Gravitația Pământului. Ce este gravitația - definiție și fapte interesante

Gravitația, cunoscută și sub numele de atracție sau gravitație, este o proprietate universală a materiei pe care o posedă toate obiectele și corpurile din Univers. Esența gravitației este că toate corpurile materiale atrag toate celelalte corpuri din jurul lor.

Gravitația Pământului

Dacă gravitația este un concept și o calitate generală pe care o posedă toate obiectele din Univers, atunci gravitația este un caz special al acestui fenomen cuprinzător. Pământul atrage spre sine toate obiectele materiale aflate pe el. Datorită acestui fapt, oamenii și animalele se pot deplasa în siguranță pe pământ, râurile, mările și oceanele pot rămâne pe țărmurile lor, iar aerul nu poate zbura peste vastele întinderi ale spațiului, ci poate forma atmosfera planetei noastre.

Apare o întrebare corectă: dacă toate obiectele au gravitație, de ce Pământul atrage oamenii și animalele spre sine și nu invers? În primul rând, atragem și Pământul către noi, doar că, în comparație cu forța sa de atracție, gravitația noastră este neglijabilă. În al doilea rând, forța gravitației depinde direct de masa corpului: cu cât masa corpului este mai mică, cu atât forțele gravitaționale ale acestuia sunt mai mici.

Al doilea indicator de care depinde forța de atracție este distanța dintre obiecte: cu cât distanța este mai mare, cu atât efectul gravitației este mai mic. Datorită și acestui lucru, planetele se mișcă pe orbitele lor și nu cad una peste alta.

Este de remarcat faptul că Pământul, Luna, Soarele și alte planete își datorează forma sferică tocmai forței gravitației. Acționează în direcția centrului, trăgând spre el substanța care alcătuiește „corpul” planetei.

Câmpul gravitațional al Pământului

Câmpul gravitațional al Pământului este un câmp de energie de forță care se formează în jurul planetei noastre datorită acțiunii a două forțe:

• gravitaţie;
• forță centrifugă, care își datorează aspectul rotației Pământului în jurul axei sale (rotația diurnă).

Deoarece atât gravitația, cât și forța centrifugă acționează constant, câmpul gravitațional este un fenomen constant.

Câmpul este ușor afectat de forțele gravitaționale ale Soarelui, Lunii și a altor corpuri cerești, precum și de masele atmosferice ale Pământului.

Legea gravitației universale și Sir Isaac Newton

Fizicianul englez, Sir Isaac Newton, conform unei celebre legende, într-o zi, în timp ce se plimba în grădină în timpul zilei, a văzut Luna pe cer. În același timp, un măr a căzut din ramură. Newton studia atunci legea mișcării și știa că un măr cade sub influența unui câmp gravitațional, iar Luna se rotește pe orbită în jurul Pământului.

Și apoi genialul om de știință, luminat de perspicacitate, a venit cu ideea că poate mărul cade la pământ, supunând aceleiași forțe datorită căreia Luna se află pe orbita sa și nu năvălindu-se la întâmplare în întreaga galaxie. Așa a fost descoperită legea gravitației universale, cunoscută și ca a treia lege a lui Newton.

În limbajul formulelor matematice, această lege arată astfel:

F=GMm/D 2 ,

Unde F- forța de gravitație reciprocă între două corpuri;

M- masa primului corp;

m- masa celui de-al doilea corp;

D 2- distanta dintre doua corpuri;

G- constanta gravitationala egala cu 6,67x10 -11.

Forța gravitațională este fundația pe care se sprijină Universul. Datorită gravitației, Soarele nu explodează, atmosfera nu se evaporă în spațiu, oamenii și animalele se mișcă liber la suprafață, iar plantele dau roade.

Mecanica cerească și teoria relativității

Legea gravitației universale se studiază în clasele 8-9 de liceu. Studenții harnici știu despre celebrul măr care a căzut pe capul marelui Isaac Newton și despre descoperirile care au urmat. De fapt, a oferi o definiție clară a gravitației este mult mai dificil. Oamenii de știință moderni continuă discuțiile despre modul în care corpurile interacționează în spațiul cosmic și dacă există antigravitația. Este extrem de dificil să studiezi acest fenomen în laboratoarele pământești, așa că se disting mai multe teorii de bază ale gravitației:

gravitația newtoniană

În 1687, Newton a pus bazele mecanicii cerești, care studiază mișcarea corpurilor în spațiul gol. El a calculat forța de gravitație a Lunii pe Pământ. Conform formulei, această forță depinde direct de masa lor și de distanța dintre obiecte.

F = (G m1 m2)/r2
Constanta gravitațională G=6,67*10-11

Ecuația nu este în întregime relevantă atunci când se analizează un câmp gravitațional puternic sau atracția a mai mult de două obiecte.

Teoria gravitației a lui Einstein

În cursul diferitelor experimente, oamenii de știință au ajuns la concluzia că există unele erori în formula lui Newton. Baza mecanicii cerești este o forță cu rază lungă de acțiune care funcționează instantaneu indiferent de distanță, ceea ce nu corespunde teoriei relativității.

Conform teoriei lui A. Einstein dezvoltată la începutul secolului al XX-lea, informația nu călătorește mai repede decât viteza luminii în vid, prin urmare efectele gravitaționale apar ca urmare a deformării spațiului-timp. Cu cât masa obiectului este mai mare, cu atât este mai mare curbura în care se rotesc obiectele mai ușoare.

Gravitația cuantică

O teorie foarte controversată și nu pe deplin formată care explică interacțiunea corpurilor ca schimb de particule speciale - gravitoni.

La începutul secolului al XXI-lea, oamenii de știință au reușit să efectueze mai multe experimente semnificative, inclusiv folosind Hadron Collider, și să dezvolte teoria gravitației cuantice în buclă și teoria corzilor.

Univers fără gravitație

Romanele științifico-fantastice descriu adesea diverse distorsiuni gravitaționale, camere antigravitaționale și nave spațiale cu un câmp gravitațional artificial. Cititorii uneori nici nu se gândesc cât de nerealiste sunt intriga cărților și ce se va întâmpla dacă gravitația scade/crește sau dispare complet.

1. Omul este adaptat gravitației Pământului, așa că în alte condiții va trebui să se schimbe radical. Imponderabilitate duce la atrofie musculară, o reducere a numărului de celule roșii din sânge și o întrerupere a funcționării tuturor sistemelor vitale ale corpului, iar odată cu creșterea câmpului gravitațional, oamenii pur și simplu nu se vor putea mișca.
2. Aerul și apa, plantele și animalele, casele și mașinile vor zbura în spațiul cosmic. Chiar dacă oamenii reușesc să rămână, vor muri rapid fără oxigen și mâncare. Gravitația scăzută pe Lună este principalul motiv pentru absența unei atmosfere și, în consecință, a vieții.
3. Planeta noastră se va prăbuși pe măsură ce presiunea din centrul Pământului va dispărea, toți vulcanii existenți vor erupe și plăcile tectonice vor diverge.
4. Stelele vor exploda din cauza presiunii intense și a ciocnirilor haotice ale particulelor din miez.
5. Universul va deveni o tocană fără formă de atomi și molecule care nu se pot combina pentru a crea ceva mai mare.

Din fericire pentru umanitate, oprirea gravitației și evenimentele teribile care urmează nu se vor întâmpla niciodată. Scenariul întunecat demonstrează pur și simplu cât de importantă este gravitația. Ea este mult mai slabă decât electromagnetism, interacțiuni puternice sau slabe, dar de fapt fără ea lumea noastră va înceta să mai existe.

Gravitația este cea mai misterioasă forță din Univers. Oamenii de știință nu îi cunosc pe deplin natura. Ea este cea care ține planetele sistemului solar pe orbită. Este o forță care apare între două obiecte și depinde de masă și distanță.

Gravitația se numește forță de atracție sau gravitație. Cu ajutorul ei, o planetă sau alt corp trage obiecte spre centrul său. Gravitația menține planetele pe orbită în jurul Soarelui.

Ce altceva mai face gravitația?

De ce aterizezi pe pământ când sari în sus, în loc să plutești în spațiu? De ce cad lucrurile când le arunci? Răspunsul este forța invizibilă a gravitației, care trage obiectele unele spre altele. Gravitația Pământului este cea care te ține pe pământ și face lucrurile să cadă.

Tot ceea ce are masă are gravitație. Puterea gravitației depinde de doi factori: masa obiectelor și distanța dintre ele. Dacă ridici o piatră și o pană și le eliberezi de la aceeași înălțime, ambele obiecte vor cădea la pământ. O piatră grea va cădea mai repede decât o pană. Pena va atârna în continuare în aer deoarece este mai ușoară. Obiectele cu o masă mai mare au o forță gravitațională mai puternică, care devine mai slabă odată cu distanța: cu cât obiectele sunt mai aproape unele de altele, cu atât atracția lor gravitațională este mai puternică.

Gravitația pe Pământ și în Univers

În timpul zborului aeronavei, oamenii din ea rămân pe loc și se pot mișca ca pe sol. Acest lucru se întâmplă din cauza traiectoriei de zbor. Există avioane special concepute în care la o anumită altitudine nu există gravitație, rezultând imponderabilitate. Avionul efectuează o manevră specială, masa obiectelor se modifică, iar acestea se ridică în aer pentru o perioadă scurtă de timp. După câteva secunde, câmpul gravitațional este restabilit.

Având în vedere forța gravitațională din spațiu, globul o are mai mare decât majoritatea planetelor. Priviți doar mișcarea astronauților atunci când aterizează pe planete. Dacă mergem calmi pe pământ, atunci astronauții par să plutească în aer, dar nu zboară în spațiu. Aceasta înseamnă că această planetă are și o forță gravitațională, puțin diferită de cea a planetei Pământ.

Forța gravitațională a Soarelui este atât de puternică încât deține nouă planete, numeroși sateliți, asteroizi și planete.

Gravitația joacă un rol vital în dezvoltarea Universului. În absența gravitației, nu ar exista stele, planete, asteroizi, găuri negre sau galaxii. Interesant, găurile negre nu sunt de fapt vizibile. Oamenii de știință determină semnele unei găuri negre prin puterea câmpului gravitațional dintr-o anumită zonă. Dacă este foarte puternic cu o vibrație puternică, aceasta indică existența unei găuri negre.

Mitul 1. Nu există gravitație în spațiu

Privind documentare despre astronauți, se pare că aceștia plutesc deasupra suprafeței planetelor. Acest lucru se întâmplă deoarece pe alte planete gravitația este mai mică decât pe Pământ, așa că astronauții merg ca și cum ar pluti în aer.

Mitul 2. Toate corpurile care se apropie de o gaură neagră sunt sfâșiate

Găurile negre sunt puternice și produc câmpuri gravitaționale puternice. Cu cât un obiect este mai aproape de o gaură neagră, cu atât forțele mareelor ​​și gravitația devin mai puternice. Dezvoltarea ulterioară a evenimentelor depinde de masa obiectului, dimensiunea găurii negre și distanța dintre ele. O gaură neagră are o masă care este exact opusă dimensiunii sale. Interesant, cu cât gaura este mai mare, cu atât forțele de maree sunt mai slabe și invers. Astfel, nu toate obiectele sunt rupte când intră în câmpul găurii negre.

Mitul 3. Sateliții artificiali pot orbita Pământul pentru totdeauna

Teoretic, s-ar putea spune așa, dacă nu ar fi influența factorilor secundari. Depinde mult de orbită. Pe o orbită joasă, un satelit nu va putea zbura pentru totdeauna din cauza frânării atmosferice pe orbite înalte poate rămâne într-o stare neschimbată destul de mult timp, dar aici intră în vigoare forțele gravitaționale ale altor obiecte.

Dacă dintre toate planetele ar exista doar Pământul, satelitul ar fi atras de acesta și practic nu și-ar schimba traiectoria. Dar pe orbite înalte obiectul este înconjurat de multe planete, mari și mici, fiecare cu forța sa gravitațională.

În acest caz, satelitul s-ar îndepărta treptat de orbita sa și s-ar mișca haotic. Și, probabil, după ceva timp, s-ar fi prăbușit pe cea mai apropiată suprafață sau s-ar fi mutat pe o altă orbită.

Câteva fapte

1. În unele părți ale Pământului, forța gravitațională este mai slabă decât pe întreaga planetă. De exemplu, în Canada, în regiunea Hudson Bay, forța gravitației este mai mică.
2. Când astronauții se întorc din spațiu pe planeta noastră, la început le este greu să se adapteze la forța gravitațională a globului. Uneori, acest lucru durează câteva luni.
3. Găurile negre au cea mai puternică forță gravitațională dintre obiectele spațiale. O gaură neagră de mărimea unei mingi are mai multă putere decât orice planetă.

În ciuda studiului continuu al forței gravitației, gravitația rămâne nerezolvată. Aceasta înseamnă că cunoștințele științifice rămân limitate și că omenirea are o mulțime de lucruri noi de învățat.

Don DeYoung

Gravitația (sau gravitația) ne menține ferm pe pământ și permite pământului să se rotească în jurul soarelui. Datorită acestei forțe invizibile, ploaia cade pe pământ, iar nivelul apei din ocean crește și scade în fiecare zi. Gravitația menține pământul într-o formă sferică și, de asemenea, împiedică atmosfera noastră să scape în spațiul cosmic. S-ar părea că această forță de atracție observată în fiecare zi ar trebui să fie bine studiată de oamenii de știință. Dar nu! În multe privințe, gravitația rămâne cel mai profund mister al științei. Această forță misterioasă este un exemplu remarcabil al cât de limitate sunt cunoștințele științifice moderne.

Ce este gravitația?

Isaac Newton a fost interesat de această problemă încă din 1686 și a ajuns la concluzia că gravitația este forța de atracție care există între toate obiectele. Și-a dat seama că aceeași forță care face ca mărul să cadă la pământ se află pe orbita lui. De fapt, forța gravitațională a Pământului face ca Luna să se abată de la drumul său drept cu aproximativ un milimetru în fiecare secundă pe măsură ce orbitează Pământul (Figura 1). Legea universală a gravitației a lui Newton este una dintre cele mai mari descoperiri științifice din toate timpurile.

Gravitația este „coarda” care ține obiectele pe orbită

Figura 1. Ilustrație a orbitei lunii, nedesenată la scară. În fiecare secundă, luna parcurge aproximativ 1 km. Pe această distanță, se abate de la calea dreaptă cu aproximativ 1 mm - acest lucru se întâmplă din cauza atracției gravitaționale a Pământului (linia întreruptă). Luna pare să cadă în mod constant în spatele (sau în jurul) pământului, la fel cum planetele cad în jurul soarelui.

Gravitația este una dintre cele patru forțe fundamentale ale naturii (Tabelul 1). Rețineți că dintre cele patru forțe, această forță este cea mai slabă și, totuși, este dominantă în raport cu obiectele spațiale mari. După cum a arătat Newton, forța gravitațională atractivă dintre oricare două mase devine din ce în ce mai mică pe măsură ce distanța dintre ele devine din ce în ce mai mare, dar nu ajunge niciodată complet la zero (vezi „Designul gravitației”).

Prin urmare, fiecare particulă din întregul univers atrage de fapt orice altă particulă. Spre deosebire de forțele interacțiunilor nucleare slabe și puternice, forța de atracție este cu rază lungă (Tabelul 1). Forța magnetică și forța electrică sunt, de asemenea, forțe cu rază lungă de acțiune, dar gravitația este unică prin faptul că este atât cu rază lungă de acțiune, cât și întotdeauna atractivă, ceea ce înseamnă că nu se poate epuiza niciodată (spre deosebire de electromagnetism, în care forțele se pot atrage sau respinge) .

Începând cu marele om de știință Michael Faraday în 1849, fizicienii au căutat continuu legătura ascunsă dintre forța gravitației și forța interacțiunii electromagnetice. În prezent, oamenii de știință încearcă să combine toate cele patru forțe fundamentale într-o singură ecuație sau așa-numita „Teoria a totul”, dar fără rezultat! Gravitația rămâne cea mai misterioasă și mai puțin studiată forță.

Gravitația nu poate fi protejată în niciun fel. Indiferent de compoziția partiției de blocare, aceasta nu are niciun efect asupra atracției dintre două obiecte separate. Aceasta înseamnă că este imposibil să se creeze o cameră antigravitațională în condiții de laborator. Forța gravitației nu depinde de compoziția chimică a obiectelor, ci depinde de masa lor, cunoscută la noi ca greutate (forța gravitațională asupra unui obiect este egală cu greutatea acelui obiect - cu cât masa este mai mare, cu atât este mai mare. forță sau greutate.) Blocurile formate din sticlă, plumb, gheață sau chiar styrofom și care au aceeași masă, vor experimenta (și exercita) aceeași forță gravitațională. Aceste date au fost obținute în timpul experimentelor, iar oamenii de știință încă nu știu cum pot fi explicate teoretic.

Design în gravitație

Forța F dintre două mase m 1 și m 2 situate la distanța r poate fi scrisă ca formula F = (G m 1 m 2)/r 2

Unde G este constanta gravitațională măsurată pentru prima dată de Henry Cavendish în 1798.1

Această ecuație arată că gravitația scade pe măsură ce distanța, r, dintre două obiecte devine mai mare, dar nu ajunge niciodată complet la zero.

Natura dreptului pătratului invers al acestei ecuații este pur și simplu fascinantă. La urma urmei, nu există niciun motiv necesar pentru care gravitația ar trebui să acționeze așa cum face. Într-un univers dezordonat, aleatoriu și în evoluție, puterile arbitrare precum r 1.97 sau r 2.3 ar părea mai probabile. Cu toate acestea, măsurătorile precise au arătat o putere exactă, la cel puțin cinci zecimale, de 2,00000. După cum a spus un cercetător, acest rezultat pare "prea precis".2 Putem concluziona că forța gravitațională indică un design precis, creat. De fapt, dacă gradul s-ar abate chiar și puțin de la 2, orbitele planetelor și întregul univers ar deveni instabile.

Legături și note

1. Tehnic vorbind, G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Thompsen, D., „Foarte precisă despre gravitație”, Știri științifice 118(1):13, 1980.

Deci, ce este exact gravitația? Cum este această forță capabilă să opereze într-un spațiu atât de vast și gol? Și de ce chiar există? Știința nu a fost niciodată capabilă să răspundă la aceste întrebări de bază despre legile naturii. Forța de atracție nu poate apărea lent prin mutație sau selecție naturală. A fost în vigoare încă de la începutul universului. Ca orice altă lege fizică, gravitația este, fără îndoială, o dovadă remarcabilă a creației planificate.

Unii oameni de știință au încercat să explice gravitația folosind particule invizibile, gravitoni, care se mișcă între obiecte. Alții au vorbit despre corzi cosmice și unde gravitaționale. Recent, oamenii de știință care au folosit un laborator LIGO special creat (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) au putut vedea doar efectul undelor gravitaționale. Dar natura acestor unde, modul în care obiectele interacționează fizic între ele pe distanțe mari, schimbându-și avansul, rămâne încă o mare întrebare pentru toată lumea. Pur și simplu nu știm originea forței gravitaționale și cum menține ea stabilitatea întregului univers.

Gravitația și Scriptura

Două pasaje din Biblie ne pot ajuta să înțelegem natura gravitației și a științei fizice în general. Primul pasaj, Coloseni 1:17, explică faptul că Hristos „Există în primul rând și totul depinde de El”. Verbul grecesc sta (συνισταω sunistao) înseamnă: a adera, a ține sau a fi ținut împreună. Folosirea greacă a acestui cuvânt în afara Bibliei înseamnă un vas care conține apă. Cuvântul folosit în cartea Coloseni este la timpul perfect, care indică, în general, o stare prezentă în curs de desfășurare care a apărut dintr-o acțiune trecută finalizată. Unul dintre mecanismele fizice în cauză este, în mod clar, forța gravitației, stabilită de Creator și menținută fără greș astăzi. Imaginează-ți doar: dacă forța gravitației ar înceta pentru o clipă, ar urma fără îndoială haosul. Toate corpurile cerești, inclusiv pământul, luna și stelele, nu ar mai fi ținute împreună. Totul ar fi imediat împărțit în părți separate, mici.

A doua Scriptură, Evrei 1:3, declară că Hristos „El susține toate lucrurile prin cuvântul puterii Sale.” Cuvânt tine (φερω pherō) descrie din nou susținerea sau conservarea a tot, inclusiv gravitația. Cuvânt tine, așa cum este folosit în acest verset, înseamnă mult mai mult decât a ține greutatea. Ea implică controlul asupra tuturor mișcărilor și schimbărilor care au loc în univers. Această sarcină nesfârșită este îndeplinită prin Cuvântul atotputernic al Domnului, prin care universul însuși a început să existe. Gravitația, o „forță misterioasă” care rămâne prost înțeleasă după patru sute de ani de cercetare, este o manifestare a acestei uimitoare griji divine pentru univers.

Distorsiuni de timp și spațiu și găuri negre

Teoria generală a relativității a lui Einstein vede gravitația nu ca pe o forță, ci ca pe curbura spațiului însuși lângă un obiect masiv. Lumina, care urmează în mod tradițional linii drepte, se prevede că va fi îndoită pe măsură ce trece prin spațiul curbat. Acest lucru a fost demonstrat pentru prima dată când astronomul Sir Arthur Eddington a descoperit o schimbare în poziția aparentă a unei stele în timpul unei eclipse totale în 1919, crezând că razele de lumină erau îndoite de gravitația soarelui.

Relativitatea generală prezice, de asemenea, că, dacă un corp este suficient de dens, gravitația sa va distorsiona spațiul atât de mult încât lumina nu poate trece deloc prin el. Un astfel de corp absoarbe lumina și orice altceva care este captat de gravitația sa puternică și este numit o gaură neagră. Un astfel de corp poate fi detectat doar prin efectele sale gravitaționale asupra altor obiecte, prin curbarea puternică a luminii în jurul său și prin radiația puternică emisă de materia care cade pe el.

Toată materia din interiorul unei găuri negre este comprimată în centru, care are o densitate infinită. „Mărimea” găurii este determinată de orizontul evenimentului, adică. o graniță care înconjoară centrul unei găuri negre și nimic (nici măcar lumina) nu poate trece dincolo de ea. Raza găurii se numește raza Schwarzschild, după astronomul german Karl Schwarzschild (1873–1916), și se calculează prin formula RS = 2GM/c 2, unde c este viteza luminii în vid. Dacă soarele ar cădea într-o gaură neagră, raza lui Schwarzschild ar fi de numai 3 km.

Există dovezi bune că, după ce o stea masivă rămâne fără combustibil nuclear, nu mai poate rezista să se prăbușească sub propria sa greutate enormă și cade într-o gaură neagră. Se crede că găurile negre cu masa de miliarde de sori există în centrele galaxiilor, inclusiv în propria noastră galaxie, Calea Lactee. Mulți oameni de știință cred că obiectele super-luminoase și foarte îndepărtate numite quasari valorifică energia eliberată atunci când materia cade într-o gaură neagră.

Conform predicțiilor relativității generale, gravitația distorsionează și timpul. Acest lucru a fost confirmat și de ceasurile atomice foarte precise, care rulează cu câteva microsecunde mai încet la nivelul mării decât în ​​zonele deasupra nivelului mării, unde gravitația Pământului este puțin mai slabă. În apropierea orizontului evenimentului, acest fenomen este mai vizibil. Dacă privim ceasul unui astronaut în timp ce acesta se apropie de orizontul evenimentelor, vom vedea că ceasul merge mai încet. Odată intrat în orizontul evenimentelor, ceasul se va opri, dar nu îl vom putea vedea niciodată. În schimb, un astronaut nu va observa că ceasul lui merge mai încet, dar va vedea că ceasul nostru merge din ce în ce mai repede.

Principalul pericol pentru un astronaut în apropierea unei găuri negre ar fi forțele de maree cauzate de faptul că gravitația este mai puternică pe părțile corpului care sunt mai aproape de gaura neagră decât pe părțile mai îndepărtate de aceasta. Puterea forțelor mareelor ​​din apropierea unei găuri negre cu masa unei stele este mai puternică decât orice uragan și rupe ușor în bucăți mici tot ce le iese în cale. Totuși, în timp ce atracția gravitațională scade odată cu pătratul distanței (1/r 2), influența mareelor ​​scade odată cu cubul distanței (1/r 3). Prin urmare, contrar înțelepciunii convenționale, forța gravitațională (inclusiv forța mareelor) la orizonturile de evenimente ale găurilor negre mari este mai slabă decât la găurile negre mici. Deci, forțele de maree la orizontul de evenimente al unei găuri negre din spațiul observabil ar fi mai puțin vizibile decât briza cea mai blândă.

Întinderea timpului prin gravitație în apropierea orizontului evenimentelor stă la baza noului model cosmologic al fizicianului creației Dr. Russell Humphreys, pe care îl descrie în cartea sa Starlight and Time. Acest model poate ajuta la rezolvarea problemei cum putem vedea lumina stelelor îndepărtate în universul tânăr. În plus, astăzi este o alternativă științifică la cea non-biblică, care se bazează pe presupuneri filozofice care depășesc sfera științei.

Nota

Gravitația, o „forță misterioasă” care, chiar și după patru sute de ani de cercetări, rămâne prost înțeleasă...

Isaac Newton (1642–1727)

Foto: Wikipedia.org

Isaac Newton (1642–1727)

Isaac Newton și-a publicat descoperirile despre gravitație și mișcarea corpurilor cerești în 1687, în celebra sa lucrare „ Principii matematice" Unii cititori au ajuns rapid la concluzia că universul lui Newton nu lăsa loc lui Dumnezeu, deoarece totul putea fi explicat acum folosind ecuații. Dar Newton nu credea deloc așa, așa cum a spus în a doua ediție a acestei celebre lucrări:

„Cel mai frumos sistem solar, planete și comete ale noastre nu pot fi decât rezultatul planului și stăpânirii unei ființe inteligente și puternice.”

Isaac Newton nu a fost doar un om de știință. Pe lângă știință, și-a dedicat aproape întreaga viață studiului Bibliei. Cărțile lui biblice preferate au fost cartea lui Daniel și cartea Apocalipsa, care descriu planurile lui Dumnezeu pentru viitor. De fapt, Newton a scris mai multe lucrări teologice decât științifice.

Newton a fost respectuos cu alți oameni de știință, precum Galileo Galilei. Apropo, Newton s-a născut în același an în care a murit Galileo, în 1642. Newton a scris în scrisoarea sa: „Dacă am văzut mai departe decât alții, a fost pentru că am stat în picioare umerii giganți”. Cu puțin timp înainte de moartea sa, reflectând probabil asupra misterului gravitației, Newton a scris cu modestie: „Nu știu cum mă percepe lumea, dar mie mi se pare doar un băiat care se joacă pe malul mării, care se distrează găsind din când în când o pietricică mai colorată decât celelalte, sau o scoică frumoasă, în timp ce un ocean uriaș. a adevărului neexplorat.”

Newton este înmormântat în Westminster Abbey. Inscripția latină de pe mormântul său se termină cu cuvintele: „Să se bucure muritorii că o astfel de podoabă a rasei umane a trăit printre ei.”.

Cel mai important fenomen studiat constant de fizicieni este mișcarea. Fenomene electromagnetice, legile mecanicii, procese termodinamice și cuantice - toate acestea reprezintă o gamă largă de fragmente din univers studiate de fizică. Și toate aceste procese se reduc, într-un fel sau altul, la un singur lucru - la.

Totul în Univers se mișcă. Gravitația este un fenomen comun pentru toți oamenii încă din copilărie, ne-am născut în câmpul gravitațional al planetei noastre, acest fenomen fizic este perceput de noi la cel mai profund nivel intuitiv și, s-ar părea, nici măcar nu necesită studiu.

Dar, din păcate, întrebarea este de ce și cum se atrag toate corpurile unele pe altele, rămâne până în prezent nedezvăluită pe deplin, deși a fost studiat în lung și larg.

În acest articol ne vom uita la ce este atracția universală conform lui Newton - teoria clasică a gravitației. Cu toate acestea, înainte de a trece la formule și exemple, vom vorbi despre esența problemei atracției și vom da o definiție.

Poate că studiul gravitației a devenit începutul filosofiei naturale (știința înțelegerii esenței lucrurilor), poate că filosofia naturii a dat naștere la întrebarea esenței gravitației, dar, într-un fel sau altul, problema gravitației corpurilor. a devenit interesat de Grecia antică.

Mișcarea a fost înțeleasă ca esența caracteristicii senzoriale a corpului sau, mai degrabă, corpul se mișca în timp ce observatorul îl vedea. Dacă nu putem măsura, cântări sau simți un fenomen, înseamnă asta că acest fenomen nu există? Desigur, nu înseamnă asta. Și de când Aristotel a înțeles acest lucru, au început reflecțiile asupra esenței gravitației.

După cum se dovedește astăzi, după multe zeci de secole, gravitația este baza nu numai a gravitației și a atracției planetei noastre, ci și la baza originii Universului și a aproape toate particulele elementare existente.

Sarcina de mișcare

Să facem un experiment de gândire. Să luăm o minge mică în mâna stângă. Să o luăm pe aceeași pe dreapta. Să eliberăm mingea potrivită și va începe să cadă. Cel stâng rămâne în mână, este încă nemișcat.

Să oprim mental trecerea timpului. Mingea dreaptă care cade „atârnă” în aer, cea stângă rămâne încă în mână. Mingea dreaptă este înzestrată cu „energia” mișcării, cea stângă nu. Dar care este diferența profundă și semnificativă dintre ele?

Unde, în ce parte a mingii care căde este scris că ar trebui să se miște? Are aceeași masă, același volum. Are aceiași atomi și nu diferă cu nimic de atomii unei mingi în repaus. minge are? Da, acesta este răspunsul corect, dar de unde știe mingea ce are energie potențială, unde este înregistrată în ea?

Tocmai aceasta este sarcina pe care și-au pus-o Aristotel, Newton și Albert Einstein. Și toți cei trei gânditori geniali au rezolvat parțial această problemă pentru ei înșiși, dar astăzi există o serie de probleme care necesită rezolvare.

gravitația lui Newton

În 1666, cel mai mare fizician și mecanic englez I. Newton a descoperit o lege care poate calcula cantitativ forța datorită căreia toată materia din Univers tinde între ele. Acest fenomen se numește gravitație universală. Când ești întrebat: „Formulează legea gravitației universale”, răspunsul tău ar trebui să sune astfel:

Se localizează forța de interacțiune gravitațională care contribuie la atracția a două corpuri direct proporţional cu masele acestor corpuriși invers proporțional cu distanța dintre ele.

Important! Legea atracției lui Newton folosește termenul „distanță”. Acest termen ar trebui înțeles nu ca distanța dintre suprafețele corpurilor, ci ca distanța dintre centrele lor de greutate. De exemplu, dacă două bile cu raze r1 și r2 se află una peste alta, atunci distanța dintre suprafețele lor este zero, dar există o forță atractivă. Chestia este că distanța dintre centrele lor r1+r2 este diferită de zero. La scară cosmică, această clarificare nu este importantă, dar pentru un satelit aflat pe orbită, această distanță este egală cu înălțimea deasupra suprafeței plus raza planetei noastre. Distanța dintre Pământ și Lună este măsurată și ca distanța dintre centrele lor, nu suprafețele lor.

Pentru legea gravitației formula este următoarea:

,

• F – forța de atracție,
• - mase,
• r – distanta,
• G – constantă gravitațională egală cu 6,67·10−11 m³/(kg·s²).

Ce este greutatea, dacă ne uităm doar la forța gravitației?

Forța este o mărime vectorială, dar în legea gravitației universale este scrisă în mod tradițional ca un scalar. Într-o imagine vectorială, legea va arăta astfel:

.

Dar asta nu înseamnă că forța este invers proporțională cu cubul distanței dintre centre. Relația trebuie percepută ca un vector unitar direcționat de la un centru la altul:

.

Legea interacțiunii gravitaționale

Greutate și gravitate

Luând în considerare legea gravitației, se poate înțelege că nu este de mirare că noi personal simțim gravitația Soarelui mult mai slabă decât cea a Pământului. Deși Soarele masiv are o masă mare, este foarte departe de noi. este, de asemenea, departe de Soare, dar este atras de acesta, deoarece are o masă mare. Cum să găsiți forța gravitațională a două corpuri, și anume cum să calculați forța gravitațională a Soarelui, a Pământului și a dvs. și a mea - ne vom ocupa de această problemă puțin mai târziu.

Din câte știm, forța gravitației este:

unde m este masa noastră și g este accelerația căderii libere a Pământului (9,81 m/s 2).

Important! Nu există două, trei, zece tipuri de forțe atractive. Gravitația este singura forță care dă o caracteristică cantitativă de atracție. Greutatea (P = mg) și forța gravitațională sunt același lucru.

Dacă m este masa noastră, M este masa globului, R este raza acestuia, atunci forța gravitațională care acționează asupra noastră este egală cu:

Astfel, deoarece F = mg:

.

Masele m sunt reduse, iar expresia pentru accelerația căderii libere rămâne:

După cum putem vedea, accelerația gravitației este cu adevărat o valoare constantă, deoarece formula sa include cantități constante - raza, masa Pământului și constanta gravitațională. Înlocuind valorile acestor constante, ne asigurăm că accelerația gravitației este egală cu 9,81 m/s 2.

La diferite latitudini, raza planetei este ușor diferită, deoarece Pământul nu este încă o sferă perfectă. Din această cauză, accelerația căderii libere în puncte individuale de pe glob este diferită.

Să revenim la atracția Pământului și a Soarelui. Să încercăm să demonstrăm cu un exemplu că globul ne atrage pe tine și pe mine mai puternic decât Soarele.

Pentru comoditate, să luăm masa unei persoane: m = 100 kg. Apoi:

• Distanța dintre o persoană și glob este egală cu raza planetei: R = 6,4∙10 6 m.
• Masa Pământului este: M ≈ 6∙10 24 kg.
• Masa Soarelui este: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
• Distanța dintre planeta noastră și Soare (între Soare și om): r=15∙10 10 m.

Atracția gravitațională dintre om și Pământ:

Acest rezultat este destul de evident din expresia mai simplă pentru greutate (P = mg).

Forța de atracție gravitațională dintre om și Soare:

După cum putem vedea, planeta noastră ne atrage de aproape 2000 de ori mai puternic.

Cum să găsiți forța de atracție dintre Pământ și Soare? După cum urmează:

Acum vedem că Soarele atrage planeta noastră cu mai mult de un miliard de miliarde de ori mai puternic decât ne atrage planeta pe tine și pe mine.

Prima viteză de evacuare

După ce Isaac Newton a descoperit legea gravitației universale, a devenit interesat de cât de repede trebuie aruncat un corp, astfel încât, după ce a depășit câmpul gravitațional, să părăsească globul pentru totdeauna.

Adevărat, el și-a imaginat-o puțin diferit, în înțelegerea lui nu era o rachetă verticală îndreptată spre cer, ci un corp care a făcut un salt pe orizontală din vârful unui munte. Aceasta a fost o ilustrare logică pentru că În vârful muntelui forța gravitațională este puțin mai mică.

Deci, în vârful Everestului, accelerația gravitației nu va fi obișnuită de 9,8 m/s 2 , ci aproape m/s 2 . Din acest motiv, aerul de acolo este atât de subțire, încât particulele de aer nu mai sunt la fel de legate de gravitație precum cele care „cădeau” la suprafață.

Să încercăm să aflăm care este viteza de evacuare.

Prima viteză de evacuare v1 este viteza cu care corpul părăsește suprafața Pământului (sau a unei alte planete) și intră pe o orbită circulară.

Să încercăm să aflăm valoarea numerică a acestei valori pentru planeta noastră.

Să scriem a doua lege a lui Newton pentru un corp care se rotește în jurul unei planete pe o orbită circulară:

,

unde h este înălțimea corpului deasupra suprafeței, R este raza Pământului.

Pe orbită, un corp este supus unei accelerații centrifuge, astfel:

.

Masele sunt reduse, obținem:

,

Această viteză se numește prima viteză de evacuare:

După cum puteți vedea, viteza de evacuare este absolut independentă de masa corporală. Astfel, orice obiect accelerat la o viteză de 7,9 km/s va părăsi planeta noastră și va intra pe orbita ei.

Prima viteză de evacuare

A doua viteză de evacuare

Cu toate acestea, chiar dacă am accelerat corpul până la prima viteză de evacuare, nu vom putea rupe complet legătura gravitațională cu Pământul. Acesta este motivul pentru care avem nevoie de o a doua viteză de evacuare. Când această viteză este atinsă corpul părăsește câmpul gravitațional al planeteiși toate orbitele închise posibile.

Important! Adesea se crede în mod eronat că, pentru a ajunge pe Lună, astronauții trebuiau să atingă a doua viteză de evacuare, pentru că mai întâi trebuiau să se „deconecteze” de câmpul gravitațional al planetei. Nu este așa: perechea Pământ-Lună se află în câmpul gravitațional al Pământului. Centrul lor comun de greutate este în interiorul globului.

Pentru a găsi această viteză, să punem problema puțin diferit. Să presupunem că un corp zboară de la infinit pe o planetă. Întrebare: ce viteză se va atinge la suprafață la aterizare (fără a ține cont de atmosferă, desigur)? Aceasta este exact viteza corpul va trebui să părăsească planeta.

Legea gravitației universale. Fizica clasa a IX-a

Legea gravitației universale.

Concluzie

Am aflat că, deși gravitația este principala forță a Universului, multe dintre motivele acestui fenomen rămân încă un mister. Am învățat ce este forța de gravitație universală a lui Newton, am învățat să o calculăm pentru diverse corpuri și am studiat, de asemenea, câteva consecințe utile care decurg dintr-un astfel de fenomen precum legea universală a gravitației.