La gravità terrestre. Cos'è la gravità: definizione e fatti interessanti

La gravità, nota anche come attrazione o gravitazione, è una proprietà universale della materia posseduta da tutti gli oggetti e corpi nell'Universo. L'essenza della gravità è che tutti i corpi materiali attraggono tutti gli altri corpi che li circondano.

La gravità terrestre

Se la gravità è un concetto e una qualità generale posseduti da tutti gli oggetti nell'Universo, allora la gravità è un caso speciale di questo fenomeno globale. La terra attira a sé tutti gli oggetti materiali che si trovano su di essa. Grazie a ciò, le persone e gli animali possono muoversi in sicurezza sulla terra, i fiumi, i mari e gli oceani possono rimanere entro le loro coste e l'aria non può volare attraverso le vaste distese dello spazio, ma formare l'atmosfera del nostro pianeta.

Sorge una domanda giusta: se tutti gli oggetti hanno gravità, perché la Terra attira a sé persone e animali e non viceversa? Innanzitutto attiriamo a noi anche la Terra, solo che, rispetto alla sua forza di attrazione, la nostra gravità è trascurabile. In secondo luogo, la forza di gravità dipende direttamente dalla massa del corpo: minore è la massa del corpo, minori sono le sue forze gravitazionali.

Il secondo indicatore da cui dipende la forza di attrazione è la distanza tra gli oggetti: maggiore è la distanza, minore è l'effetto della gravità. Grazie anche a questo i pianeti si muovono nelle loro orbite e non cadono l'uno sull'altro.

È interessante notare che la Terra, la Luna, il Sole e altri pianeti devono la loro forma sferica proprio alla forza di gravità. Agisce in direzione del centro, attirando verso di sé la sostanza che costituisce il “corpo” del pianeta.

Il campo gravitazionale della Terra

Il campo gravitazionale terrestre è un campo energetico-forza che si forma attorno al nostro pianeta a causa dell'azione di due forze:

• gravità;
• forza centrifuga, che deve la sua comparsa alla rotazione della Terra attorno al proprio asse (rotazione diurna).

Poiché sia ​​la gravità che la forza centrifuga agiscono costantemente, il campo gravitazionale è un fenomeno costante.

Il campo è leggermente influenzato dalle forze gravitazionali del Sole, della Luna e di alcuni altri corpi celesti, nonché dalle masse atmosferiche della Terra.

La legge di gravitazione universale e Sir Isaac Newton

Il fisico inglese Sir Isaac Newton, secondo una famosa leggenda, un giorno mentre passeggiava in giardino di giorno, vide la Luna nel cielo. Allo stesso tempo, una mela cadde dal ramo. Newton stava allora studiando la legge del moto e sapeva che una mela cade sotto l'influenza di un campo gravitazionale e la Luna ruota in orbita attorno alla Terra.

E poi al brillante scienziato, illuminato dall'intuizione, venne l'idea che forse la mela cade a terra, obbedendo alla stessa forza grazie alla quale la Luna è nella sua orbita, e non correndo casualmente attraverso la galassia. Fu così che venne scoperta la legge della gravitazione universale, conosciuta anche come Terza Legge di Newton.

Nel linguaggio delle formule matematiche, questa legge si presenta così:

F=GMM/G 2 ,

Dove F- la forza di gravità reciproca tra due corpi;

M- massa del primo corpo;

M- massa del secondo corpo;

D2- la distanza tra due corpi;

G- costante gravitazionale pari a 6,67x10 -11.

La forza gravitazionale è il fondamento su cui poggia l'Universo. Grazie alla gravità, il Sole non esplode, l'atmosfera non si disperde nello spazio, le persone e gli animali si muovono liberamente sulla superficie e le piante danno frutti.

Meccanica celeste e teoria della relatività

La legge di gravitazione universale viene studiata nelle classi 8-9 delle scuole superiori. Gli studenti diligenti conoscono la famosa mela caduta sulla testa del grande Isaac Newton e le scoperte che ne seguirono. In effetti, dare una definizione chiara di gravità è molto più difficile. Gli scienziati moderni continuano le discussioni su come i corpi interagiscono nello spazio e se esiste l’antigravità. È estremamente difficile studiare questo fenomeno nei laboratori terrestri, quindi si distinguono diverse teorie di base sulla gravità:

Gravità newtoniana

Nel 1687 Newton pose le basi della meccanica celeste, che studia il moto dei corpi nello spazio vuoto. Calcolò la forza di gravità della Luna sulla Terra. Secondo la formula, questa forza dipende direttamente dalla loro massa e dalla distanza tra gli oggetti.

F = (Sol m1 m2)/r2
Costante gravitazionale G=6,67*10-11

L'equazione non è del tutto rilevante quando si analizza un forte campo gravitazionale o l'attrazione di più di due oggetti.

La teoria della gravità di Einstein

Nel corso di vari esperimenti, gli scienziati sono giunti alla conclusione che ci sono alcuni errori nella formula di Newton. La base della meccanica celeste è una forza a lungo raggio che opera istantaneamente indipendentemente dalla distanza, il che non corrisponde alla teoria della relatività.

Secondo la teoria di A. Einstein sviluppata all’inizio del XX secolo, le informazioni non viaggiano più veloci della luce nel vuoto, quindi gli effetti gravitazionali derivano dalla deformazione dello spazio-tempo. Maggiore è la massa dell'oggetto, maggiore è la curvatura in cui rotolano gli oggetti più leggeri.

Gravità quantistica

Una teoria molto controversa e non del tutto formata che spiega l'interazione dei corpi come lo scambio di particelle speciali: i gravitoni.

All'inizio del 21° secolo, gli scienziati sono riusciti a condurre diversi esperimenti significativi, incluso l'utilizzo dell'Hadron Collider, e a sviluppare la teoria della gravità quantistica a loop e la teoria delle stringhe.

Universo senza gravità

I romanzi di fantascienza spesso descrivono varie distorsioni gravitazionali, camere antigravità e astronavi con un campo gravitazionale artificiale. I lettori a volte non pensano nemmeno a quanto siano irrealistiche le trame dei libri e a cosa accadrebbe se la gravità diminuisse/aumentasse o scomparisse completamente.

1. L'uomo è adattato alla gravità terrestre, quindi in altre condizioni dovrà cambiare radicalmente. L'assenza di gravità porta all'atrofia muscolare, alla riduzione del numero dei globuli rossi e all'interruzione del funzionamento di tutti i sistemi vitali del corpo e, con un aumento del campo gravitazionale, le persone semplicemente non saranno in grado di muoversi.
2. Aria e acqua, piante e animali, case e automobili voleranno nello spazio. Anche se le persone riescono a restare, moriranno rapidamente senza ossigeno e cibo. La bassa gravità sulla Luna è la ragione principale dell'assenza di atmosfera e, di conseguenza, di vita.
3. Il nostro pianeta cadrà a pezzi man mano che la pressione al centro della Terra scomparirà, tutti i vulcani esistenti erutteranno e le placche tettoniche divergeranno.
4. Le stelle esploderanno a causa dell'intensa pressione e delle collisioni caotiche delle particelle nel nucleo.
5. L’universo diventerà un miscuglio informe di atomi e molecole incapaci di combinarsi per creare qualcosa di più grande.

Fortunatamente per l’umanità, l’arresto della gravità e i terribili eventi che seguiranno non accadranno mai. Lo scenario oscuro dimostra semplicemente quanto sia importante la gravità. Lei è molto più debole di elettromagnetismo, interazioni forti o deboli, ma di fatto senza di essa il nostro mondo cesserà di esistere.

La gravità è la forza più misteriosa dell’Universo. Gli scienziati non ne conoscono appieno la natura. È lei che tiene in orbita i pianeti del sistema solare. È una forza che si verifica tra due oggetti e dipende dalla massa e dalla distanza.

La gravità è chiamata forza di attrazione o gravità. Con il suo aiuto, un pianeta o un altro corpo attira gli oggetti verso il suo centro. La gravità mantiene i pianeti in orbita attorno al Sole.

Cos'altro fa la gravità?

Perché quando salti atterri a terra invece di fluttuare nello spazio? Perché le cose cadono quando le lanci? La risposta è l’invisibile forza di gravità, che attira gli oggetti l’uno verso l’altro. La gravità terrestre è ciò che ti mantiene con i piedi per terra e fa cadere le cose.

Tutto ciò che ha massa ha gravità. La forza di gravità dipende da due fattori: la massa degli oggetti e la distanza tra loro. Se raccogli una pietra e una piuma e le rilasci dalla stessa altezza, entrambi gli oggetti cadranno a terra. Una pietra pesante cadrà più velocemente di una piuma. La piuma rimarrà sospesa nell'aria perché è più leggera. Gli oggetti con massa maggiore hanno una forza gravitazionale più forte, che diventa più debole con la distanza: più gli oggetti sono vicini tra loro, più forte è la loro attrazione gravitazionale.

Gravità sulla Terra e nell'Universo

Durante il volo dell'aereo, le persone a bordo rimangono sul posto e possono muoversi come se fossero a terra. Ciò accade a causa della traiettoria di volo. Esistono aeroplani appositamente progettati in cui a una certa altitudine non c'è gravità, con conseguente assenza di gravità. L'aereo esegue una manovra speciale, la massa degli oggetti cambia e questi si sollevano in aria per un breve periodo. Dopo pochi secondi il campo gravitazionale viene ripristinato.

Considerando la forza di gravità nello spazio, il globo ne ha una maggiore rispetto alla maggior parte dei pianeti. Basta guardare il movimento degli astronauti quando atterrano sui pianeti. Se camminiamo tranquillamente a terra, gli astronauti sembrano fluttuare nell'aria, ma non volare nello spazio. Ciò significa che anche questo pianeta ha una forza gravitazionale, solo leggermente diversa da quella del pianeta Terra.

La forza gravitazionale del Sole è così forte che sostiene nove pianeti, numerosi satelliti, asteroidi e pianeti.

La gravità gioca un ruolo vitale nello sviluppo dell’Universo. In assenza di gravità non esisterebbero stelle, pianeti, asteroidi, buchi neri o galassie. È interessante notare che i buchi neri non sono effettivamente visibili. Gli scienziati determinano i segni di un buco nero in base alla forza del campo gravitazionale in una determinata area. Se è molto forte con una forte vibrazione, questo indica l'esistenza di un buco nero.

Mito 1. Non c'è gravità nello spazio

Guardando documentari sugli astronauti, sembra che galleggino sopra la superficie dei pianeti. Ciò accade perché su altri pianeti la gravità è inferiore che sulla Terra, quindi gli astronauti camminano come se fluttuassero nell'aria.

Mito 2. Tutti i corpi che si avvicinano a un buco nero vengono fatti a pezzi

I buchi neri sono potenti e producono potenti campi gravitazionali. Quanto più un oggetto è vicino a un buco nero, tanto più forti diventano le forze di marea e la gravità. L'ulteriore sviluppo degli eventi dipende dalla massa dell'oggetto, dalla dimensione del buco nero e dalla distanza tra loro. Un buco nero ha una massa esattamente opposta alla sua dimensione. È interessante notare che più grande è il buco, più deboli sono le forze di marea e viceversa. Così, non tutti gli oggetti vengono fatti a pezzi quando entrano nel campo del buco nero.

Mito 3. I satelliti artificiali possono orbitare attorno alla Terra per sempre

In teoria si potrebbe dire così, se non fosse per l'influenza di fattori secondari. Molto dipende dall'orbita. In un'orbita bassa, un satellite non sarà in grado di volare per sempre a causa della frenata atmosferica; in orbite alte può rimanere in uno stato invariato per un periodo piuttosto lungo, ma qui entrano in vigore le forze gravitazionali di altri oggetti.

Se solo la Terra esistesse tra tutti i pianeti, il satellite ne sarebbe attratto e praticamente non cambierebbe la sua traiettoria. Ma nelle orbite alte l'oggetto è circondato da molti pianeti, grandi e piccoli, ciascuno con la propria forza gravitazionale.

In questo caso, il satellite si allontanerebbe gradualmente dalla sua orbita e si muoverebbe in modo caotico. Ed è probabile che dopo qualche tempo si sarebbe schiantato sulla superficie più vicina o si sarebbe spostato su un'altra orbita.

Alcuni fatti

1. In alcune parti della Terra la forza di gravità è più debole che sull’intero pianeta. Ad esempio, in Canada, nella regione della Baia di Hudson, la forza di gravità è inferiore.
2. Quando gli astronauti tornano dallo spazio sul nostro pianeta, all'inizio trovano difficile adattarsi alla forza gravitazionale del globo. A volte ciò richiede diversi mesi.
3. I buchi neri hanno la forza gravitazionale più potente tra gli oggetti spaziali. Un buco nero delle dimensioni di una palla ha più potenza di qualsiasi pianeta.

Nonostante il continuo studio della forza di gravità, la gravità rimane irrisolta. Ciò significa che la conoscenza scientifica rimane limitata e che l’umanità ha molte cose nuove da imparare.

Don De Young

La gravità (o gravitazione) ci mantiene saldamente sulla terra e permette alla terra di ruotare attorno al sole. Grazie a questa forza invisibile, la pioggia cade sulla terra e il livello dell'acqua nell'oceano aumenta e diminuisce ogni giorno. La gravità mantiene la terra in una forma sferica e impedisce anche alla nostra atmosfera di fuggire nello spazio. Sembrerebbe che questa forza di attrazione osservata ogni giorno debba essere ben studiata dagli scienziati. Ma no! In molti modi, la gravità rimane il mistero più profondo della scienza. Questa forza misteriosa è un esempio notevole di quanto sia limitata la conoscenza scientifica moderna.

Cos'è la gravità?

Isaac Newton si interessò a questo problema già nel 1686 e giunse alla conclusione che la gravità è la forza di attrazione che esiste tra tutti gli oggetti. Si rese conto che nella sua orbita si trova la stessa forza che fa cadere la mela a terra. Infatti, la forza gravitazionale della Terra fa deviare la Luna dal suo percorso rettilineo di circa un millimetro ogni secondo mentre orbita attorno alla Terra (Figura 1). La Legge di Gravità Universale di Newton è una delle più grandi scoperte scientifiche di tutti i tempi.

La gravità è la “corda” che tiene gli oggetti in orbita

Figura 1. Illustrazione dell'orbita della Luna, non in scala. Ogni secondo la luna percorre circa 1 km. Su questa distanza si discosta dalla traiettoria rettilinea di circa 1 mm - ciò avviene a causa dell'attrazione gravitazionale della Terra (linea tratteggiata). La luna sembra cadere costantemente dietro (o attorno) alla terra, proprio come i pianeti cadono attorno al sole.

La gravità è una delle quattro forze fondamentali della natura (Tabella 1). Si noti che delle quattro forze, questa forza è la più debole, eppure è dominante rispetto ai grandi oggetti spaziali. Come dimostrò Newton, la forza gravitazionale attrattiva tra due masse qualsiasi diventa sempre più piccola man mano che la distanza tra loro diventa sempre più grande, ma non raggiunge mai completamente lo zero (vedi "La struttura della gravità").

Pertanto, ogni particella nell'intero universo attrae effettivamente ogni altra particella. A differenza delle forze delle interazioni nucleari deboli e forti, la forza di attrazione è a lungo raggio (Tabella 1). Anche la forza magnetica e la forza elettrica sono forze a lungo raggio, ma la gravità è unica in quanto è a lungo raggio e sempre attrattiva, il che significa che non può mai esaurirsi (a differenza dell’elettromagnetismo, in cui le forze possono attrarsi o respingersi). .

A partire dal grande scienziato della creazione Michael Faraday nel 1849, i fisici hanno continuamente cercato la connessione nascosta tra la forza di gravità e la forza dell'interazione elettromagnetica. Attualmente, gli scienziati stanno cercando di combinare tutte e quattro le forze fondamentali in un’unica equazione o nella cosiddetta “Teoria del Tutto”, ma senza successo! La gravità rimane la forza più misteriosa e meno studiata.

La gravità non può essere protetta in alcun modo. Qualunque sia la composizione della parete divisoria, essa non ha alcun effetto sull'attrazione tra due oggetti separati. Ciò significa che è impossibile creare una camera antigravità in condizioni di laboratorio. La forza di gravità non dipende dalla composizione chimica degli oggetti, ma dipende dalla loro massa, a noi nota come peso (la forza di gravità su un oggetto è uguale al peso di quell'oggetto - maggiore è la massa, maggiore sarà forza o peso.) I blocchi costituiti da vetro, piombo, ghiaccio o anche polistirolo, e aventi la stessa massa, sperimenteranno (ed eserciteranno) la stessa forza gravitazionale. Questi dati sono stati ottenuti durante gli esperimenti e gli scienziati non sanno ancora come possano essere spiegati teoricamente.

Progettare in gravità

La forza F tra due masse m 1 e m 2 poste a distanza r può essere scritta come la formula F = (G m 1 m 2)/r 2

Dove G è la costante gravitazionale misurata per la prima volta da Henry Cavendish nel 1798.1

Questa equazione mostra che la gravità diminuisce quando la distanza r tra due oggetti aumenta, ma non raggiunge mai completamente lo zero.

La natura della legge dell’inverso del quadrato di questa equazione è semplicemente affascinante. Dopotutto, non esiste alcuna ragione necessaria per cui la gravità dovrebbe agire in questo modo. In un universo disordinato, casuale e in evoluzione, poteri arbitrari come r 1,97 o r 2,3 sembrerebbero più probabili. Tuttavia, misurazioni precise hanno mostrato una potenza esatta, almeno cinque cifre decimali, di 2,00000. Come ha detto un ricercatore, questo risultato sembra "troppo preciso".2 Possiamo concludere che la forza di gravità indica un disegno preciso, creato. Infatti, se il grado si discostasse anche di poco da 2, le orbite dei pianeti e dell'intero universo diventerebbero instabili.

Collegamenti e note

1. Tecnicamente G = 6.672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Thompsen, D., "Molto accurato riguardo alla gravità", Notizie scientifiche 118(1):13, 1980.

Allora, cos’è esattamente la gravità? Come può questa forza operare in uno spazio così vasto e vuoto? E perché esiste? La scienza non è mai stata in grado di rispondere a queste domande fondamentali sulle leggi della natura. La forza di attrazione non può sorgere lentamente attraverso la mutazione o la selezione naturale. È in vigore fin dall’inizio dell’universo. Come ogni altra legge fisica, la gravità è senza dubbio una prova notevole della creazione pianificata.

Alcuni scienziati hanno cercato di spiegare la gravità utilizzando particelle invisibili, i gravitoni, che si muovono tra gli oggetti. Altri hanno parlato di stringhe cosmiche e di onde gravitazionali. Recentemente, gli scienziati che utilizzano un laboratorio LIGO appositamente creato (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) sono riusciti a vedere solo l'effetto delle onde gravitazionali. Ma la natura di queste onde, il modo in cui gli oggetti interagiscono fisicamente tra loro su grandi distanze, modificando il loro vantaggio, rimane ancora una grande domanda per tutti. Semplicemente non conosciamo l'origine della forza gravitazionale e come essa mantenga la stabilità dell'intero universo.

Gravità e Scrittura

Due passaggi della Bibbia possono aiutarci a comprendere la natura della gravità e della scienza fisica in generale. Il primo passaggio, Colossesi 1:17, spiega che Cristo “c’è prima di tutto e tutto dipende da Lui”. Il verbo greco sta (συνισταω sunistao) significa: aderire, trattenere o essere tenuti insieme. L'uso greco di questa parola al di fuori della Bibbia significa un recipiente contenente acqua. La parola usata nel libro dei Colossesi è al perfetto, che generalmente indica uno stato presente in corso che è sorto da un'azione passata completata. Uno dei meccanismi fisici in questione è chiaramente la forza di gravità, stabilita dal Creatore e mantenuta indefettibile oggi. Immaginate: se la forza di gravità cessasse per un momento, ne deriverebbe senza dubbio il caos. Tutti i corpi celesti, compresa la terra, la luna e le stelle, non sarebbero più tenuti insieme. Tutto verrebbe immediatamente diviso in piccole parti separate.

La seconda Scrittura, Ebrei 1:3, dichiara che Cristo “Egli sostiene tutte le cose mediante la parola della sua potenza”. Parola tiene (φερω pherō) descrive ancora una volta il sostegno o la conservazione di tutto, compresa la gravità. Parola tiene, come usato in questo versetto, significa molto di più che semplicemente sostenere il peso. Implica il controllo su tutti i movimenti e i cambiamenti che si verificano nell’universo. Questo compito senza fine si realizza attraverso la Parola onnipotente del Signore, per mezzo della quale l'universo stesso ha cominciato ad esistere. La gravità, una “forza misteriosa” ancora poco compresa dopo quattrocento anni di ricerca, è una manifestazione di questa straordinaria cura divina per l’universo.

Distorsioni del tempo e dello spazio e buchi neri

La teoria generale della relatività di Einstein vede la gravità non come una forza, ma come la curvatura dello spazio stesso vicino a un oggetto massiccio. Si prevede che la luce, che tradizionalmente segue linee rette, venga piegata mentre attraversa lo spazio curvo. Ciò fu dimostrato per la prima volta quando l'astronomo Sir Arthur Eddington scoprì un cambiamento nella posizione apparente di una stella durante un'eclissi totale nel 1919, ritenendo che i raggi luminosi fossero piegati dalla gravità del sole.

La relatività generale prevede anche che se un corpo è sufficientemente denso, la sua gravità distorcerà lo spazio a tal punto che la luce non potrà affatto attraversarlo. Un corpo del genere assorbe la luce e tutto ciò che viene catturato dalla sua forte gravità e viene chiamato buco nero. Un corpo del genere può essere rilevato solo dai suoi effetti gravitazionali su altri oggetti, dalla forte deflessione della luce attorno ad esso e dalla forte radiazione emessa dalla materia che cade su di esso.

Tutta la materia all'interno di un buco nero è compressa al centro, che ha densità infinita. La “dimensione” del buco è determinata dall’orizzonte degli eventi, vale a dire un confine che circonda il centro di un buco nero, e nulla (nemmeno la luce) può sfuggire al di là di esso. Il raggio del foro è chiamato raggio di Schwarzschild, dal nome dell'astronomo tedesco Karl Schwarzschild (1873-1916), ed è calcolato con la formula RS = 2GM/c 2, dove c è la velocità della luce nel vuoto. Se il Sole cadesse in un buco nero, il suo raggio di Schwarzschild sarebbe di soli 3 km.

Ci sono buone prove che, dopo che una stella massiccia esaurisce il combustibile nucleare, non può più resistere al collasso sotto il suo stesso enorme peso e cade in un buco nero. Si ritiene che al centro delle galassie, inclusa la nostra galassia, la Via Lattea, esistano buchi neri con la massa di miliardi di soli. Molti scienziati ritengono che gli oggetti super luminosi e molto distanti chiamati quasar sfruttino l’energia rilasciata quando la materia cade in un buco nero.

Secondo le previsioni della relatività generale, anche la gravità distorce il tempo. Ciò è stato confermato anche da orologi atomici molto precisi, che a livello del mare funzionano qualche microsecondo più lentamente che nelle zone sopra il livello del mare, dove la gravità terrestre è leggermente più debole. Vicino all’orizzonte degli eventi questo fenomeno è più evidente. Se osserviamo l'orologio di un astronauta mentre si avvicina all'orizzonte degli eventi, vedremo che l'orologio scorre più lentamente. Una volta all'interno dell'orizzonte degli eventi, l'orologio si fermerà, ma non saremo mai in grado di vederlo. Al contrario, un astronauta non noterà che il suo orologio sta andando più lentamente, ma vedrà che il nostro orologio sta andando sempre più veloce.

Il pericolo principale per un astronauta vicino a un buco nero sarebbero le forze di marea causate dal fatto che la gravità è più forte nelle parti del corpo più vicine al buco nero che in quelle più lontane. La forza delle forze di marea vicino a un buco nero con la massa di una stella è più forte di qualsiasi uragano e fa facilmente a pezzi tutto ciò che incontra. Tuttavia, mentre l'attrazione gravitazionale diminuisce con il quadrato della distanza (1/r 2), l'influenza delle maree diminuisce con il cubo della distanza (1/r 3). Pertanto, contrariamente alla saggezza convenzionale, la forza gravitazionale (inclusa la forza di marea) sugli orizzonti degli eventi dei grandi buchi neri è più debole che sui piccoli buchi neri. Quindi le forze di marea all’orizzonte degli eventi di un buco nero nello spazio osservabile sarebbero meno evidenti della brezza più mite.

L'allungamento del tempo dovuto alla gravità vicino all'orizzonte degli eventi è la base del nuovo modello cosmologico del fisico della creazione Dr. Russell Humphreys, che descrive nel suo libro Starlight and Time. Questo modello potrebbe aiutare a risolvere il problema di come possiamo vedere la luce delle stelle lontane nel giovane universo. Inoltre, oggi rappresenta un'alternativa scientifica a quella non biblica, che si basa su presupposti filosofici che vanno oltre l'ambito della scienza.

Nota

La gravità, una “forza misteriosa” che, anche dopo quattrocento anni di ricerca, rimane poco compresa...

Isaac Newton (1642-1727)

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Isaac Newton (1642-1727)

Isaac Newton pubblicò le sue scoperte sulla gravità e sul moto dei corpi celesti nel 1687, nella sua famosa opera " Principi matematici" Alcuni lettori conclusero rapidamente che l'universo di Newton non lasciava spazio a Dio, poiché ora tutto poteva essere spiegato mediante equazioni. Ma Newton non la pensava affatto così, come affermò nella seconda edizione di questa celebre opera:

“Il nostro sistema solare, i pianeti e le comete più belli non possono che essere il risultato del disegno e del dominio di un essere intelligente e potente.”

Isaac Newton non era solo uno scienziato. Oltre alla scienza, dedicò quasi tutta la sua vita allo studio della Bibbia. I suoi libri biblici preferiti erano il libro di Daniele e il libro dell'Apocalisse, che descrivono i piani di Dio per il futuro. In effetti, Newton scrisse più opere teologiche che scientifiche.

Newton era rispettoso di altri scienziati come Galileo Galilei. A proposito, Newton nacque nello stesso anno in cui morì Galileo, nel 1642. Newton scrisse nella sua lettera: “Se ho visto più lontano degli altri, è stato perché stavo fermo spalle giganti." Poco prima della sua morte, probabilmente riflettendo sul mistero della gravità, Newton scrisse con modestia: “Non so come mi percepisce il mondo, ma a me stesso sembro solo un bambino che gioca in riva al mare, che si diverte a trovare ogni tanto un sassolino più colorato degli altri, o una bella conchiglia, mentre un immenso oceano di verità inesplorate."

Newton è sepolto nell'Abbazia di Westminster. L'iscrizione latina sulla sua tomba termina con le parole: "Si rallegrino i mortali che un tale ornamento del genere umano viva tra loro.".

Il fenomeno più importante costantemente studiato dai fisici è il movimento. Fenomeni elettromagnetici, leggi della meccanica, processi termodinamici e quantistici: tutto questo è una vasta gamma di frammenti dell'universo studiati dalla fisica. E tutti questi processi si riducono, in un modo o nell'altro, a una cosa: a.

Tutto nell'Universo si muove. La gravità è un fenomeno comune a tutte le persone fin dall'infanzia; siamo nati nel campo gravitazionale del nostro pianeta, questo fenomeno fisico è percepito da noi al livello intuitivo più profondo e, a quanto pare, non richiede nemmeno studio;

Ma, ahimè, la domanda è: perché e come si attraggono tutti i corpi?, fino ad oggi non è stato completamente divulgato, sebbene sia stato studiato in lungo e in largo.

In questo articolo vedremo cos'è l'attrazione universale secondo Newton, la teoria classica della gravità. Tuttavia, prima di passare a formule ed esempi, parleremo dell'essenza del problema dell'attrazione e gli daremo una definizione.

Forse lo studio della gravità è diventato l'inizio della filosofia naturale (la scienza della comprensione dell'essenza delle cose), forse la filosofia naturale ha dato origine alla questione dell'essenza della gravità, ma, in un modo o nell'altro, la questione della gravitazione dei corpi si interessò all'antica Grecia.

Il movimento era inteso come l'essenza della caratteristica sensoriale del corpo, o meglio, il corpo si muoveva mentre l'osservatore lo vedeva. Se non possiamo misurare, pesare o sentire un fenomeno, significa forse che questo fenomeno non esiste? Naturalmente ciò non significa questo. E poiché Aristotele lo capì, iniziarono le riflessioni sull'essenza della gravità.

Come si è scoperto oggi, dopo molte decine di secoli, la gravità è la base non solo della gravità terrestre e dell'attrazione del nostro pianeta verso di essa, ma anche la base dell'origine dell'Universo e di quasi tutte le particelle elementari esistenti.

Compito di movimento

Conduciamo un esperimento mentale. Prendiamo una pallina nella mano sinistra. Prendiamo lo stesso a destra. Rilasciamo la palla giusta e inizierà a cadere. Quello sinistro rimane nella mano, è ancora immobile.

Fermiamo mentalmente lo scorrere del tempo. La palla destra che cade “sospesa” in aria, quella sinistra rimane ancora nella mano. La palla destra è dotata dell '"energia" del movimento, quella sinistra no. Ma qual è la differenza profonda e significativa tra loro?

Dove, in quale parte della palla che cade è scritto che dovrebbe muoversi? Ha la stessa massa, lo stesso volume. Ha gli stessi atomi e non sono diversi dagli atomi di una palla a riposo. Palla ha? Sì, questa è la risposta corretta, ma come fa la palla a sapere cosa ha energia potenziale e dove è registrata in essa?

Questo è precisamente il compito che si sono posti Aristotele, Newton e Albert Einstein. E tutti e tre i brillanti pensatori hanno in parte risolto questo problema da soli, ma oggi ci sono una serie di problemi che richiedono una risoluzione.

La gravità di Newton

Nel 1666, il più grande fisico e meccanico inglese I. Newton scoprì una legge che può calcolare quantitativamente la forza grazie alla quale tutta la materia nell'Universo tende l'una verso l'altra. Questo fenomeno è chiamato gravità universale. Quando ti viene chiesto: "Formulare la legge di gravitazione universale", la tua risposta dovrebbe suonare così:

Si trova la forza di interazione gravitazionale che contribuisce all'attrazione di due corpi direttamente proporzionale alle masse di questi corpi ed inversamente proporzionale alla distanza tra loro.

Importante! La legge di attrazione di Newton utilizza il termine "distanza". Questo termine dovrebbe essere inteso non come la distanza tra le superfici dei corpi, ma come la distanza tra i loro centri di gravità. Ad esempio, se due sfere di raggio r1 e r2 sono una sopra l'altra, la distanza tra le loro superfici è zero, ma è presente una forza attrattiva. Il fatto è che la distanza tra i loro centri r1+r2 è diversa da zero. Su scala cosmica questa precisazione non è importante, ma per un satellite in orbita questa distanza è pari all'altezza sopra la superficie più il raggio del nostro pianeta. La distanza tra la Terra e la Luna viene misurata anche come distanza tra i loro centri, non tra le loro superfici.

Per la legge di gravità la formula è la seguente:

,

• F – forza di attrazione,
• – masse,
• r – distanza,
• G – costante gravitazionale pari a 6,67·10−11 m³/(kg·s²).

Cos'è il peso, se guardiamo solo alla forza di gravità?

La forza è una grandezza vettoriale, ma nella legge di gravitazione universale è tradizionalmente scritta come scalare. In un'immagine vettoriale, la legge sarà simile a questa:

.

Ma ciò non significa che la forza sia inversamente proporzionale al cubo della distanza tra i centri. La relazione dovrebbe essere percepita come un vettore unitario diretto da un centro all'altro:

.

Legge di interazione gravitazionale

Peso e gravità

Considerando la legge di gravità, si può capire che non sorprende che noi personalmente sentiamo che la gravità del Sole è molto più debole di quella della Terra. Sebbene il Sole abbia una massa elevata, è molto lontano da noi. è anch'esso lontano dal Sole, ma ne è attratto, poiché ha una grande massa. Come trovare la forza gravitazionale di due corpi, vale a dire come calcolare la forza gravitazionale del Sole, della Terra e di me e te, affronteremo questo problema un po 'più tardi.

Per quanto ne sappiamo la forza di gravità vale:

dove m è la nostra massa e g è l'accelerazione di caduta libera della Terra (9,81 m/s 2).

Importante! Non esistono due, tre, dieci tipi di forze attrattive. La gravità è l'unica forza che dà una caratteristica quantitativa di attrazione. Il peso (P = mg) e la forza gravitazionale sono la stessa cosa.

Se m è la nostra massa, M è la massa del globo, R è il suo raggio, allora la forza gravitazionale che agisce su di noi è uguale a:

Quindi, poiché F = mg:

.

Le masse m si riducono e l'espressione per l'accelerazione della caduta libera rimane:

Come possiamo vedere, l'accelerazione di gravità è veramente un valore costante, poiché la sua formula include quantità costanti: il raggio, la massa della Terra e la costante gravitazionale. Sostituendo i valori di queste costanti, faremo in modo che l'accelerazione di gravità sia pari a 9,81 m/s 2.

A diverse latitudini, il raggio del pianeta è leggermente diverso, poiché la Terra non è ancora una sfera perfetta. Per questo motivo, l'accelerazione della caduta libera nei singoli punti del globo è diversa.

Torniamo all'attrazione della Terra e del Sole. Proviamo a dimostrare con un esempio che il globo attrae me e te più del sole.

Per comodità prendiamo la massa di una persona: m = 100 kg. Poi:

• La distanza tra una persona e il globo è uguale al raggio del pianeta: R = 6,4∙10 6 m.
• La massa della Terra è: M ≈ 6∙10 24 kg.
• La massa del Sole è: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
• Distanza tra il nostro pianeta e il Sole (tra il Sole e l'uomo): r=15∙10 10 m.

Attrazione gravitazionale tra uomo e Terra:

Questo risultato è abbastanza ovvio dall'espressione più semplice del peso (P = mg).

La forza di attrazione gravitazionale tra l'uomo e il Sole:

Come possiamo vedere, il nostro pianeta ci attrae quasi 2000 volte più forte.

Come trovare la forza di attrazione tra la Terra e il Sole? Come segue:

Ora vediamo che il Sole attrae il nostro pianeta più di un miliardo di miliardi di volte più forte di quanto il pianeta attiri me e te.

Prima velocità di fuga

Dopo che Isaac Newton scoprì la legge della gravitazione universale, si interessò alla velocità con cui un corpo deve essere lanciato affinché, dopo aver superato il campo gravitazionale, lasci il globo per sempre.

È vero, lo immaginava in modo leggermente diverso, nella sua comprensione non era un razzo in piedi verticalmente puntato verso il cielo, ma un corpo che faceva un salto orizzontalmente dalla cima di una montagna. Questa era un'illustrazione logica perché In cima alla montagna la forza di gravità è leggermente inferiore.

Quindi, in cima all'Everest, l'accelerazione di gravità non sarà i soliti 9,8 m/s 2 , ma quasi m/s 2 . È per questo motivo che l'aria è così sottile che le particelle d'aria non sono più legate alla gravità come quelle che “cadono” in superficie.

Proviamo a scoprire qual è la velocità di fuga.

La prima velocità di fuga v1 è la velocità con cui il corpo lascia la superficie della Terra (o di un altro pianeta) ed entra in un'orbita circolare.

Proviamo a scoprire il valore numerico di questo valore per il nostro pianeta.

Scriviamo la seconda legge di Newton per un corpo che ruota attorno a un pianeta su un'orbita circolare:

,

dove h è l'altezza del corpo sopra la superficie, R è il raggio della Terra.

In orbita, un corpo è soggetto ad accelerazione centrifuga, quindi:

.

Riducendo le masse si ottiene:

,

Questa velocità è chiamata prima velocità di fuga:

Come puoi vedere, la velocità di fuga è assolutamente indipendente dalla massa corporea. Pertanto, qualsiasi oggetto accelerato ad una velocità di 7,9 km/s lascerà il nostro pianeta ed entrerà nella sua orbita.

Prima velocità di fuga

Seconda velocità di fuga

Tuttavia, anche accelerando il corpo alla prima velocità di fuga, non saremo in grado di interrompere completamente la sua connessione gravitazionale con la Terra. Questo è il motivo per cui abbiamo bisogno di una seconda velocità di fuga. Quando questa velocità viene raggiunta il corpo esce dal campo gravitazionale del pianeta e tutte le possibili orbite chiuse.

Importante! Spesso si crede erroneamente che per raggiungere la Luna gli astronauti dovessero raggiungere la seconda velocità di fuga, perché prima dovevano “disconnettersi” dal campo gravitazionale del pianeta. Non è così: la coppia Terra-Luna si trova nel campo gravitazionale della Terra. Il loro centro di gravità comune è all'interno del globo.

Per trovare questa velocità, poniamo il problema in modo leggermente diverso. Diciamo che un corpo vola dall'infinito verso un pianeta. Domanda: quale velocità verrà raggiunta in superficie all'atterraggio (senza tener conto dell'atmosfera, ovviamente)? Questa è esattamente la velocità il corpo dovrà lasciare il pianeta.

La legge di gravitazione universale. Fisica 9° elementare

Legge di gravitazione universale.

Conclusione

Abbiamo appreso che sebbene la gravità sia la forza principale dell'Universo, molte delle ragioni di questo fenomeno rimangono ancora un mistero. Abbiamo imparato cos'è la forza di gravitazione universale di Newton, abbiamo imparato a calcolarla per vari corpi e abbiamo anche studiato alcune utili conseguenze che derivano da un fenomeno come la legge di gravità universale.