Гравітація фізики явища для дітей. Земне тяжіння

За яким законом ви збираєтесь мене повісити?
- А ми вішаємо всіх за одним законом - законом Всесвітнього Тяжіння.

Закон всесвітнього тяготіння

Явище гравітації – це закон всесвітнього тяжіння. Два тіла діють один на одного з силою, яка обернено пропорційна квадрату відстані між ними і прямо пропорційна добутку їх мас.

Математично ми можемо висловити цей великий закон формулою

Тяжіння діє на величезних відстаняху Всесвіті . Але Ньютон стверджував, що взаємно притягуються усі предмети. А чи правда, що будь-які два предмети притягують один одного? Тільки уявіть, відомо, що Земля притягує вас, що сидять на стільці. Але чи думали про те, що комп'ютер і мишка притягують один одного? Чи олівець та ручка, що лежать на столі? У цьому випадку у формулу підставляємо масу ручки, масу олівця, ділимо на квадрат відстані між ними, з урахуванням гравітаційної постійної, отримуємо їх силу взаємного тяжіння. Але вона вийде на стільки маленької (через маленьких мас ручки та олівця), що ми не відчуваємо її наявність. Інша справа, коли мова йдепро Землю та стільці, або Сонце та Землю. Маси значні, отже дію сили ми можемо оцінити.

Згадаймо про прискорення вільного падіння. Це і є дія закону тяжіння. Під дією сили тіло змінює швидкість тим повільніше, ніж більше маса. У результаті всі тіла падають на Землю з однаковим прискоренням.

Чим викликана ця невидима унікальна сила? На сьогоднішній день відомо та доведено існування гравітаційного поля. Дізнатися більше про природу гравітаційного поля можна в додатковому матеріалітеми.

Подумайте, що таке тяжіння? Звідки воно? Що воно є? Адже не може бути так, що планета дивиться на Сонце, бачить, наскільки воно видалено, підраховує зворотний квадрат відстані відповідно до цього закону?

Напрямок сили тяжіння

Є два тіла, нехай тіло А і В. Тіло А притягує тіло В. Сила, з якою тіло А впливає, починається на тілі B і спрямована у бік тіла А. Тобто як би "бере" тіло B і тягне до себе. Тіло У " робить " те саме з тілом А.

Кожне тіло притягується Землею. Земля бере тіло і тягне до свого центру. Тому ця сила завжди буде спрямована вертикально вниз, і прикладена вона з центру ваги тіла, що називається її силою тяжіння.

Головне запам'ятати

Деякі методи геологічної розвідки, передбачення припливів та Останнім часомрозрахунок руху штучних супутниківта міжпланетних станцій. Завчасне обчислення становища планет.

Чи можемо ми самі поставити такий досвід, а не гадати, чи притягуються планети, чи предмети?

Такий прямий досвід зробив Кавендіш ( Генрі Кавендіш(1731-1810) - англійський фізик та хімік)за допомогою приладу, показаного на малюнку. Ідея полягала в тому, щоб підвісити на дуже тонкій кварцовій нитці стрижень з двома кулями і потім піднести до них збоку дві великі свинцеві кулі. Тяжіння куль злегка перекрутить нитку - злегка, тому що сили тяжіння між звичайними предметами дуже слабкі. За допомогою такого приладу Кавендішу вдалося безпосередньо виміряти силу, відстань та величину обох мас і, таким чином, визначити постійну тяжіння G.

Унікальне відкриття постійного тяжіння G, що характеризує гравітаційне поле у ​​просторі, дозволило визначити масу Землі, Сонця та інших. небесних тіл. Тому Кавендіш назвав свій досвід "зважуванням Землі".

Цікаво, що у різних законівфізики є деякі загальні риси. Звернемося до законів електрики (сила Кулона). Електричні сили також обернено пропорційні квадрату відстані, але вже між зарядами, і мимоволі виникає думка, що в цій закономірності таїться глибокий зміст. Досі нікому не вдалося уявити тяжіння та електрику як два різних проявіводнієї й тієї ж сутності.

Сила і тут змінюється обернено пропорційно квадрату відстані, але різниця у величині електричних сил і сил тяжіння разюча. Намагаючись встановити загальну природутяжіння та електрики, ми виявляємо таку перевагу електричних сил над силами тяжіння, що важко повірити, ніби у тих і в інших одне й те саме джерело. Як можна говорити, що одне діє сильніше за інше? Адже все залежить від того, яка маса та який заряд. Розмірковуючи про те, наскільки сильно діє тяжіння, ви не маєте права говорити: "Візьмемо масу такої величини", тому що ви вибираєте її самі. Але якщо ми візьмемо те, що пропонує нам сама природа (її власні числаі заходи, які не мають нічого спільного з нашими дюймами, роками, з нашими заходами) тоді ми зможемо порівнювати. Ми візьмемо елементарну заряджену частинку, наприклад, як електрон. Дві елементарні частки, два електрони, за рахунок електричного зарядувідштовхують один одного з силою, обернено пропорційною квадрату відстані між ними, а за рахунок гравітації притягуються один до одного знову-таки з силою, обернено пропорційною квадрату відстані.

Питання: яке відношення сили тяжіння до електричної сили? Тяжіння відноситься до електричного відштовхування, як одиниця до 42 нулями. Це викликає глибоке здивування. Звідки могло взятися таке величезне число?

Люди шукають цей величезний коефіцієнт інших явищ природи. Вони перебирають усілякі великі числа, а якщо вам потрібно велике число, чому не взяти, скажімо, відношення діаметра Всесвіту до діаметра протона - як не дивно, це теж число з 42 нулями. І ось кажуть: може, цей коефіцієнт і дорівнює відношеннюдіаметра протона до діаметра Всесвіту? Це цікава думкаАле, оскільки Всесвіт поступово розширюється, повинен змінюватися і постійне тяжіння. Хоча ця гіпотеза ще не спростована, ми не маємо жодних свідчень на її користь. Навпаки, деякі дані говорять про те, що постійне тяжіння не змінювалося таким чином. Це величезна кількість досі залишається загадкою.

Ейнштейну довелося змінити закони тяжіння відповідно до принципів відносності. Перший із цих принципів свідчить, що відстань х не можна подолати миттєво, тоді як з теорії Ньютона сили діють миттєво. Ейнштейну довелося змінити закони Ньютона. Ці зміни, уточнення дуже малі. Одне з них полягає ось у чому: оскільки світло має енергію, енергія еквівалентна масі, а всі маси притягуються, - світло теж притягується і, значить, проходячи повз Сонце, має відхилятися. Так воно і відбувається насправді. Сила тяжіння теж трохи змінена в теорії Ейнштейна. Але цієї дуже незначної зміни в законі тяжіння якраз достатньо, щоб пояснити деякі здаються неправильності в русі Меркурія.

Фізичні явища в мікросвіті підпорядковуються іншим законам, ніж явища у світі великих масштабів. Постає питання: як проявляється тяжіння у світі малих масштабів? На нього відповість квантова теорія гравітації. Але квантової теорії гравітації ще немає. Люди поки не дуже досягли успіху у створенні теорії тяжіння, повністю узгодженої з квантовомеханічними принципами та з принципом невизначеності.

Ми живемо на Землі, ми переміщаємося по її поверхні, як по краю якоїсь скелястої скелі, що височіє над бездонною прірвою. Ми тримаємось на цьому краю прірви лише завдяки тому, що на нас діє сила тяжіння Землі; ми не падаємо з земної поверхнітільки тому, що маємо, як то кажуть, якусь певну вагомість. Ми миттєво злетіли б із цієї «скелі» і стрімко полетіли б у прірву простору, якби раптом перестала діяти сила тяжіння нашої планети. Ми нескінченно довго носилися б у безодні світового простору, не знаючи ні верху, ні низу.

Пересування по Землі

Своїм пересуванням по Земліми також зобов'язані наявності сили тяжіння. Ми ходимо по Землі і невпинно долаємо опір цієї сили, відчуваючи її дію, як деякий важкий тягар на своїх ногах. Цей «вантаж» особливо дається взнаки при підйомі в гору, коли доводиться волочити його, наче якісь важкі гирі, привішені до ніг. Він не менш різко дається взнаки і при спуску з гори, змушуючи нас прискорювати кроки.

Ці напрями - "верх" і "низ" - вказує нам лише сила тяжіння. У всіх точках земної поверхні вона спрямована майже центру Землі. Тому поняття «низ» і «верх» будуть діаметрально протилежними для так званих антиподів, тобто людей, що мешкають на діаметрально протилежних частинах поверхні Землі. Наприклад, той напрямок, який живуть у Москві, показує «низ», жителям Вогненної Землі показує «верх». Напрями, що показують «низ» для людей, що знаходяться на полюсі та на екваторі, становлять прямий кут; вони перпендикулярні між собою.

Поза Землею, при віддаленні від неї, сила тяжіння зменшується, оскільки зменшується сила тяжіння (сила тяжіння Землі, як і будь-якого іншого світового тіла, поширюється у просторі необмежено далеко) і збільшується відцентрова силаяка зменшує силу тяжкості. Отже, чим вище ми будемо піднімати якийсь вантаж, наприклад, на повітряній кулі, тим менше буде важити цей вантаж.

Відцентрова сила Землі

Внаслідок добового обертаннявиникає відцентрова сила Землі. Ця сила всюди лежить на поверхні Землі діє у напрямі, перпендикулярному до земної осіі убік від неї. Відцентрова силаневелика в порівнянні з силою тяжіння. На екваторі вона сягає найбільшої величини. Але й тут, згідно з обчисленнями Ньютона, відцентрова сила становить лише 1/289 частку сили тяжіння. Чим далі на північ від екватора, тим менша відцентрова сила. На самому полюсі вона дорівнює нулю.

На деякій висоті відцентрова силазросте настільки, що вона дорівнюватиме силі тяжіння, і сила тяжіння стане спочатку рівної нулю, а потім, зі збільшенням відстані від Землі, прийме від'ємне значенняі буде безупинно зростати, будучи спрямована в протилежний бікстосовно Землі.

Сила тяжіння

Рівнодійна сили тяжіння Землі та відцентрової сили називається силою тяжіння. Сила тяжіння у всіх точках земної поверхні була б однакова, якби наша абсолютно точної та правильної кулі, якби її маса всюди була однаковою щільності і, нарешті, якщо не було б добового обертання навколо осі.

Але, оскільки наша Земля не є правильною кулею, не складається у всіх своїх частинах з порід однакової щільності і весь час обертається, отже, сила тяжіння в кожній точці земної поверхні дещо різна.

Отже, у кожній точці земної поверхні величина сили тяжіння залежить від величини відцентрової сили, що зменшує силу тяжіння, від щільності земних порід та відстані від центру Землі. Чим більша ця відстань, тим менша сила тяжіння. Радіуси Землі, які одним своїм кінцем начебто впираються в земний екватор, – найбільші. Радіуси, які мають своїм кінцем точку Північного або Південного полюса, - Найменші. Тому всі тіла на екваторі мають менший тягар (менша вага), ніж на полюсі.

Відомо що на полюсі сила тяжіння більша, ніж на екваторі, на 1/289 частку.

Цю різницю тяжкості тих самих тіл на екваторі і на полюсі можна дізнатися при їх зважуванні за допомогою пружинних ваг. Якщо ж ми зважуватимемо тіла на терезах з гирями, то цієї різниці ми не помітимо. Терези будуть показувати ту саму вагу, як на полюсі, так і на екваторі; гірі, як і тіла, які зважуються, теж, звичайно, зміняться у вазі.

Припустимо, що корабель із вантажем важить у заполярних областях, поблизу полюса, близько 289 тисяч тонн. Після приходу в порти поблизу екватора корабель з вантажем важитиме вже близько 288 тисяч тонн. Таким чином, на екваторі корабель втратив у вазі близько тисячі тонн.

Всі тіла тримаються на земній поверхні лише тому, що у них діє сила тяжкості. Вранці, встаючи з ліжка, ви можете спустити ноги на підлогу тільки тому, що ця сила тягне їх униз.

Сила тяжіння усередині Землі

Подивимося, як змінюється сила тяжіння усередині Землі. З поглибленням усередину Землі сила тяжіння безперервно збільшується до певної глибини. На глибині близько тисячі кілометрів сила ваги матиме максимальне (найбільше) значення та збільшиться порівняно з її середньою величиноюна земній поверхні (9,81 м/сек) приблизно п'ять відсотків. При подальшому поглибленні сила тяжіння безперервно зменшуватиметься і в центрі Землі дорівнюватиме нулю.

Припущення щодо обертання Землі

Наша Земля обертаючисьробить повний оборотнавколо своєї осі о 24 годині. Відцентрова сила, як відомо, зростає пропорційно квадрату кутової швидкості.

Отже, якщо Земля прискорить своє обертання навколо осі у 17 разів, то відцентрова сила збільшиться у 17 разів у квадраті, тобто у 289 разів. У звичайних умовах, як сказано вище, відцентрова сила на екваторі становить 1/289 частку сили тяжіння. При збільшенні у 17 разів сила тяжіння та відцентрова сила робляться рівними. Сила тяжіння – рівнодіюча цих двох сил – при подібному збільшенні швидкості осьового обертанняЗемлі дорівнюватиме нулю.

Ця швидкість обертання Землі навколо осі називається критичною, оскільки за такої швидкості обертання нашої планети всі тіла на екваторі втратили б свій тягар. Тривалість доби в цьому критичному випадку складатиме приблизно 1 годину 25 хвилин. При подальшому прискоренні обертання Землі всі тіла (передусім на екваторі) спочатку втратять свою вагомість, а потім відкинуть відцентрову силу в простір, а саму Землю цією ж силою буде розірвано на частини.

Висновок наше було б правильним, якби Земля була абсолютно тверде тілоі при прискоренні свого обертального рухуне змінила б своєї форми, тобто, якби радіус земного екваторазберіг свою величину. Але відомо, що при прискоренні обертання Землі поверхня її повинна буде зазнати деякої деформації: вона стискатиметься в напрямку полюсів і розширюватиметься в напрямку екватора; вона буде набувати все більш і більш плескатий вигляд. Довжина радіусу земного екватора при цьому почне зростати і цим збільшувати відцентрову силу.

Таким чином, тіла на екваторі втратять свою тяжкість раніше, ніж швидкість обертання Землі збільшиться в 17 разів, і катастрофа із Землею настане раніше, ніж доба скоротить свою тривалість до 1 години 25 хвилин. Інакше кажучи, критична швидкість обертання Землі буде дещо меншою, а гранична довжина доби дещо більшою.

Уявіть собі подумки, що швидкість обертання Землі внаслідок якихось невідомих причин наблизиться до критичної. Що тоді стане із земними мешканцями?

Насамперед усюди на Землі доба складатиме, наприклад, близько двох-трьох годин. День і ніч змінюватимуться калейдоскопічно швидко. Сонце, як у планетарії, дуже швидко пересуватиметься небом, і тільки-но ви встигнете прокинутися і вмитися, як воно вже сховається за горизонтом, і на зміну йому настане ніч. Люди перестануть точно орієнтуватися у часі. Ніхто не знатиме, яка зараз кількість місяця і який день тижня. Нормальна людське життябуде дезорганізовано.

Маятниковий годинник сповільнить свій хід, а потім усюди зупиняться. Адже вони ходять тому, що на них діє сила тяжіння. Адже й у нашому побуті, коли «ходики» починають відставати чи поспішати, то необхідно вкорочувати чи подовжувати їхній маятник, а то ще й підвішувати до маятника якийсь додатковий вантаж.

Тіла на екваторі втрачатимуть свою вагомість. У цих уявних умовах легко можна буде піднімати важкі тіла. Не складе особливих труднощів звалити на плечі коня, слона або підняти навіть цілий будинок. Птахи втратять нагоду приземлятися. Ось паморочиться над коритом з водою зграя горобців. Вони голосно цвірінькають, але не в змозі спуститися. Покинута ним жменя зерна повисла б над Землею окремими зернинами.

Нехай, далі, швидкість обертання Землі дедалі більше наближається до критичної. Наша планета сильно деформується і набуває все більш плескатого вигляду. Вона уподібнюється каруселі, що швидко обертається, і загрожує ось-ось скинути з себе своїх мешканців.

Річки тоді перестануть текти. Вони являтимуть собою довгі стоячі болота. Величезні океанські кораблі ледве торкатимуться своїми днищами водної гладі, підводні човни не в змозі зануритися в глибини моря, риби та морські тварини плаватимуть поверхнею морів і океанів, вони вже не зможуть сховатися в морській безодні. Моряки вже не зможуть кинути якір, вони перестануть володіти кермами своїх суден, великі та малі кораблі стоятимуть нерухомо.

Ось ще одна уявна картина.

Пасажирський залізничний поїзд стоїть на вокзалі. Свисток уже дано; поїзд має відійти. Машиніст вжив усіх залежних від нього заходів. Кочегар щедро кидає в топку вугілля. Великі іскри летять із труби паровоза. Колеса відчайдушно крутяться. Але паровоз стоїть нерухомо. Його колеса не торкаються рейок, і немає тертя між ними. Настане момент, коли люди не матимуть змоги спуститися на підлогу; вони, як мухи, прилипають до стелі.

Нехай швидкість обертання Землі збільшується. Відцентрова сила дедалі більше перевершує за своєю величиною силу тяжіння… Тоді люди, тварини, предмети домашнього вжитку, вдома, всі предмети, що знаходяться на Землі, весь тваринний її світ будуть відкинуті у світовий простір.

Від Землі відокремиться Австралійський материк і колосальною чорною хмарою повисне у просторі. У глиб безмовної прірви, геть від Землі, полетить Африка. У величезну кількість сферичних крапель перетворяться води Індійського океануі теж полетять у безмежні дали. Середземне море, не встигнувши ще перетворитися на гігантські скупчення крапель, всієї своєї товщої води відокремиться від днища, яким вільно можна буде пройти від Неаполя до Алжиру.

Нарешті швидкість обертання настільки збільшиться, відцентрова сила настільки зросте, що вся Земля розірветься на частини.

Однак і цього статися не може. Швидкість обертання Землі, як ми вже говорили вище, не зростає, а навпаки, навіть трохи зменшується, - щоправда, настільки мало, що, як ми вже знаємо, за 50 тисяч років тривалість доби збільшується лише на одну секунду. Інакше кажучи, Земля тепер обертається з такою швидкістю, яка необхідна, щоб під теплотворними, живлющими променями Сонця багато тисячоліть процвітала тварина і рослинний світпланети.

Значення тертя

Подивимося тепер, яке значення має тертяі що було б, якби воно не було. Тертя, як відомо, шкідливо відбивається на нашому одязі: у пальто насамперед зношуються рукави, а у черевиків підошви, оскільки рукави та підошви найбільше схильні до дії тертя. Але уявіть собі на хвилину, що поверхня нашої планети була добре відполірована, абсолютно гладка, і можливість тертя була б виключена. Чи могли б ми ходити такою поверхнею? Звичайно, ні.

Всім відомо, що навіть льодом і натертою підлогою йти дуже важко і доводиться остерігатися, щоб не впасти. Адже поверхня льоду і натертої підлоги все ж таки має деяке тертя.

Якби на поверхні Землі зникла сила тертя, то на нашій планеті завжди панував би невимовний хаос. Якщо не буде ніякого тертя, то буде вічно вирувати море і ніколи не вщухне буря. Піщані смерчі не перестануть висіти над Землею, і дутиме вітер. Мелодійні звуки роялю, скрипки та страшне ревіння хижих звірів змішаються і без кінця поширюватимуться в повітрі.

Гравітаційна сила – фундамент, на якому тримається Всесвіт. Завдяки силі тяжіння Сонце не вибухає, атмосфера не випаровується в космос, люди і тварини вільно пересуваються поверхнею, а рослини дають плоди.

Небесна механіка та теорія відносності

Закон всесвітнього тяжіння вивчають у 8-9 класі середньої школи. Дбайливі учні знають про знамените яблуко великого Ісаака Ньютона, що впав на голову, і про відкриття, які за цим пішли. Насправді дати чітке визначення гравітації набагато складніше. Сучасні вчені продовжують дискусії на тему, як взаємодіють тіла у відкритому космосі та чи існує антигравітація. Вивчити дане явищеу земних лабораторіях дуже складно, тому виділяють кілька базових теорійгравітації:

Ньютонівська гравітація

У 1687 р. Ньютон заклав основи небесної механіки, Що вивчає рух тіл у порожньому просторі. Він розрахував силу тяжіння Місяця до Землі. Згідно з формулою, ця сила безпосередньо залежить від їхньої маси та відстані між об'єктами.

F = (G m1 m2)/r2
Гравітаційна стала G=6.67*10-11

Рівняння не зовсім актуальне, коли аналізується сильне гравітаційне поле або тяжіння більше двох об'єктів.

Теорія гравітації Ейнштейна

У ході різних експериментів вчені дійшли висновку, що у формулі Ньютона є певні похибки. Основою небесної механіки є дальнодіюча сила, яка спрацьовує моментально незалежно від відстані, що не відповідає теорії відносності.

Відповідно до розробленої на початку 20 століття теорії А.Ейнштейна інформація не поширюється швидше швидкостісвітла у вакуумі, тому гравітаційні ефективиникають у результаті деформації простору-часу. Чим більша маса об'єкта, тим більше викривлення в яке скочуються легші об'єкти.

Квантова гравітація

Дуже суперечлива і не до кінця сформована теорія, яка пояснює взаємодію тіл як обмін особливими частинками– гравітонами.

На початку 21 століття вченим вдалося провести кілька значних експериментів, у тому числі за допомогою адронного колайдера, і розробити петлеву теорію квантової гравітаціїта теорію струн.

Всесвіт без гравітації

У фантастичних романахчасто описуються різні гравітаційні спотворення, антигравітаційні камери та космічні кораблізі штучним гравітаційним полем. Читачі іноді навіть не замисляться, наскільки нереальні сюжети книг і що буде, якщо сила тяжіння зменшиться/збільшиться або зовсім зникне.

1. Людина адаптована до земної гравітації, тому в інших умовах їй доведеться кардинально змінитись. Невагомість призводить до атрофії м'язів, скорочення кількості еритроцитів та порушення в роботі всіх життєво важливих систем організму, а при збільшенні гравітаційного поля люди просто не зможуть зрушити з місця.
2. Повітря та вода, рослини та тварини, будинки та машини відлетять у відкритий космос. Навіть якщо людям вдасться залишитися, вони швидко загинуть без кисню та їжі. Низька гравітація на Місяці - це основна причина відсутності не ній атмосфери, відповідно і життя.
3. Наша планета розвалиться на частини, оскільки зникне тиск у самому центрі Землі, почнеться виверження всіх існуючих вулканівта розходження тектонічних плит.
4. Зірки вибухнуть через сильний тиск і хаотичне зіткнення частинок в ядрі.
5. Всесвіт перетвориться на безформну рагу з атомів і молекул, які не здатні з'єднатися для створення чогось більшого.

На щастя для людства, відключення гравітації та страшні події, які за цим ніколи не відбудуться. Темний сценарій просто демонструє, наскільки важлива гравітація. Вона значно слабша за електромагнетизм, сильне чи слабке взаємодії, але без неї наш світ перестане існувати.

Ви бачите роботу гравітації скрізь у повсякденному житті: під час ходьби, коли будь-який предмет падає вниз, коли йде . Сила тяжіння – це настільки звичне явище, що ми не звертаємо на неї уваги та сприймаємо як невід'ємний елемент навколишньої дійсності. Навіть незважаючи на те, що гравітація була відкрита кілька сотень років тому, вчені досі не розгадали її таємниць.

Що ж ми знаємо про гравітацію? Ми знаємо, що будь-які два об'єкти відчувають взаємне тяжіння. Гравітація сприяє у формуванні космічних тіл, наприклад, планет та зірок, а також допомагає утворювати зіркові системита галактики та утримує об'єкти на об'єктах один одному. Людина навчилася долати силу тяжіння за допомогою ракетних двигунів та відриватися від тяжіння та інших космічних об'єктів. Розглянемо дві основні наукові теоріїякі дозволяють зрозуміти принципи дії гравітації.

Перша теорія пов'язана з ім'ям одного з найвідоміших учених – англійського фізика Ісаака Ньютона. Як свідчить легенда, у 1600-ті роки Ньютон сидів під яблунею і, раптово, на його голову впало яблуко. Це змусило вченого задуматися про причини його падіння, чому воно впало і якщо впало, то вниз, а не полетіло вгору, наприклад.

У 1680-ті роки Ньютон опублікував свою теорію Всесвітнього тяжіння, яка висунула основну до 20 століття ідею, що пояснює взаємне тяжіння тіл. Згідно з нею, гравітація - це сила, яка діє на всю матерію і описується функцією, що включає масу і відстань між об'єктами. Теорія говорить, що кожна частка матерії притягує до себе всі інші частинки матерії у Всесвіті з силою прямо пропорційною добутку їх мас і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. Це пояснювало, чому близькі об'єкти не завжди мають високу силувзаємного тяжіння через брак , або чому далеко розташовані об'єкти, віддалені на мільйони кілометрів будуть утримуватися на .

Ньютонівська теоріявзаємного тяжіння панувала в науковому світіаж до початку 20 століття, року інший, не менш знаменитий вчений АльбертЕйнштейн запропонував інше пояснення гравітації. У межах своєї Загальної теорії відносності він запровадив поняття простору-часу як неподільного явища. Гравітація визначається як викривлення цього простору-часу. Щоб зрозуміти, цю теорію потрібно уявити собі туго натягнуте простирадло. Кожен об'єкт, будь то астероїд або зірка, є предметом, що лежить на цьому простирадлі. Чим більша маса предмета, тим більший прогин утворюється у простирадлі, схожий на вирву. Якщо який-небудь об'єкт рухатиметься по простору (простині), то пролітаючи повз великий об'єкт (предмет), він потрапить у його поле тяжіння (воронку) і викривить його траєкторію. Чим ближче він підлетить до об'єкта, тим сильніше скривиться його траєкторія.

Хоча гравітація відкрита і вивчається вже давно, до цих пір залишається безліч питань навколо цієї проблеми. Зокрема, до кінця не зрозуміла сила тяжіння. Вчені припускають, що існує спеціальна частка, горезвісний бозон Хіггса, яка відповідає за тяжіння об'єктів. Для отримання підтвердження цієї теорії проводяться експерименти в субатомних прискорювачах, у тому числі і в адронному колайдері. Однак вагомих результатів, які спростовують або доводять цю теорію, поки не отримано.

Є 7 коментарів. до "Гравітація"

"Тупити" не треба через край, хоча теорія Ле Сажа не розглядається основним науковим співтовариствомяк головну теорію гравітації, вона продовжує вивчатися дослідниками. А на мене вона і є найголовнішою – за рахунок нескінченного потоку енергетичних станівта утворюється ефект тяжіння. Непрямим підтвердженням її існування можуть бути всі наші приклади трансформації поля в енергію і назад, сама здатність до руху на магнітному полі. А зникнення потужного магнітного поляне може бути витлумачено як зникненням самих диполів, а тим, що за рахунок енергії простору вони знову переходять у свій нейтральний стан – обертання.

Закон Ньютона з його квадратом відстаней не працює у просторі вакууму, як втім, і знаменитий законЕйнштейна абсолютно неправильно інтерпретовано. Маса у цій формулі не дорівнює енергії, а є сповільнювачем темпу часу, що більше, тим повільніше процеси проходять у матерії. Друга помилка - це обмеження швидкості "швидкістю світла". Заберіть поняття простір – відстань, ось вам і миттєвість поширення взаємодій. Чому можна забрати відстань? Тому що наявність силового поляі надпровідниковий феномен (вилучення опору з такого середовища) дозволяють це мати на увазі і допускати. Розгін будь-яких частинок у такому середовищі досягає миттєвого значення. Та й сама енергія - це нескінченний потік енергетичних станів, що виходить від усіх зірок у вигляді тепла, всіляких видів випромінювань і дробових матеріальних частинок.

Уповільнення руху та втрата швидкості, різні слова, але висловлюють подібні поняття, Які у поєднанні з вектором сил прикладаються до рухомих тіл (для математиків і фізиків пов'язані з тертям, або з опором середовища, та й зрозуміло з вигаданим тяжінням, залежним від маси тіла). Але якщо говорять про гравітацію і думають, що вона все - має місце і відношення до маси, то помиляються, це помилкове переконання, яке необхідно видаляти з фізики. Гравітація це зовнішня сила, феномен, з'єднання сил енергетичних в якийсь безперервний потік, потужність якого безпосередньо залежить від розмірів площі сфери та від магнітного поля (значить і структури матерії). Енергію на Наразівраховувати неможливо, оскільки основна частина потоку «осідає» на зовнішньої сферизахисного поля Землі і в тому механізмі надпровідникового, який виявили американці 1961 року. До нас доходить (переважно) побічний продукт від “телепортації” таких енергетичних станів у вигляді постійного тиску.

Галілео Галілей проводив експеримент, доводячи, що важкі предмети досягають землі з тією самою швидкістю як і легені. Видершись на Пізанську вежу, він нібито скинув ядро ​​вагою 80 кілограм та мушкетну кулю вагою 200 грам, обидва предмети мали однакову обтічність і досягли землі одночасно. Таким чином він довів Аристотелю, що важкі предмети летять з такою самою швидкістю як і легкі. Подібні досліди проводилися і підтверджувалися з предметами різної ваги та щільності. І навіть пізніше у “вакуумних” трубках – з викачуваним повітрям (з пером та дробинкою). Що це говорить? У такому поширеному (у науковому середовищі) розумінні "гравітації" (за рахунок маси) - немає елементарної стикування логічної (адже швидкість вільного падіннядля всіх тіл одна), якби гравітація залежала від маси, то швидкості були різні.

Весь Всесвіт наповнений ефіром. Їм просочена вся матерія. Частинки ефіру мають коливальні рухияк молекули газів. Всі матеріальні частинки знаходяться під тиском ефіру як тіла на Землі під тиском атмосфери. Матерія випромінює гравітаційні хвилі. Ці хвилі зустрічаючись з частинками ефіру гасять їхню енергію таким чином, що тиск ефіру на тіла слабшає. Чим масивніше тілом-темменший тиск. У системі двох тіл тиск ефіру між ними слабший, ніж зовні та тіла як би взаємно притягуються. У Всесвіті, мабуть, немає стінок і ефір розлітається на всі боки, захоплюючи за собою галактики, змушує людство шукати темну матерію. Результат зниження ефірного тиску-видалення орбіти Місяця від Землі, збільшення діаметра Землі.

Весь СВІТ взаємодія електромагнітних хвильпри переході у ферміонний стан з'являється маса спокою-енергія ЕМВ тари-об'єму. Закон взаємного тяжіння-прояву взаємоіндукції різнополярних електромагнітних зарядів???

Ньютон та я. Якщо провести опитування серед населення на тему: ,Яке відкриття в галузі фізики Ви вважаєте найбільш значущим?”, звичайно ж, переважна кількість респондентів назвуть закон всесвітнього тяжіння І.Ньютона. І це є факт. Але найцікавіше полягає в тому, що закон всесвітнього тяжіння мало стосується безпосередньо буття людей. Нас більше хвилюють всі таємничі процеси, які відбуваються буквально у нас під ногами.
Наприклад, сейсмологи всіх країн досі не мають уявлення про природу енергії підземного поштовху, що веде до руйнівному землетрусуі яка причина виникнення хвиль цунамі, але вже без тих самих підземних поштовхів. Або, чому надра нашої планети досі перебувають у такому гарячому стані, а також жоден геофізик не дасть зрозумілого пояснення походження магнітного поля Землі.
На ці запитання відповідає відкриття Єдиного полятяжіння (www.gravis.kz/Gravis_Discovery.doc), в основі якого лежать непорушні закони І.Ньютона.

Двовимірний всесвіт існує на межі тривимірної, де існують сильно взаємодіючі кварки та глюони. Фізика у внутрішньому обсязі включає квантову теоріюгравітації, яку фахівці з теорії струн намагалися розробити багато десятиліть.

На запитання "Що таке сила?" фізика відповідає так: «Сила є міра взаємодії речових тіл між собою або між тілами та іншими матеріальними об'єктами. фізичними полями». Усі сили в природі можуть бути віднесені до чотирьох фундаментальним видамвзаємодій: сильної, слабкої, електромагнітної та гравітаційної. Наша стаття розповідає про те, що є гравітаційними силами - міра останнього і, мабуть, найбільш широко поширеного в природі виду цих взаємодій.

Почнемо з тяжіння землі

Всім, хто живе, відомо, що існує сила, яка притягує об'єкти до землі. Вона зазвичай називається гравітацією, силою тяжіння чи земним тяжінням. Завдяки її наявності у людини виникли поняття «верх» і «низ», що визначають напрямок руху або розташування чогось щодо земної поверхні. Так в окремому випадку, на поверхні землі або поблизу неї, проявляють себе гравітаційні сили, які притягують об'єкти, що володіють масою, один до одного, проявляючи свою дію на будь-яких як найменших, так і дуже великих, навіть за космічними мірками, відстанях.

Сила тяжіння та третій закон Ньютона

Як відомо, будь-яка сила, якщо вона розглядається як міра взаємодії фізичних тіл, завжди прикладена до якогось із них. Так і в гравітаційній взаємодії тіл один з одним, кожне з них відчуває такі види гравітаційних сил, які спричинені впливом кожного з них. Якщо тіл всього два (передбачається, що дія всіх інших можна знехтувати), то кожне з них за третім законом Ньютона буде притягувати інше тіло з однаковою силою. Так Місяць і Земля притягують одне одного, наслідком є ​​припливи і відпливи земних морів.

Кожна планета в Сонячної системивідчуває відразу кілька сил тяжіння з боку Сонця та інших планет. Звичайно, визначає форму та розміри її орбіти саме сила тяжіння Сонця, але й вплив інших небесних тіл астрономи враховують у своїх розрахунках траєкторій їхнього руху.

Що швидше впаде на землю з висоти?

Головною особливістю цієї сили є те, що всі об'єкти падають на землю з однією швидкістю, незалежно від їхньої маси. Колись, аж до 16-го ст., вважалося, що все навпаки – важчі тіла мають падати швидше, ніж легені. Щоб розвіяти цю оману Галілео Галілею довелося виконати свій знаменитий досвід із одночасного скидання двох гарматних ядер різної ваги з похилою Пізанської вежі. Всупереч очікуванням свідків експерименту обидва ядра досягли поверхні одночасно. Сьогодні кожен школяр знає, що це сталося завдяки тому, що сила тяжіння повідомляє будь-якому тілу те саме прискорення вільного падіння g = 9,81 м/с 2 незалежно від маси m цього тіла, а величина її за другим законом Ньютона дорівнює F = mg.

Гравітаційні сили на Місяці та інших планетах мають різні значенняцього прискорення. Однак характер дії сили тяжіння на них такий самий.

Сила тяжкості та вага тіла

Якщо перша сила прикладена безпосередньо до самого тіла, то друга до його опори чи підвісу. У цій ситуації на тіла з боку опор та підвісів завжди діють сили пружності. Гравітаційні сили, прикладені до тих самих тіл, діють їм назустріч.

Уявіть собі вантаж, що підвішений над землею на пружині. До нього додано дві сили: сила пружності розтягнутої пружини та сила тяжіння. Згідно з третім законом Ньютона вантаж діє на пружину з силою, рівною та протилежною силі пружності. Ця сила і буде його вагою. У вантажу масою 1 кг вага дорівнює Р = 1 кг ∙ 9,81 м/с 2 = 9,81 Н (ньютон).

Гравітаційні сили: визначення

Перша кількісна теорія гравітації, заснована на спостереженнях руху планет, була сформульована Ісааком Ньютоном в 1687 в його знаменитих "Початках" натуральної філософіїВін писав, що сили тяжіння, які діють на Сонці та планети, залежать від кількості речовини, яку вони містять. Вони поширюються на великі відстаніі завжди зменшуються як величини, обернені до квадрату відстані. Як можна обчислити ці гравітаційні сили? Формула для сили F між двома об'єктами з масами m 1 і m 2 , що знаходяться на відстані r, така:

• F=Gm 1 m 2 /r 2 ,
  де G - Константа пропорційності, гравітаційна постійна.

Фізичний механізм гравітації

Ньютон був не повністю задоволений своєю теорією, оскільки вона передбачала взаємодію між тілами, що притягуються, на відстані. Сам великий англієць був упевнений, що повинен існувати якийсь фізичний агент, відповідальний за передачу дії одного тіла на інше, про що він зрозуміло висловився в одному зі своїх листів. Але час, коли було запроваджено поняття гравітаційного поля, яке пронизує весь простір, настав лише через чотири століття. Сьогодні, говорячи про гравітацію, ми можемо говорити про взаємодію будь-якого (космічного) тіла з гравітаційним полем інших тіл, мірою якого і служать гравітаційні сили, що виникають між кожною парою тіл. Закон всесвітнього тяжіння, сформульований Ньютоном у наведеній вище формі, залишається вірним і підтверджується безліччю фактів.

Теорія гравітації та астрономія

Вона була дуже успішно застосована до вирішення завдань небесної механіки час XVIIIі початку XIXстоліття. Наприклад, математики Д. Адамс і У. Левер'є, аналізуючи порушення орбіти Урана, припустили, що у нього діють гравітаційні сили взаємодії з ще невідомою планетою. Ними було вказано її передбачуване становище, і незабаром астрономом І. Галле там знайшли Нептун.

Хоча залишалася одна проблема. Левер'є в 1845 розрахував, що орбіта Меркурія прецесує на 35 "" за століття, на відміну від нульового значення цієї прецесії, одержуваного по теорії Ньютона. Наступні виміри дали більше точне значення 43 "". (Спостережувана прецесія дорівнює дійсно 570"/вік, але копіткий розрахунок, що дозволяє відняти вплив від усіх інших планет, дає значення 43".

Лише у 1915 р. Альберт Ейнштейн зміг пояснити цю невідповідність у межах створеної ним теорії гравітації. Виявилося, що масивне Сонце, як і будь-яке інше масивне тіло, викривляє простір-час у своїй околиці. Ці ефекти викликають відхилення в орбітах планет, але у Меркурія, як найменшої та найближчої до нашої зірки планети, вони виявляються найсильніше.

Інерційна та гравітаційна маси

Як уже зазначалося вище, Галілей був першим, хто спостерігав, що об'єкти падають на землю з однаковою швидкістю, незалежно від їхньої маси. У формулах Ньютона поняття маси походить від двох різних рівнянь. Другий закон каже, що сила F, прикладена до тіла з масою m, дає прискорення за рівнянням F = ma.

Проте сила тяжкості F, прикладена до тіла, задовольняє формулі F = mg, де g залежить від іншого тіла, що взаємодіє з аналізованим (землі зазвичай, коли ми говоримо про силу тяжіння). В обох рівнянь m є коефіцієнт пропорційності, але в першому випадку це інерційна маса, а в другому – гравітаційна, і немає жодної очевидної причинищо вони повинні бути однаковими для будь-якого фізичного об'єкта.

Однак усі експерименти показують, що це справді так.

Теорія гравітації Ейнштейна

Він взяв факт рівності інерційної та гравітаційної масяк відправну точку своєї теорії. Йому вдалося побудувати рівняння гравітаційного поля, знамениті рівняння Ейнштейна, та з їх допомогою обчислити правильне значеннядля прецесії орбіти Меркурія Вони також дають виміряне значення відхилення світлових променів, що проходять поблизу Сонця, і немає жодних сумнівів у тому, що з них випливають правильні результати для макроскопічної гравітації. Теорія гравітації Ейнштейна, або загальна теорія відносності (ОТО), як він сам її назвав, є одним із найбільших тріумфівсучасної науки

Гравітаційні сили – це прискорення?

Якщо ви не можете відрізнити інерційну масу від гравітаційної, ви не можете відрізнити і гравітацію від прискорення. Експеримент у гравітаційному полі натомість може бути виконаний у прискорено рухомому ліфті без гравітації. Коли космонавт в ракеті прискорюється, віддаляючись від землі, він відчуває силу тяжкості, яка в кілька разів більша за земну, причому переважна її частина приходить від прискорення.

Якщо ніхто не може відрізнити гравітацію від прискорення, першу завжди можна відтворити шляхом прискорення. Система, у якій прискорення замінює силу тяжкості, називається інерційною. Тому Місяць на навколоземній орбіті також можна як інерційну систему. Однак ця система відрізнятиметься від точки до точки, оскільки змінюється гравітаційне поле. (У прикладі з Місяцем гравітаційне поле змінює напрямок з однієї точки в іншу.) Принцип, згідно з яким завжди можна знайти інерційну систему в будь-якій точці простору та часу, в якій фізика підпорядковується законам без гравітації, називається принципом еквівалентності.

Гравітація як прояв геометричних властивостей простору-часу

Той факт, що гравітаційні сили можна розглядати як прискорення в інерційних системахкоординат, які від точки до точки, означає, що гравітація - це геометричне поняття.

Ми говоримо, що простір-час викривляється. Розглянемо м'яч на плоскої поверхні. Він буде лежати або, якщо немає ніякого тертя, поступово рухатися за відсутності дії будь-яких сил на нього. Якщо поверхня викривляється, м'яч прискориться і рухатиметься до найнижчої точки, вибираючи найкоротший шлях. Аналогічно теорія Ейнштейна стверджує, що чотиривимірний простір-час викривлений, і тіло рухається в цьому викривленому просторіпо геодезичної лінії, якій відповідає найкоротший шлях. Тому гравітаційне поле та діючі в ньому на фізичні тілагравітаційні сили - це геометричні величини, що залежать від властивостей простору-часу, які найбільше змінюються поблизу масивних тіл.