Gravity - hva er det? Tyngdekraften. Jordens tyngdekraft

Menneskeheten siden antikken tenkt på hvordan verden rundt oss. Hvorfor er gresset vokser, hvorfor solen skinner, hvorfor kan vi ikke fly ... Den sistnevnte, forresten, er alltid spesielt interessert i mennesker. Nå vet vi at årsaken til alt - gravitasjon. Hva er det, og hvorfor dette fenomenet er så viktig i omfanget av universet, vurderer vi i dag.

prodrome

Forskerne fant at alle massive legemer oppleve en gjensidig tiltrekning til hverandre. Senere viste det seg at denne mystiske kraften forårsaker bevegelsen av himmellegemer og deres faste baner. Det samme gravitasjonsteori formulert geni Isaak Nyuton, som hypoteser har bestemt utviklingen av fysikk i mange hundre år framover. Utviklet og fortsatte (riktignok i en helt annen retning) er en vitenskapsmannen Albert Einstein - en av de største tenkere av forrige århundre.

I århundrer har forskere observert attraksjon, prøver å forstå og måle den. Endelig satt til tjeneste for menneskeheten de siste tiårene (i en viss forstand, selvfølgelig) selv noe slikt som gravitasjon. Hva er det, hva er definisjonen av begrepet under vurdering i moderne vitenskap?

vitenskapelig definisjon

Hvis du undersøke skriftene til gamle filosofer, er det mulig å finne ut at det latinske ordet "de gravitas" betyr "tyngde", "attraksjon". I dag har forskere kalt den universelle og konstant interaksjon mellom materielle organer. Hvis denne kraften er relativt svak, og er bare gyldig for objekter som beveger seg betydelig langsommere enn lysets hastighet, er det aktuelt for dem Newtons teori. Hvis det ikke er tilfelle, bør du bruke resultatene av Einstein.

Utgangspunktet: Foreløpig er innholdet av tyngdekraften ikke fullt ut forstått i prinsippet. Hva det er, vi har fortsatt ikke helt til stede.

Teorier om Newton og Einstein

I henhold til den klassiske undervisning av Isaaka Nyutona, er alle organer tiltrukket av hverandre med en kraft som er direkte proporsjonal med deres masse er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden som ligger mellom dem. Einstein hevdet at tyngdekraften mellom objekter som er vist i det tilfellet med kurvet tid og rom (plass en krumning er bare mulig hvis den inneholder en substans).

Denne ideen var veldig dyp, men nyere studier viser det noen unøyaktighet. I dag er det antatt at tyngdekraften fordreier i verdensrommet bare plass: tid kan bremse ned og stoppe, men realiteten er å endre formen på en midlertidig sak teorien har ikke blitt bekreftet. Det er derfor den klassiske ligningen Einstein ikke gi enda en sjanse for at området vil fortsette å påvirke saken og det resulterende magnetfeltet.

Jo mer vi vet tyngdeloven (tyngdekraften), den matematiske uttrykk som eies som tiden Newton:

\ [F = γ \ frac [-1,2] {M_1 m_2} {r ^ 2} \]

Under γ forstått gravitasjonskonstanten (G symbol noen ganger brukt), hvis verdi er lik 6.67545 x 10-11 m³ / (kg · s²).

Interaksjon mellom elementærpartiklene

Den utro kompleksiteten av det omkringliggende området er hovedsakelig knyttet til et uendelig antall elementærpartikler. Mellom dem er det også ulike interaksjoner på disse nivåene og som vi bare kan gjette. Men alle typer interaksjoner av elementærpartikler med hverandre varierer betydelig i deres effekt.

Den mektigste av alle kjente krefter gå sammen komponentene i atomkjernen. For å skille dem, må du bruke en virkelig kolossal mengde energi. Når det gjelder de elektroner, er de "bundet" til kjernen bare vanlig elektromagnetisk vekselvirkning. For å stoppe det, noen ganger ganske energien som vises som et resultat av de vanligste kjemisk reaksjon. Gravity er (hva det er, du allerede vet) i den versjonen av atomer og subatomære partikler er den enkleste form for interaksjon.

Gravitasjonsfeltet i dette tilfellet er så svak at det er vanskelig å forestille seg. Merkelig nok, men bevegelsen av himmellegemer, som veide noen ganger umulig å forestille seg, "følge" de. Alt dette er mulig takket være to funksjoner av tyngdekraften som er spesielt uttalt i tilfelle av store fysiske objekter:

• I motsetning til atomic force gravitasjonskraften betydelig mer fjernt fra objektet. Således holder jordens gravitasjons i sitt felt, selv månen, og en tilsvarende kraft for Jupiter bane støtter lett flere satellitter, er massen av hver av disse sammenlignes med jord!
• I tillegg sikrer den alltid tiltrekningen mellom objekter, avstanden, denne kraft blir svekket ved lav hastighet.

Dannelse av et mer eller mindre koherent gravitasjonsteori er relativt ny, og det er som et resultat av flere hundre år gamle observasjoner av bevegelse av planetene og andre himmellegemer. Oppgaven betydelig enklere ved at de beveger seg i et vakuum, der det er rett og slett ingen andre mulige interaksjoner. Galileo og Kepler - to fremtredende astronomen av tiden, har sine mest verdifulle observasjoner bidratt til å bane vei for nye funn.

Men bare den store Isaak Nyuton var i stand til å etablere det første gravitasjonsteori og uttrykke det i matematisk kartlegging. Det var den første loven om gravitasjon, matematisk kartlegging som er gitt ovenfor.

Newtons konklusjoner og noen av hans forgjengere

I motsetning til andre fysiske fenomener som eksisterer i verden rundt oss, manifesterer gravitasjon seg alltid og overalt. Det bør bli forstått at begrepet "null gravitasjon", som ofte finnes i pseudo-vitenskapelige sirkler, er det ikke riktig: selv vektløshet i rommet betyr ikke at en person eller et romskip er ikke gyldig attraksjon av en massiv gjenstand.

I tillegg har alle materiallegemene har en viss vekt, som er uttrykt i form av en kraft som ble påført dem, og akselerasjonen som produseres på grunn av denne eksponeringen.

Således er den gravitasjonskraft som er proporsjonal med massen av objekter. Numerisk, kan de uttrykkes, som mottar både produktet av massene av legemene. Denne kraft adlyder strengt invers avhengighet av kvadratet av avstanden mellom stedene. All annen samhandling svært forskjellig avhengig av avstanden mellom de to organer.

Mass som en hjørnestein i teorien

En rekke gjenstander ble spesielt kontroversielle punktet som er bygget hele moderne teori om gravitasjon og Einsteins relativitetsteori. Hvis du husker den andre lov Newton, da du allerede vet at vekt er et obligatorisk trekk ved enhver fysisk materiell kropp. Den viser hvordan objektet vil oppføre seg i saken for å bli utsatt for krefter, uavhengig av dens opprinnelse.

Siden alle legemet (i henhold til Newton) når de utsettes for en ytre kraft akselerert, avgjør nemlig masse hvor stor er denne akselerasjon. Vurdere en mer tydelig eksempel. Tenk deg en scooter og buss: hvis de brukes på dem akkurat den samme effekten, de nådde forskjellige hastigheter for ulik tid. Alt dette er forklart av teorien om gravitasjon.

Hva er forholdet mellom masse og gravitasjon?

Hvis vi snakker om tyngdekraft, massen av dette fenomenet spiller en rolle helt motsatt av det som det spiller i forhold til kraft og akselerasjon av objektet. At det er den primære kilde til attraksjon. Hvis du tar en titt på de to kroppene og styrken som de tiltrekker seg et tredje objekt, som ligger på en lik avstand fra de to første, så styrkeforholdet er lik forholdet av massene av de to første stedene. Således, er tiltrekningskraften direkte proporsjonal med kroppsvekt.

Hvis vi ser på den tredje loven om Newton, er det mulig å sørge for at det står akkurat det samme. Tyngdekraften, som virker på de to legemene er plassert ved en lik avstand fra kilden for tiltrekning, er direkte avhengig av massen av disse stedene. I hverdagen er vi snakker om kraften som kroppen er tiltrukket til overflaten av planeten, som tittelen.

La oss oppsummere. Således blir massen nært beslektet med kraft og akselerasjon. Samtidig bestemmer den kraft hvormed legemet vil virke på tiltrekning.

Funksjoner akselerasjon av legemer i et gravitasjonsfelt

Denne fantastiske dualiteten er grunnen til at i samme gravitasjonsfelt akselerasjon ganske forskjellige objekter vil være like. Anta at vi har to kropper. Tildele en av dem en masse z, mens den andre - Z. Begge stedene er kastet på bakken, der fritt fall.

Som bestemmes av forholdet av tiltrekningskreftene? Det viser en enkel matematisk formel - z / Z. Det er bare akselerasjon de får som følge av tyngdekraften vil være nøyaktig den samme. Enkelt sagt, akselerasjon at kroppen er i en gravitasjonsfelt er ikke avhengig av dens egenskaper.

Hva bestemmer akselerasjonen i tilfellet beskrevet?

Det avhenger bare (!) Av vekten av gjenstander som skaper dette feltet, samt deres romlige posisjon. Den doble rolle av massen og akselerasjon lik de forskjellige organer i et gravitasjonsfelt er allerede forholdsvis åpen for en lang tid. Disse fenomenene har følgende tittel: "likeverdighet prinsippet". Dette begrepet understreker igjen at akselerasjon og treghet ofte tilsvarende (til en viss grad, selvfølgelig).

Betydningen av verdien av G

vi husker fra skolen fysikk selvfølgelig at tyngdeakselerasjonen på overflaten av planeten vår (jordas tyngdekraft) er 10 m / sek.² (9.8 selvfølgelig, men denne verdien brukes for enkel beregning). Derfor, ikke tar hensyn til luftmotstanden (ved en vesentlig høyde i en kort avstand innfalls), deretter den oppnådde effekt når kroppen får en økning av akselerasjon på 10 m / sek. hvert sekund. For eksempel vil en bok som falt fra andre etasje av huset, ved slutten av sin misjon å bevege seg med en hastighet på 30-40 m / s. Enkelt sagt, 10 m / s - dette er "speed" tyngdepunkt i jorden.

Tyngdens akselerasjon i fysikk litteraturen betegnes «g» brevet. Siden formen av jorden til en viss grad mer som en mandarin enn ballen, er verdien av denne mengde ikke i alle sine områder er den samme. Således, i de ovennevnte akselerasjon polene, og det blir mindre på de høye toppene i fjellet.

Selv i gruveindustrien spiller ingen liten rolle at tyngdekraften. Fysikken i dette fenomenet noen ganger sparer mye tid. Så, geologer er spesielt interessert i en helt presis definisjon av g, fordi det gir eksepsjonell presisjon utforske og finne mineralforekomster. Forresten, det ser ut som tyngdekraften formel hvor verdien spiller en rolle vurderes av oss? Her er det:

F = G x M1xM2 / R2

Vær oppmerksom! I dette tilfellet betyr tyngdekraft formel G «gravitasjonskonstanten", hvis verdi vi har allerede gitt ovenfor.

På den tiden, Newton formulerte prinsippene som anerkjennes over. Han visste, og enhet og universalitet gravitasjonskraft, men alle aspekter av fenomenet han ikke kunne beskrive. Som ære falt til Alberta Eynshteyna, som var i stand til å forklare prinsippet om likeverdighet. At menneskeheten skylder sin nåværende forståelse av naturen av rom-tid kontinuum.

Relativitetsteorien, Alberta Eynshteyna arbeid

I tiden av Isaaka Nyutona antas at startpunktet kan representeres i form av noen vanskelige "stenger", ved hvilken den installerte posisjon av legemet i den romlige koordinatsystem. Samtidig ble det antatt at alle observatører, som oppmerksom på disse koordinatene vil være i samme tidsrom. I disse årene, var denne situasjonen ansett som så åpenbart at ble gjort noen forsøk på å utfordre den, eller legge til det. Dette er forståelig, fordi grensene for vår planet ingen avvik i denne regelen no.

Einstein viste at nøyaktigheten av målingen ville være veldig viktig hvis den hypotetiske klokken beveger seg mye saktere lysets hastighet. Enkelt sagt, hvis en observatør beveger seg saktere enn lysets hastighet, vil følge de to hendelsene, de skjer for ham på samme tid. Følgelig, for den andre observatør? hastigheten som er de samme eller flere hendelser kan opptre ved forskjellige tider.

Men tyngdekraften er knyttet til relativitetsteorien? La oss åpne saken i detalj.

Forbindelsen mellom teori relativitets og gravitasjonskrefter

I de senere år er det gjort et stort antall funn i feltet av subatomære partikler. En voksende overbevisning om at vi er i ferd med å finne den endelige partikkel, utover som vår verden ikke kan knuses. Blir mer insisterende behov for å vite nøyaktig hvordan du kan påvirke de små "murstein" i vårt univers er fundamentale kreftene som har blitt oppdaget i forrige århundre, og enda tidligere. Spesielt vondt at selve innholdet av tyngdekraften ikke har blitt forklart.

Det er derfor, etter Einstein, som etablerte "inhabilitet" av klassisk Newtonsk mekanikk i området under vurdering, forskerne fokusert på en fullstendig gjennomtenkning av tidligere innhentet data. På mange måter har revisjonen gjennomgått, alvoret. Hva det er på nivå med subatomære partikler? Har den i det minste noen verdi i dette fantastiske multidimensjonal verden?

En enkel løsning?

Ved første, mange mente at avviket Newtons gravitasjon og relativitetsteorien kan forklares ganske enkelt, en analogi fra elektromagnetisme. Det vil være mulig å anta at gravitasjonsfeltet sprer seg som et magnetfelt, etter som det er mulig å erklære en "mellommann" i interaksjoner av himmellegemer, forklarer de mange uoverensstemmelser i den gamle og den nye teorien. Faktum er at da det ville bli betraktet som den relative hastighet for forplantning av de krefter som var betydelig lavere lys. Siden gravitasjon og tid bundet?

I prinsippet Einstein selv nesten fikk til å bygge en relativistisk teori er basert på en slik utsikt, det er bare én ting forhindret hans intensjon. Ingen av forskerne på den tiden ikke har noen informasjon i det hele tatt som kunne ha hjulpet bestemme "speed" av tyngdekraften. Men det var mye informasjon knyttet til bevegelsen av store massene. Som du vet, de bare gjorde er en anerkjent kilde til en kraftig gravitasjonsfelt.

Høye hastigheter i stor grad påvirke kroppsvekt, og dette er på ingen måte ligner på samspillet mellom fart og kraft. Jo høyere hastighet, desto større kroppsvekt. Problemet er at den sistnevnte automatisk vil bli uendelig i tilfellet av bevegelse med lysets hastighet eller større. Så Einstein konkluderte med at det ikke er noen tyngdekraft, og tensor feltet for å beskrive noe som bør brukes mye mer variabel.

Hans tilhengere kom til den konklusjon at tyngdekraften og praktisk talt ikke i slekt. Det faktum at denne svært tensor feltet kan fungere på plass, men i tide til å påvirke ikke. Men den briljante fysikeren Stephen Hawking modernitet har et annet synspunkt. Men det er en annen historie ...