Gravity - vad är det? Tyngdkraften. Jordens gravitation

Mänskligheten sedan urminnes tider funderat på hur världen omkring oss. Varför är gräset växer, varför solen skiner, varför vi inte kan flyga ... Den senare är för övrigt alltid särskilt intresserad av människor. Nu vet vi att orsaken till allt - gravitation. Vad är det, och varför detta fenomen är så viktigt i omfattningen av universum, vi granskar i dag.

prodrome

Forskarna fann att alla massiva kroppar uppleva en ömsesidig attraktion till varandra. Senare visade det sig att denna mystiska kraft orsakar förflyttning av himlakroppar och deras permanenta banor. Samma teori om gravitation formulerade geni Isaak Nyuton, vars hypoteser har förutbestämda utvecklingen av fysik för många århundraden framåt. Utvecklat och fortsatt (om än i en helt annan riktning) är en vetenskapsman Albert Einstein - en av de största hjärnorna av förra seklet.

I århundraden, forskare har observerat attraktion, att försöka förstå och mäta det. Slutligen gå till mänsklighetens tjänst under de senaste decennierna (i någon mening, naturligtvis) även sådant som gravitationen. Vad är det, vad är definitionen av begreppet övervägs i den moderna vetenskapen?

vetenskaplig definition

Om du undersöka skrifter antika filosofer, är det möjligt att ta reda på att det latinska ordet "de gravitas" betyder "tyngd", "dragningskraft". Idag har forskare kallas universell och konstant växelverkan mellan materiella kroppar. Om denna kraft är relativt svag och gäller endast för objekt som rör sig betydligt långsammare än ljusets hastighet, är det som gäller för dem Newtons teori. Om det inte är fallet, bör du använda resultaten av Einstein.

Början: För närvarande är den typ av gravitationen inte helt klarlagda i princip. Vad det är, vi fortfarande inte fullt närvarande.

Teorier Newton och Einstein

Enligt den klassiska undervisningen i Isaaka Nyutona är alla kroppar dras till varandra med en kraft direkt proportionell mot deras massa är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet som ligger mellan dem. Einstein hävdade att tyngdkraften mellan objekt som visas i fallet med böjda tid och rum (ett utrymme krökning är endast möjligt om det innehåller en substans).

Denna idé var mycket djup, men nya studier visar det lite bristande noggrannhet. Idag är det troligt att gravitationen trålvarpet i rymden bara utrymme: tid kan sakta ner och även stoppa, men verkligheten är att ändra formen av en tillfällig materiens teori har inte bekräftats. Det är därför den klassiska Einstein ekvationen inte ge ännu en chans att området kommer att fortsätta att påverka materien och den resulterande magnetfält.

Ju mer vi vet tyngdlagen (gravitation), den matematiska uttryck som ägs allteftersom tiden Newton:

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

Enligt γ förstås gravitationskonstanten (G symbolen används ibland), vars värde lika med 6.67545 × 10-11 m ^ / (kg · s²).

Interaktion mellan elementarpartiklar

Den otroliga komplexiteten i det omgivande området är till stor del förknippas med ett oändligt antal elementarpartiklar. Mellan dem finns det också olika interaktioner på dessa nivåer om vilka vi kan bara gissa. Men alla typer av interaktioner av elementarpartiklar med varandra skiljer sig väsentligt i sin effekt.

Den mest kraftfulla av alla kända krafter gå samman komponenterna i atomkärnan. För att skilja dem åt, måste du spendera en verkligt kolossal mängd energi. När det gäller elektroner de "bundna" till kärnan endast vanlig elektromagnetisk växelverkan. För att stoppa den, ibland ganska den energi som uppträder som ett resultat av de vanligaste kemiska reaktionen. Gravity är (vad det är, du redan vet) i den version av atomer och subatomära partiklar är det enklaste typ av interaktion.

Gravitationsfältet i det här fallet är så svag att det är svårt att föreställa sig. Märkligt nog, men rörelsen av himlakroppar, vars vikt ibland omöjligt att föreställa sig, "följa" de. Allt detta är möjligt tack vare två funktioner av gravitation som är speciellt uttalad i fallet med stora fysiska objekt:

• Skillnad atomic force gravitations dra betydligt mer avlägsen från objektet. Således håller jordens gravitation inom sitt område, och med månen, och en liknande kraft av Jupiters bana stöder lätt flera satelliter, är massan av var och en jämförbar med jorden!
• Dessutom säkerställer det alltid attraktionen mellan föremål, avståndet, denna kraft försvagas vid låg hastighet.

Bildandet av en mer eller mindre sammanhängande teori om gravitation är relativt ny, och det är ett resultat av flera hundra år gamla observationer av rörelse av planeterna och andra himlakroppar. Uppgiften betydligt lättare av det faktum att de rör sig i ett vakuum, där det finns helt enkelt inga andra möjliga interaktioner. Galileo och Kepler - två framträdande astronom av tiden, har sina mest värdefulla iakttagelser bidragit till att bana väg för nya upptäckter.

Men bara den stora Isaak Nyuton kunde etablera den första teori om gravitation och uttrycka det i matematisk kartläggning. Det var den första tyngdlagen, matematisk kartläggning som ges ovan.

Newtons slutsatser och några av hans föregångare

Till skillnad från andra fysikaliska fenomen som finns i vår omvärld, gravitation yttrar sig alltid och överallt. Det bör förstås att termen "tyngdlöshet", som ofta förekommer i pseudo-vetenskapliga kretsar, är det inte korrekt: ens tyngdlöshet i rymden betyder inte att en person eller ett rymdskepp är inte giltigt attraktion av en massiv objekt.

Dessutom är alla materiella kroppar har en viss vikt, som uttrycks i form av en kraft som applicerades på dem, och den fastställda accelerationen på grund av denna exponering.

Sålunda, är gravitationskraften proportionell mot massan av föremål. Numeriskt kan de uttryckas, ta emot både produkten av massorna av kropparna. Denna kraft lyder strikt invers beroende av kvadraten på avståndet mellan objekt. All annan interaktion mycket olika beroende på avståndet mellan de två kropparna.

Mass som en hörnsten i teorin

En array med objekt blev särskilt kontroversiell punkt kring vilken byggs hela modern teori om gravitation och Einsteins relativitetsteori. Om du kommer ihåg den andra lag Newton, då du redan vet att vikten är ett obligatoriskt inslag i någon fysisk material kropp. Den visar hur objektet kommer att bete sig i händelse av att utsättas för krafter, oberoende av dess ursprung.

Eftersom hela kroppen (enligt Newton) när de utsätts för en yttre kraft snabbare, bestämmer nämligen massa hur stor är denna acceleration. Överväga en mer tydligt exempel. Föreställ dig en skoter och buss: om det tillämpas på dem exakt samma effekt, nådde de olika hastigheter för olika tid. Allt detta förklaras av teorin om gravitation.

Vad är förhållandet mellan massa och gravitation?

Om vi talar om gravitation, massan detta fenomen spelar en roll helt motsatt den som den spelar i förhållande till makt och acceleration av objektet. Att det är den främsta källan till attraktion. Om du tar en titt på de två kroppar och den kraft med vilken de lockar en tredje föremål, som ligger på samma avstånd från de två första, då styrkeförhållandena är lika med förhållandet mellan massorna av de två första objekten. Sålunda, är attraktionskraften direkt proportionell mot massan av kroppen.

Om vi betraktar den tredje lag Newton, är det möjligt att se till att det står exakt samma sak. Gravitationskraften som verkar på de två kropparna belägna på samma avstånd från källan av attraktion, direkt beror på massan av dataobjekt. I vardagen vi talar om kraften som kroppen attraheras till ytan av planeten, som dess titel.

Låt oss sammanfatta. Således är massan närbesläktade med makt och acceleration. Samtidigt bestämmer den kraft med vilken kroppen kommer att agera på attraktion.

Funktioner acceleration av kroppar i ett gravitationsfält

Denna fantastiska dualitet är anledningen till att helt olika objekt i samma gravitationsfält av acceleration kommer att vara lika. Antag att vi har två kroppar. Tilldela en av dem z massa, och den andra - Z. båda objekten kastas på marken, som faller fritt.

Som bestäms av förhållandet mellan krafter attraktion? Den visar en enkel matematisk formel - z / Z. Det är bara accelerationen de får som ett resultat av gravitationskraften kommer att vara exakt samma. Enkelt uttryckt, acceleration som kroppen är i ett gravitationsfält beror inte på dess egenskaper.

Vad bestämmer accelerationen i det fall som beskrivs?

Det beror bara (!) Av vikten av föremålen som skapar detta område, liksom deras spatiala positionen. Den dubbla rollen av massan och accelerationen lika med olika organ i ett gravitationsfält är redan relativt öppen under en längre tid. Dessa fenomen har följande rubrik: "-principen likvärdighet". Denna term understryker än en gång att accelerationen och trögheten ofta motsvarande (i viss mån, förstås).

Vikten av det värde på G

vi minns från skolan fysik naturligtvis att tyngdaccelerationen vid ytan av vår planet (jordens gravitation) är 10 m / sek.² (9,8 naturligtvis, men detta värde används för enkel beräkning). Därför inte ta hänsyn till luftmotståndet (vid en avsevärd höjd på ett kort avstånd infalls), då effekten som erhålls när kroppen förvärvar en ökning av acceleration av 10 m / sek. varje sekund. Till exempel, kommer en bok som föll från andra våningen av huset, i slutet av dess uppdrag att röra sig med en hastighet av 30-40 m / s. Enkelt uttryckt, 10 m / s - det är "speed" gravitations inom jorden.

Tyngdaccelerationen i fysik litteraturen anges med bokstaven «g». Eftersom formen på jorden i viss mån mer som en mandarin än bollen, är värdet av denna kvantitet inte i alla sina områden är densamma. Sålunda, i de ovan accelerations polerna, och det blir mindre på de höga topparna i bergen.

Även inom gruvindustrin spelar ingen liten roll som gravitation. Fysiken av detta fenomen sparar ibland en hel del tid. Så geologer är särskilt intresserade av en helt exakt definition av g, eftersom det tillåter exceptionell precision utforska och hitta mineralfyndigheter. Förresten, det ser ut som gravitationen formeln där värdet spelar en roll anses av oss? Här är det:

F = G x M1xM2 / R2

Var uppmärksam! I detta fall, förut gravitation formel G «gravitationskonstanten", vars värde vi redan har givits ovan.

Vid den tiden, Newton formulerade de principer som anges ovan. Han visste, och enhet och universalitet gravitationskraften, men alla aspekter av fenomenet han inte kunde beskriva. Den äran sjönk till Alberta Eynshteyna, som kunde förklara likvärdighetsprincipen. Att mänskligheten är skyldig sin nuvarande förståelse av den typ av rumtiden kontinuum.

Relativitetsteorin, Alberta Eynshteyna arbete

I samband med Isaaka Nyutona tror att utgångspunkten kan återges i form av några tuffa "stavar", varmed det installerade läget av kroppen i den rumsliga koordinatsystemet. Samtidigt antogs det att alla observatörer, som notera dessa koordinater kommer att vara i samma tid. Under dessa år, var denna situation anses så självklart att inga försök gjordes att utmana det eller lägga till det. Detta är förståeligt, eftersom gränserna för vår planet inga avvikelser i denna regel nr.

Einstein visade att mätnoggrannheten skulle vara riktigt signifikant om den hypotetiska klockan rör sig mycket långsammare än ljusets hastighet. Enkelt uttryckt, om en observatör som rör sig långsammare än ljusets hastighet, kommer att följa de två händelserna, de råkar honom samtidigt. Således, för andra observatör? graden av vilken är samma eller flera händelser kan inträffa vid olika tidpunkter.

Men tyngdkraften är relaterad till relativitetsteorin? Låt oss öppna frågan i detalj.

Sambandet mellan relativitetsteorin och gravitationskrafter

Under de senaste åren har gjort det ett stort antal upptäckter inom subatomära partiklar. En växande övertygelse om att vi är på väg att hitta den slutliga partikeln, bortom vilken vår värld inte kan krossas. Blir mer påträngande behov av att veta exakt hur man kan påverka de små "tegelstenar" av vårt universum är fundamentala krafter som har upptäckts under det senaste århundradet, och ännu tidigare. Särskilt ont att själva karaktären av gravitationen ännu inte har förklarats.

Det är därför, efter Einstein, som etablerade "oförmåga" klassiska Newtons mekanik i området i fråga, forskarna fokuserat på en fullständig omprövning av tidigare erhållna data. På många sätt har revideringen genomgått allvaret. Vad det är i nivå med subatomära partiklar? Har den åtminstone något värde i denna fantastiska flerdimensionella värld?

En enkel lösning?

Först många trodde att skillnaden Newtons gravitation och relativitetsteorin kan förklaras helt enkelt, en analogi från elektro. Det skulle vara möjligt att anta att gravitationsfältet sprider sig som ett magnetfält, varefter det är möjligt att deklarera en "medlare" i samspelet mellan himlakroppar, förklarar de många motsägelser i den gamla och den nya teorin. Faktum är att då det skulle anses vara den relativa hastigheten av fortplantningen av styrkorna var påtagligt lägre ljus. Eftersom gravitation och tidsbundna?

I princip Einstein själv nästan fick bygga en relativistisk teori bygger på sådana åsikter, det är bara en sak hindrade hans avsikt. Ingen av forskarna på den tiden inte hade någon information alls som kunde ha hjälpt bestämma "hastighet" av gravitationen. Men det fanns en hel del information om förflyttning av stora massor. Som ni vet är de bara gjorde en erkänd källa till en kraftfull gravitationsfält.

Höga hastigheter påverkar kraftigt kroppsvikt, och det är inte på något sätt liknar samspelet mellan fart och kraft. Ju högre hastighet, desto större kroppsvikt. Problemet är att den senare automatiskt skulle bli oändlig när det gäller rörelse med ljusets hastighet eller högre. Så Einstein drog slutsatsen att det inte finns någon gravitation och tensor fält för att beskriva som bör användas mycket mer varierande.

Hans efterföljare kom till slutsatsen att gravitationen och praktiskt taget inte släkt. Det faktum att detta mycket tensor fält kan verka på utrymmet, men i tid för att påverka inte. Men den lysande fysikern Stephen Hawking modernitet har en annan synvinkel. Men det är en annan historia ...