Gravitacija - kaj je to? Moč gravitacije. Zemljina gravitacija

Človeštvo že dolgo razmišlja o tem, kako deluje okoliški svet. Zakaj trave rastejo, zakaj sonce sije, zakaj ne moremo leteti s helijem? Slednje je mimogrede zanimalo ljudi. Zdaj vemo, da je razlog za vse težnost. Kaj je in zakaj je ta pojav tako pomemben v obsegu vesolja, bomo razmislili danes.

Uvod

Znanstveniki so ugotovili, da vsa množična telesa med seboj doživljajo medsebojno privlačnost. Kasneje se je izkazalo, da ta skrivnostna sila določa gibanje nebesnih teles vzdolž njihovih stalnih orbit. Ista teorija teže je oblikovala briljantno Isaac Newton, katerih hipoteze vnaprej določajo razvoj fizike že več stoletij. Razvil in nadaljeval (čeprav v popolnoma drugačni smeri) to učenje Albert Einstein - eden največjih um iz preteklega stoletja.

Skozi stoletja so znanstveniki opazili atrakcijo, poskušali jo razumeti in izmeriti. In končno, v zadnjih nekaj desetletjih je celo služenje človeštva (v določenem smislu, seveda) celo pojav, kot je gravitacija. Kaj je to, kakšna je opredelitev izraza v sodobni znanosti?

Znanstvena opredelitev

Če preučujete dela antičnih mislecev, lahko ugotovite, da latinska beseda "gravitas" pomeni "težo", "privlačnost". Danes znanstveniki to imenujejo univerzalna in stalna interakcija med materialnimi telesi. Če je ta sila relativno šibka in deluje samo na predmete, ki se gibljejo veliko počasneje hitrost svetlobe, potem se z njimi uporablja Newtonova teorija. Če se stanje obrne, je treba uporabiti zaključke Einsteina.

Takoj rezervirajte: v tem trenutku samo narava teže ni v celoti razumljena. Še vedno ne vemo popolnoma, kaj je.

Teorije Newton in Einstein

Glede na klasično poučevanje Isaac Newton, so vsi organi privlači med seboj s silo neposredno sorazmerno z njihovo maso, je obratno sorazmerna s kvadratom razdalje, ki leži med njima. Einstein je trdil, da (prostor ukrivljenost je možna le, če vsebuje snov) težo med predmeti prikazani v primeru krivljenje časa in prostora.

Ta misel je bila zelo globoka, vendar sodobne študije dokazujejo, da je nekoliko netočna. Danes se verjame, da gravitacija v prostoru ovija samo prostor: čas se lahko zavira in celo ustavi, vendar realnost spreminjanja oblike časovne snovi ni teoretično potrjena. Zato klasična Einsteinova enačba niti ne zagotavlja možnosti, da bo ves čas še naprej vplivala na materijo in nastajajoče magnetno polje.

Zakon gravitacije (univerzalna gravitacija) je bolj znan, matematični izraz katerega pripada samo Newtonu:

[F = gama- frac [-1,2] {m_1 m_2} {r ^ 2} ]

Z gama razume gravitacijsko konstanto (včasih simbol G), katere vrednost je enaka 6,67545 x 10minus-11 msup3 - / (kgmiddot-s²).

Interakcija med elementarnimi delci

Neverjetna kompleksnost okoliškega prostora je v veliki meri povezana z neskončnim številom elementarnih delcev. Med njimi so na teh ravneh tudi različne interakcije, ki jih lahko uganemo le. Vendar se vse vrste interakcij osnovnih delcev bistveno razlikujejo po njihovi moči.

Najmočnejši od vseh znanih sil so sestavine atomskega jedra. Če jih želite ločiti, morate porabiti res ogromno količino energije. Kar se tiče elektronov, so "vezane" na jedro samo z navadnimi elektromagnetna interakcija. Zaustavitev, včasih dovolj energije, ki se pojavi kot najbolj običajna kemična reakcija. Gravitacija (kar je že veste) v različici atomov in subatomskih delcev je najlažja vrsta interakcije.

Gravitacijsko polje v tem primeru je tako šibko, da ga je težko predstavljati. Čudno, kot se zdi, gibanje nebesnih teles, katerih masa je včasih nemogoče predstavljati, jih gledajo. Vse to je mogoče zaradi dveh značilnosti gravitacije, ki so posebej izrazite pri velikih fizičnih telesih:

• Za razliko od atomskih sil je gravitacijska privlačnost bolj opazna na razdalji od predmeta. Torej, zemeljska gravitacija ohranja celo Luno na svojem področju, in podobna moč Jupitra enostavno podpira orbite več satelitov, katerih masa je precej primerljiva z zemeljskim!
• Poleg tega vedno zagotavlja privlačnost med predmeti in z razdaljo, ki jo ta sila oslabi pri nizki hitrosti.

Formiranje bolj ali manj harmonične teorije gravitacije se je zgodilo relativno nedavno in prav iz rezultatov stoletij opazovanj gibanja planetov in drugih nebesnih teles. To nalogo je močno olajšalo dejstvo, da se vsi premikajo v vakuumu, kjer preprosto ni drugih možnih interakcij. Galileo in Kepler - dva izjemna astronoma tistega časa, s svojimi dragocenimi opazovanji pomagali pripraviti podlago za nova odkritja.

Toda le velik Isaac Newton je lahko ustvaril prvo gravitacijsko teorijo in ga izrazil v matematični predstavitvi. To je bil prvi gravitacijski zakon, katerega matematična predstavitev je predstavljena zgoraj.

Zaključki Newtona in nekaterih njegovih predhodnikov

Za razliko od drugih fizičnih pojavov, ki obstajajo v svetu okoli nas, gravitacija se vedno in povsod kaže. Treba je razumeti, da je izraz "Zero Gravity«, ki je pogosto najdemo v psevdo-znanstvenih krogih, da ni pravilna: tudi breztežnost v vesolju ne pomeni, da je oseba ali vesoljska ladja ne velja atrakcija iz masivnega objekta.

Poleg tega imajo vsa materialna telesa določeno maso, izraženo v obliki sile, ki je bila uporabljena zanje, in pospešek, dosežen s tem ukrepom.

Tako so gravitacijske sile sorazmerne z maso predmetov. V numeričnem smislu jih je mogoče izraziti s pridobivanjem produkta mase obeh obravnavanih teles. Ta sila je strogo odvisna od inverzne odvisnosti od kvadrata razdalje med predmeti. Vse druge interakcije so popolnoma odvisne od razdalje med obema telima.

Masa kot temelj teorije

Masa predmetov je postala posebna kontroverzna točka, okoli katere se gradi celotna moderna teorija gravitacije in relativnosti Einsteina. Če se spomnite Drugega Newtonov zakon, verjetno veste, da je masa nepogrešljiva značilnost vsakega fizičnega materiala. Prikazuje, kako se bo obnašal objekt, če se sila nanese nanjo, ne glede na izvor.

Ker so vsa telesa (po Newtonu) pospešena z delovanjem zunanjih sil, je masa, ki določa, kako velik bo ta pospešek. Razmislimo o bolj razumljivem primeru. Predstavljajte si skuter in avtobus: če zanje popolnoma uporabite isto silo, bodo istočasno dosegli različne hitrosti. Vse to razloži teorijo gravitacije.

Kakšen je odnos med maso in privlačnostjo?

Če govorimo o gravitaciji, potem ima masa v tem pojavu popolnoma nasprotno vlogo, kot jo ima v zvezi s silo in pospeševanjem predmeta. To je primarni vir privlačnosti sama. Če vzamete dve telesi in s kakšno močjo pritegnete tretji predmet, ki se nahaja na enakih razdaljah od prvih dveh, bo razmerje med vsemi silami enako razmerju med maso prvih dveh predmetov. Sila privlačnosti je tako sorazmerna z maso telesa.

Če upoštevate Newtonov tretji zakon, ste lahko prepričani, da pravi popolnoma isto stvar. Sila teže, ki deluje na dva telesa, ki se nahajajo na enaki razdalji od vira privlačnosti, je neposredno odvisna od mase teh predmetov. V vsakdanjem življenju govorimo o sili, s katero telo privlači površino planeta, kot svojo težo.

Naj povzamemo nekaj rezultatov. Torej, masa je tesno povezana s silo in pospeševanjem. Hkrati pa ona določi silo, s katero bo privlačna atrakcija na telo.

Značilnosti pospeševanja teles v gravitacijskem polju

Ta neverjetna dvojnost je razlog, da bo na istem gravitacijskem področju enak pospešek popolnoma drugačnih predmetov. Recimo, da imamo dve telesi. Določimo eno izmed njih maso z, drugo pa Z. Oba predmeta padejo na tla, kjer se prosto padejo.

Kako je določeno razmerje privlačnih sil? Prikazuje najpreprostejšo matematično formulo - z / Z. To je samo pospešek, ki ga prejmejo kot posledica delovanja sile privlačnosti, bo popolnoma enak. Preprosto povedano, pospešek, ki ga ima telo v gravitacijskem polju, ni odvisen od njegovih lastnosti.

Kaj določa pospešek v tem primeru?

Odvisno je le od (!) Mase predmetov, ki ustvarjajo to polje, kot tudi njihov prostorski položaj. Dvojna vloga mase in enak pospešek različnih teles na gravitacijskem področju sta bila odkrita relativno dolgo. Ti pojavi so dobili naslednji naslov: "Načelo enakovrednosti". Ta izraz še enkrat poudarja, da so pospešek in vztrajnost pogosto enakovredni (v določeni meri seveda).

Pomen G

se spomnimo iz šole fizika seveda, da je pospešek težnosti na površini našega planeta (Zemljino gravitacijo) 10 m / sek.² (9.8 seveda, vendar ta vrednost se uporablja za lažje izračuna). Zato ne upošteva upora račun zraka (pri znatnem višine na kratki razdalji incidence), nato učinek doseže, ko organ pridobi prirastek pospešek 10 m / sek. vsako sekundo. Torej, knjiga, ki je padla iz drugega nadstropja hiše, se bo do konca leta gibala s hitrostjo 30-40 m / s. Preprosto rečeno, 10 m / s je "hitrost" teže znotraj Zemlje.

Pospešek prostega padca fizične literature označuje črka "g". Ker je oblika Zemlje do neke mere bolj podobna mandarini kot žogi, je vrednost tega obsega v vseh regijah daleč enaka. Tako je pri polih pospešek višji, na vrhovih visokih gor je manjši.

Tudi v ekstraktivni industriji nima nobene vloge, ki jo ima gravitacija. Fizika tega pojava lahko včasih prihrani veliko časa. Tako so geologi še posebej zainteresirani za idealno natančno določitev g, saj omogoča iskanje in odkrivanje mineralnih nanosov z izjemno natančnostjo. Mimogrede, kakšna je formula gravitacije, v kateri igra pomembno količino, ki jo obravnavamo? Tukaj je:

F = G × M1 × M2 / R2

Bodite pozorni! V tem primeru gravitacijska formula pomeni "gravitacijsko konstanto" pod G, katere vrednost smo že navedli zgoraj.

Nekoliko je Newton oblikoval zgornja načela. Popolnoma je razumel enotnost in univerzalnost gravitacijska sila, vendar ni mogel opisati vseh vidikov tega pojava. To čast je padla Albertu Einsteinu, ki bi lahko tudi pojasnil načelo enakovrednosti. Za njega je človeštvu dolžnost sodobnega razumevanja same narave vesoljskega časa kontinuuma.

Teorija relativnosti, delo Alberta Einsteina

V dneh Isaac Newton se je verjel, da se referenčne točke lahko predstavljajo v obliki nekaterih toge "palice", s pomočjo katerih je vzpostavljen položaj telesa v prostorskem koordinatnem sistemu. Istočasno je bilo predvideno, da bodo vsi opazovalci, ki označujejo te koordinate, istočasno prostor. V teh letih se je ta določba štela za tako očitno, da ni bilo nobenih poskusov izpodbijanja ali dopolnitve. In to je razumljivo, ker v našem planetu v tem pravilu ni odstopanj.

Einstein je dokazal, da bi bila natančnost merjenja resnično pomembna, če se hipotetična ura premakne veliko počasneje od hitrosti svetlobe. Preprosto rečeno, če se opazovalec giblje počasneje od hitrosti svetlobe, sledi dvema dogodkoma, se bo zgodilo zanj. V skladu s tem za drugega opazovalca? katerih hitrost je enaka ali več, se lahko v različnih časih dogajajo.

Toda kako je sila gravitacije povezana s teorijo relativnosti? To vprašanje bomo podrobneje razčlenili.

Povezava med teorijo relativnosti in gravitacijskimi silami

V zadnjih letih je bilo na področju subatomskih delcev veliko odkritij. Prepričanost raste, da bomo našli končno čestico, nad katero se naš svet ne bo razkril. Bolj vztrajno je, da je treba točno ugotoviti, kako so temeljne sile, ki so bile odkrite v prejšnjem stoletju, in celo prej, vplivale na najmanjše "opeke" našega vesolja. Še posebej je žalost, da samo narava teže še ni bila pojasnjena.

Zato so po raziskavi Einstein, ki je ugotovil "nezmožnost" Newtonove klasične mehanike na obravnavanem področju, osredotočila na popolno premislek o prej pridobljenih podatkih. V mnogih pogledih je bila sama težnost podvržena reviziji. Kaj je to na ravni subatomskih delcev? Ima kakšen pomen v tem neverjetnem večdimenzionalnem svetu?

Enostavna rešitev?

Sprva so mnogi domnevali, da je razhajanje med Newtonovo gravitacijo in teorijo relativnosti mogoče preprosto pojasniti z risanjem analogij s področja elektrodinamike. Lahko bi domnevali, da se gravitacijsko polje širi kot magnetno polje, po katerem se lahko razglasi za »posrednika« v interakciji nebesnih teles, ki pojasnjuje številne neskladnosti med starimi in novimi teorijami. Bistvo je, da se je relativna propagacijska hitrost obravnavanih sil izkazala za veliko nižja od svetlobne hitrosti. Torej, kako se teža in čas nanašata?

Načeloma je Einsteinu že skoraj uspelo zgraditi relativistično teorijo na podlagi natančno takšnih pogledov, vendar je samo ena okoliščina preprečila njegovo namero. Noben znanstvenik takrat ni imel nobenih informacij, ki bi lahko pomagale določiti "hitrost" teže. Toda veliko informacij je bilo povezanih s premiki velikih množic. Kot veste, so bili univerzalno priznan vir pojavljanja močnih gravitacijskih polj.

Velike hitrosti močno vplivajo na mase teles in to sploh ni podobno interakciji hitrosti in polnjenja. Večja je hitrost, večja je masa telesa. Težava je v tem, da bi ta vrednost samodejno postala neskončna pri gibanju s hitrostjo svetlobe ali višjo. In tako je Einstein zaključil, da ni gravitacijskega polja, ampak tenzornega polja, za opis katerega bi bilo treba uporabiti veliko več spremenljivk.

Njegovi privrženci so ugotovili, da sta gravitacija in čas praktično nepovezana. Dejstvo je, da to polje tenzorja samo deluje na vesolju, vendar za nekaj časa ne more vplivati. Vendar pa ima genialna fizika modernosti Stephena Hawkinga drugačno stališče. Toda to je druga zgodba ...