veliko maso. Kako najti gravitacijsko silo dveh teles, in sicer kako izračunati gravitacijsko silo Sonca, Zemlje in tebe in mene - s tem vprašanjem se bomo ukvarjali malo kasneje.

Kolikor vemo, je gravitacijska sila:

kjer je m naša masa, g pa pospešek Zemljinega prostega pada (9,81 m/s 2).

Pomembno! Ne obstajata dve, tri ali deset vrst privlačnih sil. Gravitacija je edina sila, ki daje kvantitativne značilnosti privlačnost. Teža (P = mg) in gravitacijska sila sta ista stvar.

Če je m naša masa, M je masa globusa, R je njen polmer, potem je gravitacijska sila, ki deluje na nas, enaka:

Torej, ker je F = mg:

.

Mase m se zmanjšajo, izraz za pospešek prostega pada pa ostane:

Kot vidimo, je pospešek prostega pada res konstantna, saj njegova formula vključuje konstantne količine - polmer, maso Zemlje in gravitacijsko konstanto. Če zamenjamo vrednosti teh konstant, se prepričamo, da je gravitacijski pospešek enak 9,81 m/s 2.

Na različnih zemljepisnih širinah je polmer planeta nekoliko drugačen, saj Zemlja še vedno ni popolna krogla. Zaradi tega je pospešek prostega pada na posameznih točkah na zemeljski obli različen.

Vrnimo se k privlačnosti Zemlje in Sonca. Poskusimo dokazati s primerom, da zemeljska obla privlači tebe in mene močneje kot Sonce.

Za udobje vzemimo maso osebe: m = 100 kg. Nato:

• Razdalja med osebo in globus enak polmeru planeta: R = 6,4∙10 6 m.
• Masa Zemlje je: M ≈ 6∙10 24 kg.
• Masa Sonca je: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
• Razdalja med našim planetom in Soncem (med Soncem in človekom): r=15∙10 10 m.

Gravitacijska privlačnost med človekom in Zemljo:

Ta rezultat je precej očiten iz več preprost izraz za težo (P = mg).

Sila gravitacijske privlačnosti med človekom in Soncem:

Kot lahko vidimo, nas naš planet privlači skoraj 2000-krat močneje.

Kako najti privlačnost med Zemljo in Soncem? Kot sledi:

Zdaj vidimo, da Sonce privlači naš planet več kot milijardo milijardkrat močneje, kot planet privlači vas in mene.

Prva ubežna hitrost

Potem ko je Isaac Newton odkril zakon univerzalne gravitacije, ga je začelo zanimati, kako hitro je treba vreči telo, da bo, ko je premagalo gravitacijsko polje, za vedno zapustilo svet.

Res je, da si ga je predstavljal nekoliko drugače, po njegovem razumevanju to ni bila navpično stoječa raketa, usmerjena v nebo, ampak telo, ki je vodoravno skočilo z vrha gore. To je bila logična ilustracija, ker Na vrhu gore je gravitacijska sila nekoliko manjša.

Torej na vrhu Everesta pospešek prostega pada ne bo običajnih 9,8 m/s 2 , ampak skoraj m/s 2 . Prav zaradi tega je zrak tam tako redek, delci zraka niso več tako vezani na gravitacijo kot tisti, ki so »padli« na površje.

Poskusimo ugotoviti, kakšna je ubežna hitrost.

Prva ubežna hitrost v1 je hitrost, s katero telo zapusti površino Zemlje (ali drugega planeta) in vstopi v krožno orbito.

Poskusimo ugotoviti številčno vrednost te vrednosti za naš planet.

Zapišimo drugi Newtonov zakon za telo, ki se vrti okoli planeta po krožni orbiti:

,

kjer je h višina telesa nad površino, R je polmer Zemlje.

V orbiti je telo podvrženo centrifugalnemu pospešku, torej:

.

Mase se zmanjšajo, dobimo:

,

Ta hitrost imenovana prva ubežna hitrost:

Kot lahko vidite, je hitrost pobega popolnoma neodvisna od telesne mase. Tako bo vsak objekt, pospešen do hitrosti 7,9 km/s, zapustil naš planet in vstopil v njegovo orbito.

Prva ubežna hitrost

Druga ubežna hitrost

Toda tudi če telo pospešimo do prve ubežne hitrosti, ne bomo mogli popolnoma prekiniti njegove gravitacijske povezave z Zemljo. Zato potrebujemo drugo ubežno hitrost. Ko telo doseže to hitrost zapusti gravitacijsko polje planeta in vse možne zaprte orbite.

Pomembno! Pogosto se zmotno verjame, da so morali astronavti, da bi prišli na Luno, doseči drugo ubežno hitrost, saj so se morali najprej »odklopiti« od gravitacijskega polja planeta. To ni tako: par Zemlja-Luna je v gravitacijskem polju Zemlje. Njihovo skupno težišče je znotraj globusa.

Da bi našli to hitrost, zastavimo problem nekoliko drugače. Recimo, da telo poleti iz neskončnosti na planet. Vprašanje: kakšna hitrost bo dosežena na površini ob pristanku (seveda brez upoštevanja atmosfere)? To je ravno hitrost telo bo moralo zapustiti planet.

Zakon univerzalne gravitacije. Fizika 9. razred

Zakon univerzalne gravitacije.

Zaključek

Izvedeli smo, da čeprav je gravitacija glavna sila v vesolju, mnogi razlogi za ta pojav še vedno ostajajo skrivnost. Spoznali smo, kaj je Newtonova sila univerzalne gravitacije, se jo naučili izračunati za različna telesa, preučili pa smo tudi nekaj uporabnih posledic, ki izhajajo iz takega pojava, kot je npr. univerzalni zakon gravitacija.

Po katerem zakonu me boš obesil?
- In vse obesimo po enem zakonu - zakonu univerzalne gravitacije.

Gravitacijski zakon

Pojav gravitacije je zakon univerzalne gravitacije. Dve telesi delujeta drugo na drugo s silo, ki je obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima in premo sorazmerna z zmnožkom njunih mas.

Matematično lahko ta veliki zakon izrazimo s formulo

Gravitacija deluje na velike razdalje v vesolju. Toda Newton je trdil, da se vsi predmeti medsebojno privlačijo. Ali je res, da se katera koli dva predmeta privlačita? Samo predstavljajte si, znano je, da vas Zemlja privlači, ko sedite na stolu. Toda ali ste kdaj pomislili, da se računalnik in miška privlačita? Ali svinčnik in pero, ki ležita na mizi? V tem primeru v formulo nadomestimo maso peresa in maso svinčnika, delimo s kvadratom razdalje med njima ob upoštevanju gravitacijske konstante in dobimo silo njune medsebojne privlačnosti. Vendar se bo izkazalo za tako majhno (zaradi majhnih mas peresa in svinčnika), da ne čutimo njegove prisotnosti. Druga stvar je kdaj govorimo o o Zemlji in stolu ali o Soncu in Zemlji. Mase so znatne, kar pomeni, da lahko že ocenimo učinek sile.

Spomnimo se pospeška prostega pada. To je učinek zakona privlačnosti. Telo pod vplivom sile spreminja hitrost tem počasneje, čim večja je njegova masa. Zaradi tega vsa telesa padajo na Zemljo z enakim pospeškom.

Kaj povzroča to nevidno edinstveno silo? Danes obstoj gravitacijsko polje. Več o naravi gravitacijskega polja lahko izveste v dodatni material teme.

Pomislite, kaj je gravitacija? Od kod je? kaj je Zagotovo ne more biti, da planet pogleda Sonce, vidi, kako daleč je, in izračuna inverzni kvadrat razdalje v skladu s tem zakonom?

Smer gravitacije

Obstajata dve telesi, naj bosta to telesi A in B. Telo A privlači telo B. Sila, s katero deluje telo A, se začne na telo B in je usmerjena proti telesu A. To pomeni, da "vzame" telo B in ga vleče proti sama. Telo B "naredi" isto kot telo A.

Vsako telo privlači Zemlja. Zemlja »vzame« telo in ga vleče proti svojemu središču. Zato bo ta sila vedno usmerjena navpično navzdol in deluje iz težišča telesa, imenujemo jo sila gravitacije.

Glavna stvar, ki si jo morate zapomniti

Nekatere metode geološkega raziskovanja, napovedovanje plimovanja in v zadnjem času izračun gibanja umetni sateliti in medplanetarne postaje. Vnaprejšnji izračun položajev planetov.

Ali lahko sami izvedemo tak poskus in ne ugibamo, ali se planeti in predmeti privlačijo?

Takšna neposredna izkušnja Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - angleški fizik in kemik) uporabo naprave, prikazane na sliki. Ideja je bila, da obesimo palico z dvema kroglicama na zelo tanko kremenčevo nit in jima nato s strani pripeljemo dve veliki svinčeni krogli. Privlačnost kroglic bo rahlo zasukala nit, ker so sile privlačnosti med navadnimi predmeti zelo šibke. S pomočjo takšne naprave je Cavendish lahko neposredno izmeril silo, razdaljo in velikost obeh mas in tako določil gravitacijska konstanta G.

Edinstveno odkritje gravitacijske konstante G, ki označuje gravitacijsko polje v vesolju, je omogočilo določitev mase Zemlje, Sonca in drugih nebesnih teles. Zato je Cavendish svojo izkušnjo poimenoval "tehtanje Zemlje".

Zanimivo je, da imajo različni fizikalni zakoni nekaj skupnih značilnosti. Obrnimo se na zakone električne energije (Coulombova sila). Električne sile so tudi obratno sorazmerne s kvadratom razdalje, vendar med naboji, in nehote se pojavi misel, da je v tem vzorcu skrit globok pomen. Do zdaj si nihče ni mogel predstavljati gravitacije in elektrike kot dveh različne manifestacije ista entiteta.

Sila se tudi tukaj spreminja obratno s kvadratom razdalje, vendar je razlika v velikosti električne in gravitacijske sile presenetljiva. Poskušam namestiti splošne narave gravitacijo in elektriko odkrijemo takšno premoč električnih sil nad silami gravitacije, da je težko verjeti, da imata obe isti izvor. Kako lahko rečeš, da je eden močnejši od drugega? Konec koncev je vse odvisno od tega, kakšna je masa in kakšen je naboj. Ko razpravljate o tem, kako močno deluje gravitacija, nimate pravice reči: "Vzemimo maso takšne in takšne velikosti," ker si jo izberete sami. Če pa vzamemo tisto, kar nam ponuja narava sama (njene lastne številke in mere, ki nimajo nobene zveze z našimi palci, leti, z našimi merami), potem se bomo lahko primerjali. Vzamemo elementarni nabit delec, na primer elektron. Dva elementarni delci, dva elektrona se zaradi električnega naboja odbijata s silo, ki je obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima, zaradi gravitacije pa se spet privlačita s silo, ki je obratno sorazmerna s kvadratom razdalje.

Vprašanje: Kakšno je razmerje med gravitacijsko in električno silo? Gravitacija se nanaša na električni odboj kot ena na število z 42 ničlami. To povzroča najglobljo zmedo. Od kod lahko tako velika številka?

Ljudje iščejo ta ogromen koeficient v drugih naravnih pojavih. Gredo skozi vse sorte velike številke in če potrebujete veliko število, zakaj ne bi vzeli recimo razmerja med premerom vesolja in premerom protona - presenetljivo je tudi to število z 42 ničlami. In tako pravijo: morda je ta koeficient enak razmerju med premerom protona in premerom vesolja? To je zanimiva ideja, a ko se vesolje postopoma širi, se mora spremeniti tudi gravitacijska konstanta. Čeprav ta hipoteza še ni bila ovržena, nimamo nobenega dokaza v njen prid. Nasprotno, nekateri dokazi kažejo, da se gravitacijska konstanta ni spremenila na ta način. Ta ogromna številka še danes ostaja skrivnost.

Einstein je moral spremeniti zakone gravitacije v skladu z načeli relativnosti. Prvo od teh načel pravi, da razdalje x ni mogoče premagati v trenutku, medtem ko po Newtonovi teoriji sile delujejo v trenutku. Einstein je moral spremeniti Newtonove zakone. Te spremembe in pojasnila so zelo majhna. Ena izmed njih je tale: ker ima svetloba energijo, je energija enakovredna masi in se vse mase privlačijo, privlači se tudi svetloba in se mora zato, ko gre mimo Sonca, odkloniti. Tako se dejansko zgodi. Tudi sila težnosti je v Einsteinovi teoriji nekoliko spremenjena. Toda ta zelo majhna sprememba v gravitacijskem zakonu zadostuje le za razlago nekaterih navideznih nepravilnosti v gibanju Merkurja.

Fizikalni pojavi v mikrosvetu so podvrženi drugačnim zakonitostim kot pojavi v svetu v velikem merilu. Postavlja se vprašanje: kako se gravitacija kaže v svetu majhnih meril? Na to bo odgovorila kvantna teorija gravitacije. Ampak kvantna teorija gravitacije še ni. Ljudje še niso bili zelo uspešni pri ustvarjanju teorije gravitacije, ki bi bila popolnoma skladna s kvantnomehanskimi načeli in z načelom negotovosti.

PostScience razkriva znanstvene mite in razlaga pogoste napačne predstave. Naše strokovnjake smo prosili, da spregovorijo o gravitaciji – sili, ki povzroči, da vsi predmeti padejo na Zemljo – in edini temeljni sili, ki neposredno vključuje vse delce, ki jih poznamo.

Okoli nje se bodo večno vrteli umetni sateliti Zemlje

To je res, vendar delno. Odvisno od orbite. V nizkih orbitah sateliti ne krožijo okoli Zemlje večno. To je posledica dejstva, da poleg gravitacije obstajajo tudi drugi dejavniki. Se pravi, če bi recimo imeli samo Zemljo in bi v njeno orbito izstrelili satelit, bi letel zelo dolgo. Ne bo letel večno, saj obstajajo različni moteči dejavniki, ki ga lahko zbijejo iz orbite. Najprej je to zaviranje v ozračju, to je negravitacijski dejavnik. Tako povezava tega mita z gravitacijo ni očitna.

Če satelit kroži na višini do tisoč kilometrov nad Zemljo, bo imelo zaviranje v atmosferi učinek. Na višjih orbitah začnejo delovati drugi gravitacijski dejavniki – privlačnost Lune in drugih planetov. Če je satelit nenadzorovan v orbiti okoli Zemlje, se bo njegova orbita kaotično razvijala v velikih časovnih intervalih zaradi dejstva, da Zemlja ni edino privlačno telo. Nisem prepričan, da bo ta kaotični razvoj nujno vodil do padca satelita na Zemljo - lahko bi odletel ali se premaknil v drugo orbito. Z drugimi besedami, lahko leti večno, vendar ne v isti orbiti.

V vesolju ni gravitacije

To ni res. Včasih se zdi, da ker so astronavti na ISS v breztežnostnem stanju, potem Zemljina gravitacija nanje ne vpliva. To je narobe. Še več, tam je skoraj enako kot na Zemlji.

Pravzaprav je sila gravitacijske privlačnosti med dvema telesoma premo sorazmerna z zmnožkom njunih mas in obratno sorazmerna z razdaljo med njima. Orbitalna višina ISS je približno 10 % večja od polmera Zemlje. Zato je sila privlačnosti tam le nekoliko manjša. Astronavti pa doživijo stanje breztežnosti, saj se zdi, da ves čas padajo na Zemljo, a zgrešijo.

Lahko si predstavljate takšno sliko. Zgradimo stolp visok 400 kilometrov (ne glede na to, da zdaj ni takšnih materialov za izdelavo). Na vrh postavimo stol in se usedimo nanj. ISS leti mimo, kar pomeni, da smo zelo, zelo blizu. Sedimo na stolu in »tehtamo« (čeprav smo v primerjavi s svojo težo na površju Zemlje lažji, vendar moramo obleči vesoljski kombinezon, tako da to nadomesti našo »izgubo teže«), na ISS pa astronavti lebdijo v breztežnosti. Vendar smo v istem gravitacijskem potencialu.

Sodobne teorije gravitacije so geometrijske. To pomeni, da masivna telesa izkrivljajo prostor-čas okoli sebe. Bližje kot smo gravitirajočemu telesu, večja je distorzija. Kako se premikate po ukrivljenem prostoru, ni več tako pomembno. Ostaja ukrivljen, kar pomeni, da gravitacija ni izginila.

Parada planetov bi lahko "zmanjšala gravitacijo" na Zemlji

To ni res. Planetarne parade so tisti trenutki, ko se vsi planeti postavijo v verigo proti Soncu in se njihove gravitacijske sile aritmetično seštejejo. Seveda se vsi planeti nikoli ne bodo zbrali na eni ravni liniji, a če se omejimo na zahtevo, da se vseh osem planetov zbere v heliocentričnem sektorju z odprtim kotom največ 90°, se včasih zgodijo takšne "velike" parade. - povprečno enkrat na 120 let.

Ali lahko skupni vpliv planetov spremeni gravitacijo na Zemlji? Ljubitelji fizike vedo, da se sila gravitacije spreminja premosorazmerno z maso telesa in obratno sorazmerno s kvadratom razdalje do njega (M/R2). Največji gravitacijski vpliv na Zemljo imata (ni zelo masivna, je pa blizu) in (je zelo masivna). Preprost izračun pokaže, da je naša privlačnost do Venere, tudi ko se ji najbolj približamo, 50-milijonkrat šibkejša od privlačnosti do Zemlje; za Jupiter je to razmerje 30 milijonov. Se pravi, če je vaša teža približno 70 kg, potem vas Venera in Jupiter vlečeta k sebi s silo približno 1 miligrama. Med parado planetov se vlečejo v različne smeri in praktično kompenzirajo vpliv drug drugega.

A to še ni vse. Običajno z gravitacijo Zemlje ne mislimo na silo privlačnosti planeta, temveč na našo težo.

In odvisno je tudi od tega, kako se gibamo. Na primer, astronavte na ISS in tebe in mene Zemlja skoraj enako privlači, vendar imajo tam breztežnost, saj so v stanju prostega pada, mi pa počivamo ob Zemlji. In v odnosu do drugih planetov se vsi obnašamo kot posadka ISS: skupaj z Zemljo prosto »padamo« na vsakega od okoliških planetov. Zato zgoraj omenjenega miligrama niti ne občutimo.

Ampak še vedno je nekaj učinka. Dejstvo je, da smo mi, ki živimo na površju Zemlje, in Zemlja sama, če mislimo na njeno središče, na različnih razdaljah od planetov, ki nas privlačijo. Ta razlika ni večja od velikosti Zemlje, vendar včasih naredi razliko. Zaradi tega se v oceanih pod vplivom privlačnosti Lune in Sonca pojavljajo oseke in oseke. Če pa upoštevamo ljudi in privlačnost planetov, potem je ta plimski učinek neverjetno šibek (desettisočkrat šibkejši od neposredne privlačnosti planetov) in znaša za vsakega od nas manj kot milijoninko grama. - praktično nič.

Vladimir Surdin

Kandidat fizikalnih in matematičnih znanosti, višji raziskovalec na Državnem astronomskem inštitutu poimenovan po. Moskovska državna univerza P. K. Sternberg

Telo, ki se približuje črni luknji, bo raztrgano

To ni res. Ko se približujete, se gravitacija in plimske sile povečajo. Ni pa nujno, da plimske sile postanejo izjemno močne, ko se predmet približa obzorju dogodkov.

Plimne sile so odvisne od mase telesa, ki povzroča plimovanje, razdalje do njega in velikosti predmeta, v katerem nastane plima. Pomembno je, da se razdalja izračuna do središča telesa in ne do površine. Torej so plimske sile na obzorju črne luknje vedno končne.

Velikost črne luknje je neposredno sorazmerna z njeno maso. Torej, če vzamemo nek predmet in ga vržemo v različne črne luknje, bodo plimske sile odvisne le od mase črne luknje. Še več, večja kot je masa, šibkejša je plima na obzorju.

Gravitacijska sila je sila, s katero se telesa določene mase, ki se nahajajo na določeni razdalji drug od drugega, privlačijo.

Angleški znanstvenik Isaac Newton je leta 1867 odkril zakon univerzalne gravitacije. To je eden od temeljni zakoni mehanika. Bistvo tega zakona je naslednje:katera koli dva materialna delca se privlačita s silo, ki je neposredno sorazmerna zmnožku njunih mas in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njima.

Sila gravitacije je prva sila, ki jo človek občuti. To je sila, s katero Zemlja deluje na vsa telesa, ki se nahajajo na njeni površini. In vsak človek čuti to silo kot lastno težo.

Gravitacijski zakon

Obstaja legenda, da je Newton povsem po naključju odkril zakon univerzalne gravitacije, ko se je zvečer sprehajal po vrtu svojih staršev. Ustvarjalni ljudje nenehno iščejo in znanstvena odkritja- to ni trenutni vpogled, ampak plod dolgotrajnega miselnega dela. Sedeč pod jablano je Newton razmišljal o drugi zamisli in nenadoma mu je na glavo padlo jabolko. Newton je razumel, da je jabolko padlo zaradi gravitacijske sile Zemlje. »Toda zakaj Luna ne pade na Zemljo? - pomislil je. "To pomeni, da nanj deluje neka druga sila, ki ga drži v orbiti." Takole je slavni zakon univerzalne gravitacije.

Znanstveniki, ki so pred tem preučevali vrtenje nebesnih teles, so menili, da se nebesna telesa podrejajo nekim povsem drugačnim zakonom. To pomeni, da se je domnevalo, da na površini Zemlje in v vesolju obstajajo popolnoma različni zakoni gravitacije.

Newton je združil te predlagane vrste gravitacije. Z analizo Keplerjevih zakonov, ki opisujejo gibanje planetov, je prišel do zaključka, da med vsemi telesi nastane sila privlačnosti. To pomeni, da tako na jabolko, ki je padlo na vrtu, kot na planete v vesolju delujejo sile, ki se podrejajo istemu zakonu - zakonu univerzalne gravitacije.

Newton je ugotovil, da Keplerjevi zakoni veljajo le, če med planeti obstaja sila privlačnosti. In ta sila je neposredno sorazmerna z masami planetov in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi.

Privlačna sila se izračuna po formuli F=G m 1 m 2 / r 2

m 1 – masa prvega telesa;

m 2– masa drugega telesa;

r – razdalja med telesi;

G – sorazmernostni koeficient, ki se imenuje gravitacijska konstanta oz konstanta univerzalne gravitacije.

Njegovo vrednost so določili eksperimentalno. G= 6,67·10 -11 Nm 2 /kg 2

Če dva materialne točke z maso, enako masi enote, so na razdalji enako ena razdalje, potem se privlačijo s silo, ki je enaka G.

Sile privlačnosti so gravitacijske sile. Imenujejo se tudi gravitacijske sile. Zanje velja zakon univerzalne gravitacije in se pojavljajo povsod, saj imajo vsa telesa maso.

Gravitacija

Gravitacijska sila v bližini Zemljinega površja je sila, s katero vsa telesa privlačijo Zemljo. Pokličejo jo gravitacija. Velja za konstantno, če je oddaljenost telesa od površine Zemlje majhna v primerjavi s polmerom Zemlje.

Ker je gravitacija, ki je gravitacijska sila, odvisna od mase in polmera planeta, potem različni planeti drugače bo. Ker je polmer Lune manjši od polmera Zemlje, je gravitacijska sila na Luni 6-krat manjša kot na Zemlji. Nasprotno, na Jupitru je gravitacijska sila 2,4-krat večja od gravitacijske sile na Zemlji. Toda telesna teža ostaja nespremenjena, ne glede na to, kje se meri.

Mnogi zamenjujejo pomen teže in gravitacije, saj verjamejo, da je gravitacija vedno enaka teži. Ampak to ni res.

Sila, s katero telo pritiska na oporo ali razteza vzmetenje, je teža. Če odstranite oporo ali vzmetenje, bo telo začelo padati s pospeškom prostega pada pod vplivom gravitacije. Sila težnosti je sorazmerna z maso telesa. Izračuna se po formuliF= m g , kje m– telesna teža, g – gravitacijski pospešek.

Telesna teža se lahko spremeni in včasih popolnoma izgine. Predstavljajmo si, da smo v dvigalu v zgornjem nadstropju. Dvigalo je vredno. V tem trenutku sta naša teža P in gravitacijska sila F, s katero nas Zemlja privlači, enaki. Toda takoj, ko se je dvigalo začelo pospešeno premikati navzdol A , teža in gravitacija nista več enaki. Po drugem Newtonovem zakonumg+ P = ma. Р =m g -ma.

Iz formule je razvidno, da se je naša teža zmanjšala, ko smo se premikali navzdol.

V trenutku, ko je dvigalo pospešilo in se začelo premikati brez pospeška, je spet naša teža enako sili gravitacija. In ko je dvigalo začelo upočasnjevati, pospeševanje A postala negativna in teža se je povečala. Nastane preobremenitev.

In če se telo premika navzdol s pospeškom prostega pada, bo teža popolnoma enaka nič.

pri a=g R=mg-ma= mg - mg=0

To je stanje breztežnosti.

Tako brez izjeme vsa materialna telesa v vesolju spoštujejo zakon univerzalne gravitacije. In planeti okoli Sonca ter vsa telesa, ki se nahajajo blizu površja Zemlje.