Gravitacija - što je to? Sile gravitacije. Zemljina gravitacija

Čovječanstvo od davnih vremena razmišljao o tome kako je svijet oko nas. Zašto je trava raste, zašto sunce sija, zašto ne možemo letjeti ... Potonji je, uzgred, uvijek posebno zanimaju ljudi. Sada znamo da je uzrok svega - gravitacije. Šta je to, i zašto ovaj fenomen je toliko važno u skali svemira, mi smo reviziju danas.

prodrome

Istraživači su ustanovili da su svi masivnih tijela doživjeti obostranu privlačnost jedni prema drugima. Kasnije se ispostavilo da je to misteriozna sila izaziva kretanje nebeskih tijela i njihove stalne orbite. Isti teorije gravitacije formulisana genija Isaak Nyuton, čiji hipoteze su predodređeni razvoj fizike za mnoge vekovima. Razvijen i nastavak (iako u sasvim drugom pravcu) je naučnik Albert Einstein - jedan od najvećih umova prošlog stoljeća.

Stoljećima, naučnici uočili privlačnost, pokušavajući da razumiju i izmjeriti. Konačno, staviti u službu humanosti u proteklih nekoliko decenija (u nekom smislu, naravno), čak i takva stvar kao što je gravitacija. Šta je to, što je definicija izraza koji se razmatra u modernoj nauci?

naučna definicija

Ako pogledate spisima drevnih filozofa, to je moguće saznati da latinske riječi je "ozbiljnosti" znači "težine", "privlačnosti". Danas, naučnici su se zove univerzalna i stalna interakcija između materijalnog tijela. Ako je ova sila je relativno slaba, a vrijedi samo za objekte koji se kreću znatno sporiji nego brzini svjetlosti, to je na njih primjenjuju Newton teoriju. Ako to nije slučaj, trebalo bi da koristite nalaze Einstein.

Početka: Trenutno, priroda gravitacije nije u potpunosti shvaćena u načelu. Šta je to, mi još uvijek ne u potpunosti prisutan.

Teorije Newton i Einstein

Prema klasičnom učenju Isaaka Nyutona, svi organi su se jedan drugome sa silom direktno proporcionalna je njihova masa obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti koji se nalazi između njih. Einstein je tvrdio da (prostor zakrivljenost je moguće samo ako sadrži supstancu) gravitacija između objekata prikazani u slučaju zakrivljenog vremena i prostora.

Ova ideja je bila vrlo duboka, ali nedavna istraživanja pokazuju da neke nepreciznosti. Danas se vjeruje da je gravitacija tim je veće savijanje u svemiru jedini prostor: put može usporiti pa čak i zaustaviti, ali stvarnost se mijenja oblik teorije privremena stvar nije potvrđena. Zato je klasična Einstein jednadžba ne pruža ni šanse da će područje i dalje utjecati na materiju, a samim tim magnetno polje.

Što više znamo zakon gravitacije (gravitacija), od kojih je matematički izraz je u vlasništvu kako vrijeme Newton:

\ [F = γ \ frac [-1.2] {m_1 m_2} {r ^ 2} \]

Pod γ shvatio gravitaciona konstanta (G simbol ponekad koristi), vrijednost koja je jednaka 6,67545 × 10-11 m³ / (kg · s²).

Interakcija između elementarnih čestica

Neverovatna složenost okolno područje je u velikoj mjeri povezana s beskonačnim brojem elementarnih čestica. Između njih, tu su i razne interakcije na tim nivoima o kojima možemo samo nagađati. Međutim, sve vrste interakcija elementarnih čestica međusobno značajno razlikuju u njihovoj snazi.

Najmoćniji od svih poznatih snage udružiti komponente atomskog jezgra. Odvojiti ih, morate provesti zaista kolosalne količine energije. Što se elektroni, oni su "vezane" za kernel samo obični elektromagnetne interakcije. Da ga zaustavi, ponekad prilično energije koja se pojavljuje kao rezultat od najčešćih kemijske reakcije. Gravitacija je (o čemu se radi, već znate) u verziji atoma i subatomskih čestica je najlakši vrsta interakcije.

Gravitacionog polja u ovom slučaju je toliko slaba da je teško zamisliti. Čudno dovoljno, ali kretanje nebeskih tijela, čija je težina ponekad nemoguće zamisliti, "slijediti" oni. Sve ovo je moguće zahvaljujući dva karakteristike gravitacije koja je posebno izraženo u slučaju velikih fizičkih objekata:

• Za razliku od atomskih sila gravitacija znatno više udaljene od objekta. Dakle, Zemljina gravitacija drži u svom polju, pa čak i mjesec, a sličan snagu Jupiterove orbite lako podržava više satelita, masa od kojih je svaki porediti sa zemlje!
• Osim toga, uvijek osigurava privlačnost između objekata, udaljenost, ova sila je oslabljena pri malim brzinama.

Formiranje više ili manje koherentan teorija gravitacije je relativno, a to je, kao rezultat stoljetne posmatranja kretanja planeta i drugih nebeskih tijela. Značajno olakšava činjenica da se kreće u vakuumu, gdje jednostavno nema druge moguće interakcije zadatak. Galileo i Kepler - dva istaknuta astronom vremena, njihov najvredniji zapažanja su pomogli da se otvori put za nova otkrića.

Ali samo veliki Isaak Nyuton bio u stanju uspostaviti prvi teorije gravitacije i izražavaju se u matematičkom mapiranje. To je bio prvi zakon gravitacije, matematičke mapiranja koji je gore navedene.

Njutnov zaključke i neke od njegovih prethodnika

Za razliku od drugih fizičkih pojava koje postoje u svijetu oko nas, gravitacija manifestuje uvijek i svuda. Treba shvatiti da pojam "Zero Gravity", koji se često nalaze u pseudo-naučnih krugova, to nije tačno: čak bestežinskom stanju u prostoru, ne znači da je osoba ili svemirski brod nije važeća atrakciju nekom masivnom objektu.

Osim toga, sav materijal tijela imaju određenu težinu, koja se izražava u obliku sila koja je primijenjena na njih, a ubrzanje proizvedeni zbog ovog izlaganja.

Dakle, gravitacijska sila je proporcionalna masi objektima. Brojčano, oni se mogu izraziti, primanje i proizvod mase tijela. Ova sila poštuje striktno inverzna ovisnost o kvadratu udaljenosti između objekata. Sve ostale interakcija vrlo različito ovisno o udaljenosti između dva tijela.

Masu kao temelj teorije

Niz objekata postala posebno kontroverzno tačka oko koje je izgrađen cijeli moderne teorije gravitacije i Einstein je relativnosti. Ako se sjećate drugi zakon Newton, onda već znate da je težina je obavezan osobina svakog fizičkog materijalnog tela. To pokazuje kako će se predmet ponašati u slučaju da budu podvrgnuti snage, bez obzira na porijeklo.

Budući da su svi tijela (prema Newton) kada su izloženi spoljne sile ubrzan, odnosno masovna određuje koliki je to ubrzanje. Razmotriti više jasan primjer. Zamislite skutera i autobus: ako se prema njima primjenjuju isti efekt, došli su do različitih brzina nejednakog vremena. Sve ovo se objašnjava teorijom gravitacije.

Kakav je odnos mase i gravitacije?

Ako govorimo o gravitaciji, masa ovog fenomena igra ulogu potpuno suprotna onoj koja se igra u odnosu na vlast i ubrzanje objekta. To je primarni izvor privlačnosti. Ako pogledate na dva tijela i sila kojom privlače treći objekat, koji se nalazi na jednakoj udaljenosti od prva dva, a onda je odnos snaga jednak omjer mase prva dva objektima. Dakle, atraktivna sila je direktno proporcionalna tjelesne težine.

Ako uzmemo u obzir treći zakon Njutna, moguće je kako bi bili sigurni da točno kaže istu stvar. Gravitaciona sila koja djeluje na dva tijela odlaže na jednakoj udaljenosti od izvora privlačnosti, direktno zavisi od mase objekata podataka. U svakodnevnom životu govorimo o moći s kojom je tijelo privlači na površinu planete, kao što joj naziv.

Neka nas sumiramo. Dakle, masovna je usko povezan sa snagom i ubrzanje. U isto vrijeme određuje silu kojom će tijelo djelovati na privlačnost.

Ima ubrzanje tijela u gravitacionom polju

Ova neverovatna dvojnost je razlog da je u istom gravitacionom polju ubrzanja sasvim različitih objekata će biti jednaki. Pretpostavimo da imamo dva tijela. Dodijeliti jednu od njih z mase, a drugi - Z. Oba objekta su bacili na zemlju, koja slobodno pada.

Kao što je određeno odnosom snaga privlačenja? To pokazuje jednostavna matematička formula - z / Z. To je samo ubrzanje dobiju kao rezultat sile gravitacije će biti isti. Jednostavno rečeno, ubrzanje da je tijelo u gravitacionom polju ne zavisi od njegovih svojstava.

Šta određuje ubrzanje opisana u ovom slučaju?

To ovisi samo (!) Težine predmeta koji stvaraju ove oblasti, kao i njihov prostorni položaj. Dvostruku ulogu masovnih i ubrzanje jednaka različitih tijela u gravitacionom polju je već relativno otvoren za dugo vremena. Ovi fenomeni imaju sljedeće naslov: "ekvivalencije principu". Ovaj termin jednom da je ubrzanje i inercije često ekvivalent (u određenoj mjeri, naravno) naglašava.

Važnost vrijednosti G

pamtimo iz škole fizike naravno, da je ubrzanje gravitacije na površini naše planete (Zemljina gravitacija) je 10 m / sek.² (9.8 naravno, ali ova vrijednost se koristi radi lakšeg računanja). Stoga, ne uzimajući u obzir otpornost vazduha (na značajan visini na maloj udaljenosti incidencije), a zatim efekat dobija kada se tijelo stekne povećanje ubrzanja od 10 m / sek. svake sekunde. Na primjer, knjiga koja je pala sa drugog sprata kuće, do kraja svoje misije će se kreće brzinom od 30-40 m / s. Jednostavno rečeno, 10 m / s - to je "brzina" gravitacije unutar Zemlje.

Ubrzanje gravitacije u fizici literaturi označava «g» pismo. S obzirom da je oblik Zemlje u određenoj mjeri više kao mandarine nego loptu, vrijednost ove količine nije u svim svojim područjima je ista. Tako je u gore ubrzanje polova, i to postaje manja na visokim vrhovima planina.

Čak u rudarskoj industriji ne igra nikakvu malu ulogu da je gravitacija. Fiziku ovog fenomena ponekad štedi puno vremena. Dakle, geolozi su posebno zainteresirani za savršeno preciznu definiciju g, jer omogućava izuzetnu preciznost istražuju i pronalaženje mineralnih sirovina. Usput, izgleda da gravitacija formula u kojoj vrijednost igra ulogu u obzir kod nas? Evo je:

F = G x M1xM2 / R2

Obrati pažnju! U ovom slučaju, gravitacija formula podrazumijeva G «gravitacionu konstantu", vrijednost koju smo već dali iznad.

U to vrijeme, Njutn formulirana načela iznad izraženog. On je znao, i jedinstvo i univerzalnost sila gravitacije, ali sve aspekte fenomena nije mogao opisati. Ta čast je pao na Alberta Eynshteyna, koji je bio u stanju da objasni princip ekvivalencije. Da čovječanstvo duguje svoju sadašnju razumijevanje prirode prostorno-vremenskom kontinuumu.

Teorija relativnosti Alberta Eynshteyna rad

U vremenu od Isaaka Nyutona vjerovali da je polazna tačka može biti predstavljeni u obliku neke teške "šipke", kojim je instaliran položaj tijela u prostornom koordinatnom sistemu. Istovremeno se pretpostavljalo da su svi posmatrači, koji u vidu ove koordinate će biti u istom vremenskom periodu. Tih godina, ova situacija se smatra kako je očigledno da nije bilo pokušaja da se ospori ili dodati na njega. To je i razumljivo, jer je granica naše planete nema odstupanja u ovo pravilo br.

Einstein je dokazao da je preciznost mjerenja bi zaista značajan ako hipotetički sat se kreće sporije nego brzine svetlosti. Jednostavno rečeno, ako jedan posmatrač kreće sporije od brzine svjetlosti, će pratiti dva događaja, oni se dogoditi za njega u isto vrijeme. U skladu s tim, za drugi posmatrač? stope koja je ista ili više događaja se mogu javiti u različitim vremenima.

Ali sila gravitacije se odnosi na teoriju relativnosti? Neka nam otvori pitanje u detaljima.

Vezu između teorije relativnosti i gravitacionih sila

U posljednjih nekoliko godina, to je ogroman broj otkrića na polju subatomske čestice. Sve veći uvjerenje da smo o tome da konačnog čestice, iza koje naš svijet ne može slomiti. Postaje uporan potrebu da se tačno zna kako da utiče na sitne "cigle" našeg svemira su osnovne sile koje su otkrivene u prošlog stoljeća, pa čak i ranije. Posebno boli da još nije objasnio samu prirodu gravitacije.

Zato je, nakon što je Einstein, koji je uspostavio "nesposobnost" klasične Njutnovoj mehanike u razmatranom području, istraživači fokusirali na kompletan promišljanje prethodno dobivenih podataka. Na mnogo načina, revizija je prošla, gravitacija. Ono što je na nivou subatomskih čestica? Da li ima barem neke vrijednosti u ovom čudesnom višedimenzionalni svijet?

Jednostavno rješenje?

Isprva, mnogi su mislili da je raskorak Njutnov gravitacije i teorija relativnosti može se objasniti vrlo jednostavno, analogija iz elektrodinamike. To bi bilo moguće pretpostaviti da gravitaciono polje širi kao magnetno polje, nakon čega je moguće da se proglasi "posrednika" u interakcijama nebeskih tijela, objašnjava mnoge nelogičnosti starog i novog teoriju. Činjenica je da je onda bi se uzeti u obzir relativna brzina širenja snage bile znatno niže svjetlo. Od gravitacije i vremenski ograničene?

U principu, sam Einstein skoro dobio za izgradnju relativistička teorija zasniva se na takve stavove, to je samo jedna stvar spriječiti svoju namjeru. Nijedan od naučnika tog vremena nisu imali bilo kakvu informaciju koja bi mogla da pomogne odrediti "speed" gravitacije. Ali bilo je mnogo informacija koje se odnose na kretanje velike mase. Kao što znate, oni su samo radili je priznati izvor moćne gravitacionog polja.

Velike brzine u velikoj mjeri utjecati na tjelesnu težinu, a to je ni na koji način sličan interakcije brzinu i snagu. Što je veća brzina, veća je tjelesne težine. Problem je u tome što potonji se automatski postati beskonačna u slučaju kretanja s brzinom svjetlosti ili više. Tako Einstein je zaključio da ne postoji gravitacija, i tenzora polje opisati koji treba koristiti mnogo više varijabla.

Njegovi sledbenici je došao do zaključka da je gravitacija i praktično nisu u vezi. Činjenica da je ovo vrlo tenzor polje može djelovati na prostoru, ali na vrijeme da se ne tiču. Međutim, sjajan fizičar Stephen Hawking modernosti imaju drugu točku gledišta. Ali to je druga priča ...