Żyjemy na Ziemi, poruszamy się po jej powierzchni, jak po krawędzi jakiegoś skalistego urwiska, które wznosi się nad bezdenną przepaścią. Na tej krawędzi otchłani trzyma nas tylko to, co nas dotyczy. grawitacja ziemska; nie spadamy z powierzchni ziemi tylko dlatego, że mamy, jak mówią, pewną wagę. Gdyby siła grawitacji naszej planety nagle przestała działać, natychmiast odlecielibyśmy z tego „urwiska” i gwałtownie polecielibyśmy w otchłań kosmosu. Bez końca pędziliśmy w otchłani przestrzeni świata, nie znając ani góry, ani dołu.

Poruszanie się po ziemi

Jego ruch na ziemi my również zawdzięczamy to grawitacji. Chodzimy po Ziemi i nieustannie pokonujemy opór tej siły, czując jej działanie, jak jakieś ciężkie obciążenie na nogach. To „obciążenie” daje się szczególnie odczuć podczas wspinania się na górę, kiedy trzeba go ciągnąć, jak jakiś ciężki ciężar zwisający z twoich stóp. Nie mniej dotkliwie wpływa na schodzenie z góry, zmuszając nas do przyspieszenia kroków. Pokonywanie siły grawitacji podczas poruszania się po Ziemi. Kierunki te - "góra" i "dół" - są nam wskazywane jedynie przez grawitację. We wszystkich punktach powierzchni Ziemi jest skierowany prawie do środka Ziemi. Dlatego pojęcia „dół” i „góra” będą diametralnie przeciwstawne dla tzw. antypodów, czyli ludzi żyjących na diametralnie przeciwległych częściach powierzchni Ziemi. Na przykład kierunek, który dla mieszkających w Moskwie pokazuje „w dół”, dla mieszkańców Ziemi Ognistej pokazuje się „w górę”. Kierunki wskazujące „w dół” dla osób na biegunie i na równiku tworzą kąt prosty; są do siebie prostopadłe. Poza Ziemią, oddalając się od niej, siła grawitacji maleje, ponieważ siła przyciągania maleje (siła przyciągania Ziemi, podobnie jak każdego innego ciała na świecie, rozciąga się w nieskończoność w przestrzeni), a siła odśrodkowa wzrasta , co zmniejsza siłę grawitacji. Dlatego im wyżej podniesiemy jakiś ładunek, na przykład w balonie, tym mniej ten ładunek będzie ważył.

Siła odśrodkowa Ziemi

Ze względu na rotację dobową, siła odśrodkowa ziemi. Siła ta działa wszędzie na powierzchni Ziemi w kierunku prostopadłym do osi Ziemi iz dala od niej. Siła odśrodkowa mały w porównaniu do powaga. Na równiku osiąga największą wartość. Ale nawet tutaj, według obliczeń Newtona, siła odśrodkowa wynosi tylko 1/289 siły przyciągania. Im dalej na północ od równika, tym mniejsza siła odśrodkowa. Na samym biegunie zero.
Działanie siły odśrodkowej Ziemi. Na pewnej wysokości siła odśrodkowa wzrośnie tak bardzo, że będzie równa sile przyciągania, a siła grawitacji najpierw stanie się równa zeru, a następnie wraz ze wzrostem odległości od Ziemi przyjmie wartość ujemną i będzie stale rosła, będąc skierowana w przeciwnym kierunku w stosunku do Ziemi.

Powaga

Wypadkową siłę przyciągania Ziemi i siłę odśrodkową nazywamy powaga. Siła grawitacji we wszystkich punktach na powierzchni Ziemi byłaby taka sama, gdyby nasza idealnie dokładna i regularna kula, gdyby jej masa była wszędzie taka sama, i wreszcie, gdyby nie było dziennego obrotu wokół osi. Ale ponieważ nasza Ziemia nie jest zwykłą kulą, nie składa się ze wszystkich jej części ze skał o tej samej gęstości i cały czas się obraca, to zatem grawitacja w każdym punkcie na powierzchni ziemi jest nieco inna. Dlatego w każdym punkcie na powierzchni Ziemi wielkość grawitacji zależy od wielkości siły odśrodkowej, która zmniejsza siłę przyciągania, od gęstości skał ziemskich i odległości od środka ziemi. Im większa odległość, tym mniejsza grawitacja. Promienie Ziemi, które na jednym końcu niejako opierają się o równik ziemski, są największe. Promienie kończące się biegunem północnym lub południowym są najmniejsze. Dlatego wszystkie ciała na równiku mają mniejszą grawitację (mniejszą wagę) niż na biegunie. Wiadomo, że grawitacja jest większa na biegunie niż na równiku o 1/289. Tę różnicę w grawitacji tych samych ciał na równiku i na biegunie można znaleźć, ważąc je za pomocą wagi sprężynowej. Jeśli ważymy ciała na wagach z odważnikami, to nie zauważymy tej różnicy. Waga pokaże ten sam ciężar zarówno na biegunie, jak i na równiku; waga, podobnie jak ciała, które są ważone, oczywiście również się zmieni.
Wagi wiosenne jako sposób pomiaru grawitacji na równiku i na biegunie. Załóżmy, że statek z ładunkiem waży w rejonach polarnych, w pobliżu bieguna, około 289 tys. ton. Po przybyciu do portów w pobliżu równika statek z ładunkiem będzie ważył tylko około 288 000 ton. Tak więc na równiku statek stracił około tysiąca ton wagi. Wszystkie ciała utrzymywane są na powierzchni ziemi tylko dzięki temu, że działa na nie grawitacja. Rano, wstając z łóżka, jesteś w stanie opuścić stopy na podłogę tylko dlatego, że ta siła ciągnie je w dół.

Grawitacja wewnątrz Ziemi

Zobaczmy, jak się zmieni grawitacja wewnątrz ziemi. Gdy wchodzimy głębiej w Ziemię, siła grawitacji stale wzrasta do pewnej głębokości. Na głębokości około tysiąca kilometrów grawitacja będzie miała maksymalną (największą) wartość i wzrośnie w porównaniu do swojej średniej wartości na powierzchni Ziemi (9,81 m/s) o około pięć procent. Wraz z dalszym pogłębianiem się siła grawitacji będzie się stale zmniejszać i w środku Ziemi będzie równa zeru.

Założenia dotyczące obrotu Ziemi

Nasz obracająca się ziemia dokonuje pełnego obrotu wokół własnej osi w ciągu 24 godzin. Wiadomo, że siła odśrodkowa wzrasta proporcjonalnie do kwadratu prędkości kątowej. Dlatego jeśli Ziemia przyspieszy swój obrót wokół własnej osi 17 razy, to siła odśrodkowa wzrośnie 17 razy do kwadratu, czyli 289 razy. W normalnych warunkach, jak wspomniano powyżej, siła odśrodkowa na równiku wynosi 1/289 siły grawitacji. Ze wzrostem 17 razy siła przyciągania i siła odśrodkowa są równe. Siła grawitacji - wypadkowa tych dwóch sił - przy takim wzroście prędkości obrotu osiowego Ziemi będzie równa zeru.
Wartość siły odśrodkowej podczas obrotu Ziemi. Ta prędkość obrotu Ziemi wokół własnej osi nazywana jest krytyczną, gdyż przy takiej prędkości obrotu naszej planety wszystkie ciała na równiku straciłyby swoją wagę. Czas trwania dnia w tym krytycznym przypadku będzie wynosił około 1 godziny i 25 minut. Wraz z dalszym przyspieszeniem obrotu Ziemi wszystkie ciała (przede wszystkim na równiku) najpierw stracą swoją wagę, a następnie siłą odśrodkową zostaną wyrzucone w kosmos, a sama Ziemia zostanie rozerwana tą samą siłą. Nasz wniosek byłby słuszny, gdyby Ziemia była ciałem absolutnie stałym i przyspieszając swój ruch obrotowy, nie zmieniałaby swojego kształtu, innymi słowy, gdyby promień ziemskiego równika zachował swoją wartość. Wiadomo jednak, że wraz z przyspieszeniem obrotu Ziemi jej powierzchnia będzie musiała ulec pewnej deformacji: zacznie się kurczyć w kierunku biegunów i rozszerzać w kierunku równika; nabierze coraz bardziej spłaszczonego wyglądu. Długość promienia równika ziemskiego zacznie się wówczas zwiększać, zwiększając tym samym siłę odśrodkową. Tak więc ciała na równiku stracą swoją wagę, zanim prędkość obrotu Ziemi wzrośnie 17-krotnie, a katastrofa z Ziemią nadejdzie, zanim dzień skróci czas jej trwania do 1 godziny i 25 minut. Innymi słowy, krytyczna prędkość obrotu Ziemi będzie nieco mniejsza, a maksymalna długość dnia będzie nieco dłuższa. Wyobraź sobie w myślach, że prędkość obrotu Ziemi z nieznanych przyczyn zbliży się do krytycznej. Co się wtedy stanie z mieszkańcami ziemi? Przede wszystkim wszędzie na Ziemi dzień będzie trwał np. dwie lub trzy godziny. Dzień i noc zmienią się szybko w kalejdoskopie. Słońce, jak w planetarium, będzie się bardzo szybko poruszać po niebie, a gdy tylko się obudzisz i umyjesz, zniknie już za horyzontem, a zastąpi je noc. Ludzie nie będą już dokładnie nawigować w czasie. Nikt nie będzie wiedział, jaki jest dzień miesiąca i jaki jest dzień tygodnia. Normalne życie ludzkie zostanie zdezorganizowane. Zegary wahadłowe zwolnią, a następnie zatrzymają się wszędzie. Chodzą, ponieważ działa na nich grawitacja. Rzeczywiście, w naszym codziennym życiu, kiedy "spacerowicze" zaczynają pozostawać w tyle lub pędzić, wówczas konieczne jest skrócenie lub wydłużenie ich wahadła, a nawet zawieszenie dodatkowego ciężaru na wahadle. Ciała na równiku stracą na wadze. W tych wyimaginowanych warunkach łatwo będzie podnosić bardzo ciężkie ciała. Nie będzie trudno zarzucić konia, słonia, a nawet podnieść cały dom. Ptaki stracą zdolność do lądowania. Oto stado wróbli krążących nad korytem z wodą. Śpiewają głośno, ale nie są w stanie zejść. Garść rzuconego przez niego ziarna zawisałaby nad ziemią w osobnych ziarnach. Niech dalej prędkość obrotu Ziemi coraz bardziej zbliża się do krytycznej. Nasza planeta jest mocno zdeformowana i przybiera coraz bardziej spłaszczony wygląd. Jest porównywany do szybko obracającej się karuzeli i grozi wyrzuceniem jej mieszkańców. Rzeki przestaną wtedy płynąć. Będą długo stojącymi bagnami. Ogromne statki oceaniczne ledwo dotkną powierzchni wody swoim dnem, okręty podwodne nie będą mogły nurkować w głębinach morza, ryby i zwierzęta morskie będą pływać po powierzchni mórz i oceanów, nie będą już mogły ukrywać się w głębinach morza. Żeglarze nie będą już mogli kotwiczyć, nie będą już posiadać sterów swoich statków, duże i małe statki będą stać w bezruchu. Oto kolejny wyimaginowany obraz. Na stacji stoi pociąg pasażerski. Gwizdek już zabrzmiał; pociąg musi odjechać. Kierowca podjął wszelkie niezbędne środki. Palacz hojnie wrzuca węgiel do pieca. Z komina lokomotywy parowej lecą duże iskry. Koła kręcą się rozpaczliwie. Ale lokomotywa stoi w miejscu. Jego koła nie dotykają szyn i nie ma między nimi tarcia. Nadejdzie chwila, kiedy ludzie nie będą mogli zejść na podłogę; przykleją się jak muchy do sufitu. Niech prędkość obrotu Ziemi stale rośnie. Siła odśrodkowa jest coraz większa w swej wielkości od siły przyciągania... Wtedy ludzie, zwierzęta, przedmioty gospodarstwa domowego, domy, wszystkie przedmioty na Ziemi, cały jej świat zwierzęcy zostanie wrzucony w przestrzeń świata. Kontynent australijski oddzieli się od Ziemi i zawiśnie w kosmosie jak kolosalna czarna chmura. Afryka pofrunie w głąb cichej otchłani, z dala od Ziemi. Wody Oceanu Indyjskiego zamienią się w ogromną liczbę kulistych kropel, a także polecą na nieograniczone odległości. Morze Śródziemne, zanim zdąży zamienić się w gigantyczne skupiska kropel, oddzieli się od dna całą grubością wody, którą będzie można swobodnie przepłynąć z Neapolu do Algieru. Wreszcie prędkość rotacji wzrośnie tak bardzo, siła odśrodkowa wzrośnie tak bardzo, że cała Ziemia zostanie rozerwana. To jednak również nie może się zdarzyć. Prędkość obrotu Ziemi, jak powiedzieliśmy powyżej, nie wzrasta, a wręcz przeciwnie, nawet trochę maleje - jest jednak tak mała, że ​​jak już wiemy, za 50 tysięcy lat wydłuża się długość dnia tylko o jedną sekundę. Innymi słowy, Ziemia obraca się teraz z taką prędkością, która jest konieczna, aby flora i fauna naszej planety przez wiele tysiącleci mogła kwitnąć pod kalorycznymi, życiodajnymi promieniami Słońca.

Wartość tarcia

Zobaczmy teraz co tarcie ma znaczenie i co by się stało, gdyby go tam nie było. Wiadomo, że tarcie ma szkodliwy wpływ na nasze ubrania: płaszcze najpierw zużywają rękawy, a buty podeszwy, ponieważ rękawy i podeszwy są najbardziej narażone na tarcie. Ale wyobraźmy sobie przez chwilę, że powierzchnia naszej planety była jakby dobrze wypolerowana, idealnie gładka i wykluczona byłaby możliwość tarcia. Czy moglibyśmy chodzić po takiej powierzchni? Oczywiście nie. Każdy wie, że nawet po lodzie i po wytartej podłodze bardzo trudno jest chodzić i trzeba uważać, żeby nie upaść. Ale powierzchnia lodu i potarta podłoga wciąż ma pewne tarcie.
Siła tarcia na lodzie. Gdyby siła tarcia zniknęła na powierzchni Ziemi, na naszej planecie na zawsze zapanowałby nieopisany chaos. Jeśli nie będzie tarcia, morze będzie szaleć w nieskończoność, a sztorm nigdy nie ustanie. Tornada piaskowe nie przestaną wisieć nad Ziemią, a wiatr będzie stale wiał. Melodyjne dźwięki fortepianu, skrzypiec i straszliwy ryk drapieżnych zwierząt będą mieszać się i rozprzestrzeniać w powietrzu bez końca. Bez tarcia ciało w ruchu nigdy by się nie zatrzymało. Na absolutnie gładkiej powierzchni Ziemi, różne ciała i przedmioty zawsze mieszałyby się w różnych kierunkach. Śmieszny i tragiczny byłby świat Ziemi, gdyby nie było tarcia i przyciągania Ziemi.

Każda osoba w swoim życiu zetknęła się z tym pojęciem nie raz, ponieważ grawitacja jest podstawą nie tylko współczesnej fizyki, ale także wielu innych pokrewnych nauk.

Wielu naukowców badało przyciąganie ciał od czasów starożytnych, ale główne odkrycie przypisuje się Newtonowi i jest opisywane jako historia znana każdemu z owocem, który spadł na głowę.

Czym jest grawitacja w prostych słowach

Grawitacja to przyciąganie między kilkoma obiektami we wszechświecie. Inny jest charakter zjawiska, gdyż określa go masa każdego z nich i odległość pomiędzy nimi, czyli odległość.

Teoria Newtona opierała się na fakcie, że zarówno na spadający owoc, jak i na satelitę naszej planety działa ta sama siła – przyciąganie do Ziemi. A satelita nie spadł na przestrzeń ziemską właśnie ze względu na swoją masę i odległość.

Pole grawitacyjne

Pole grawitacyjne to przestrzeń, w której ciała oddziałują zgodnie z prawami przyciągania.

Teoria względności Einsteina opisuje pole jako pewną właściwość czasu i przestrzeni, która przejawia się w charakterystyczny sposób, gdy pojawiają się obiekty fizyczne.

fala grawitacyjna

Jest to pewien rodzaj zmiany pól, które powstają w wyniku promieniowania poruszających się obiektów. Odrywają się od tematu i rozchodzą w efekcie fali.

Teorie grawitacji

Klasyczna teoria jest newtonowska. Nie było to jednak idealne i później pojawiły się alternatywne opcje.

Obejmują one:

  • teorie metryczne;
  • niemetryczny;
  • wektor;
  • Le Sage, który jako pierwszy opisał fazy;
  • grawitacja kwantowa.

Obecnie istnieje kilkadziesiąt różnych teorii, które albo się uzupełniają, albo uwzględniają zjawiska z drugiej strony.

To jest nic nie warte: nie ma jeszcze idealnego rozwiązania, ale postępujący rozwój otwiera więcej odpowiedzi dotyczących przyciągania ciał.

Siła przyciągania grawitacyjnego

Podstawowe obliczenia są następujące – siła grawitacji jest proporcjonalna do przemnożenia masy ciała przez inną, pomiędzy którymi jest wyznaczana. Ten wzór jest również wyrażony w następujący sposób: siła jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między obiektami.

Pole grawitacyjne jest potencjałem, co oznacza, że ​​energia kinetyczna jest zachowana. Fakt ten upraszcza rozwiązywanie problemów, w których mierzy się siłę przyciągania.

Grawitacja w kosmosie

Pomimo złudzeń wielu, w kosmosie istnieje grawitacja. Jest niższy niż na Ziemi, ale wciąż obecny.

Jeśli chodzi o astronautów, którzy na pierwszy rzut oka latają, w rzeczywistości znajdują się w stanie powolnego opadania. Wizualnie wydaje się, że nic ich nie przyciąga, ale w praktyce doświadczają grawitacji.

Siła przyciągania zależy od odległości, ale bez względu na to, jak duża jest odległość między obiektami, będą one dalej do siebie sięgać. Wzajemne przyciąganie nigdy nie będzie równe zeru.

Grawitacja w Układzie Słonecznym

W Układzie Słonecznym nie tylko Ziemia ma grawitację. Planety, podobnie jak Słońce, przyciągają do siebie obiekty.

Ponieważ siła zależy od masy obiektu, Słońce ma największą wartość. Na przykład, jeśli nasza planeta ma wskaźnik równy jeden, wskaźnik oprawy wyniesie prawie dwadzieścia osiem.

Następnym, po Słońcu, grawitacyjnie jest Jowisz, więc jego siła przyciągania jest trzykrotnie większa niż Ziemi. Pluton ma najmniejszy parametr.

Dla jasności oznaczmy to w ten sposób, teoretycznie na Słońcu przeciętny człowiek ważyłby około dwóch ton, ale na najmniejszej planecie w naszym układzie - tylko cztery kilogramy.

Co decyduje o grawitacji planety?

Przyciąganie grawitacyjne, jak już wspomniano powyżej, to siła, z jaką planeta przyciąga do siebie obiekty znajdujące się na jej powierzchni.

Siła przyciągania zależy od grawitacji obiektu, samej planety i odległości między nimi. Jeśli jest wiele kilometrów, grawitacja jest niska, ale nadal utrzymuje połączone obiekty.

Kilka ważnych i fascynujących aspektów związanych z grawitacją i jej właściwościami, które warto dziecku wyjaśnić:

  1. Zjawisko przyciąga wszystko, ale nigdy nie odpycha – to odróżnia je od innych zjawisk fizycznych.
  2. Nie ma wskaźnika zerowego. Nie da się zasymulować sytuacji, w której nie działa ciśnienie, czyli grawitacja nie działa.
  3. Ziemia spada ze średnią prędkością 11,2 km na sekundę, osiągając tę ​​prędkość, można dobrze opuścić przyciąganie planety.
  4. Fakt istnienia fal grawitacyjnych nie został naukowo udowodniony, to tylko przypuszczenie. Jeśli kiedykolwiek staną się widoczne, to wiele tajemnic kosmosu związanych z wzajemnym oddziaływaniem ciał zostanie ujawnionych ludzkości.

Zgodnie z podstawową teorią względności takiego naukowca jak Einstein, grawitacja jest krzywizną podstawowych parametrów istnienia świata materialnego, który jest podstawą wszechświata.

Grawitacja to wzajemne przyciąganie się dwóch obiektów. Siła oddziaływania zależy od grawitacji ciał i odległości między nimi. Jak dotąd nie wszystkie tajemnice zjawiska zostały ujawnione, ale dziś istnieje kilkadziesiąt teorii opisujących pojęcie i jego właściwości.

Złożoność badanych obiektów wpływa na czas badania. W większości przypadków po prostu bierze się zależność masy i odległości.

Obi-Wan Kenobi powiedział, że siła trzyma razem galaktykę. To samo można powiedzieć o grawitacji. Faktem jest, że grawitacja pozwala nam chodzić po Ziemi, Ziemia krąży wokół Słońca, a Słońce wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Jak rozumieć grawitację? O tym - w naszym artykule.

Powiedzmy od razu, że nie znajdziesz tu jednoznacznie poprawnej odpowiedzi na pytanie „Co to jest grawitacja”. Ponieważ po prostu nie istnieje! Grawitacja jest jednym z najbardziej tajemniczych zjawisk, nad którym zastanawiają się naukowcy i nadal nie potrafią w pełni wyjaśnić jej natury.

Istnieje wiele hipotez i opinii. Istnieje kilkanaście teorii grawitacji, alternatywnych i klasycznych. Rozważymy najciekawsze, najbardziej aktualne i nowoczesne.

Potrzebujesz więcej przydatnych informacji i świeżych wiadomości każdego dnia? Dołącz do nas na telegramie.

Grawitacja to fizyczna, fundamentalna interakcja

W fizyce istnieją 4 podstawowe interakcje. Dzięki nim świat jest dokładnie taki, jaki jest. Jedną z tych sił jest grawitacja.

Podstawowe interakcje:

  • powaga;
  • elektromagnetyzm;
  • silna interakcja;
  • słaba interakcja.
Grawitacja jest najsłabszą z czterech podstawowych sił.

W chwili obecnej aktualna teoria opisująca grawitację to GR (ogólna teoria względności). Został zaproponowany przez Alberta Einsteina w latach 1915-1916.

Wiemy jednak, że jest za wcześnie, aby mówić o ostatecznej prawdzie. Wszakże kilka wieków przed pojawieniem się ogólnej teorii względności w fizyce w opisie grawitacji dominowała znacznie rozszerzona teoria Newtona.

W chwili obecnej niemożliwe jest wyjaśnienie i opisanie wszystkich zagadnień związanych z grawitacją w ramach ogólnej teorii względności.

Przed Newtonem powszechnie uważano, że grawitacja na Ziemi i grawitacja niebieska to dwie różne rzeczy. Wierzono, że planety poruszają się według własnych, odmiennych od ziemskich, idealnych praw.

Newton odkrył prawo powszechnego ciążenia w 1667 roku. Oczywiście to prawo istniało nawet w czasach dinozaurów i dużo wcześniej.

Starożytni filozofowie myśleli o istnieniu grawitacji. Galileusz eksperymentalnie obliczył przyspieszenie swobodnego spadania na Ziemię, odkrywając, że jest ono takie samo dla ciał o dowolnej masie. Kepler studiował prawa ruchu ciał niebieskich.

Newton był w stanie sformułować i uogólnić wyniki obserwacji. Oto, co dostał:

Dwa ciała przyciągane są do siebie siłą zwaną siłą grawitacyjną lub siłą grawitacyjną.

Wzór na siłę przyciągania między ciałami to:

G to stała grawitacyjna, m to masa ciał, r to odległość między środkami masy ciał.

Jakie jest fizyczne znaczenie stałej grawitacyjnej? Jest równa sile, z jaką działają na siebie ciała o masie 1 kilograma, znajdujące się w odległości 1 metra od siebie.


Zgodnie z teorią Newtona każdy obiekt wytwarza pole grawitacyjne. Dokładność prawa Newtona została przetestowana na odległościach mniejszych niż jeden centymetr. Oczywiście dla małych mas siły te są nieznaczne i można je pominąć.

Wzór Newtona ma zastosowanie zarówno do obliczania siły przyciągania planet do Słońca, jak i do małych obiektów. Po prostu nie zauważamy siły, z jaką, powiedzmy, przyciągane są kule na stole bilardowym. Niemniej jednak ta siła istnieje i można ją obliczyć.

Siła przyciągania działa między dowolnymi ciałami we wszechświecie. Jego działanie rozciąga się na każdą odległość.

Prawo powszechnego ciążenia Newtona nie wyjaśnia natury siły przyciągania, ale ustanawia wzory ilościowe. Teoria Newtona nie jest sprzeczna z ogólną teorią względności. Jest całkiem wystarczający do rozwiązywania praktycznych problemów w skali Ziemi i obliczania ruchu ciał niebieskich.

Grawitacja w ogólnej teorii względności

Pomimo tego, że teoria Newtona ma dość praktyczne zastosowanie, ma szereg niedociągnięć. Prawo powszechnego ciążenia jest opisem matematycznym, ale nie daje wyobrażenia o fundamentalnej fizycznej naturze rzeczy.

Według Newtona siła przyciągania działa z dowolnej odległości. I działa natychmiast. Biorąc pod uwagę, że największą prędkością na świecie jest prędkość światła, istnieje rozbieżność. Jak grawitacja może działać natychmiastowo z dowolnej odległości, kiedy światło potrzebuje nie chwili, ale kilku sekund, a nawet lat, aby je pokonać?

W ramach ogólnej teorii względności grawitację uważa się nie za siłę działającą na ciała, ale za krzywiznę przestrzeni i czasu pod wpływem masy. Zatem grawitacja nie jest oddziaływaniem siłowym.


Jaki jest wpływ grawitacji? Spróbujmy to opisać za pomocą analogii.

Wyobraź sobie przestrzeń jako elastyczny arkusz. Jeśli położysz na nim lekką piłkę tenisową, powierzchnia pozostanie płaska. Ale jeśli przyłożysz duży ciężarek do piłki, wypchnie dziurę w powierzchni i piłka zacznie toczyć się w kierunku dużego i ciężkiego ciężaru. To jest „grawitacja”.

Tak poza tym! Dla naszych czytelników teraz 10% rabatu każdy rodzaj pracy

Odkrycie fal grawitacyjnych

Fale grawitacyjne przewidział Albert Einstein w 1916 roku, ale odkryto je dopiero sto lat później, w 2015 roku.

Czym są fale grawitacyjne? Ponownie narysujmy analogię. Jeśli wrzucisz kamień do spokojnej wody, od miejsca jego upadku na powierzchni wody zatoczą kręgi. Fale grawitacyjne to te same fale, perturbacje. Tylko nie na wodzie, ale w czasoprzestrzeni świata.

Zamiast wody - czasoprzestrzeń, a zamiast kamienia, powiedzmy, czarna dziura. Każdy przyspieszony ruch masy generuje falę grawitacyjną. Jeśli ciała znajdują się w stanie swobodnego spadania, odległość między nimi zmieni się, gdy przejdzie fala grawitacyjna.


Ponieważ grawitacja jest bardzo słabą siłą, wykrycie fal grawitacyjnych wiąże się z dużymi trudnościami technicznymi. Nowoczesne technologie umożliwiły wykrycie wybuchu fal grawitacyjnych tylko ze źródeł supermasywnych.

Odpowiednim wydarzeniem do rejestracji fali grawitacyjnej jest połączenie czarnych dziur. Niestety lub na szczęście zdarza się to dość rzadko. Niemniej naukowcom udało się zarejestrować falę, która dosłownie przetoczyła się przez przestrzeń Wszechświata.

Do rejestracji fal grawitacyjnych zbudowano detektor o średnicy 4 kilometrów. Podczas przejścia fali rejestrowano oscylacje zwierciadeł zawieszonych w próżni oraz interferencję światła odbitego od nich.

Fale grawitacyjne potwierdziły słuszność ogólnej teorii względności.

Grawitacja i cząstki elementarne

W modelu standardowym za każde oddziaływanie odpowiadają pewne cząstki elementarne. Można powiedzieć, że cząstki są nośnikami oddziaływań.

Grawiton odpowiada za grawitację - hipotetyczną bezmasową cząstkę z energią. Nawiasem mówiąc, w naszym osobnym materiale przeczytaj więcej o bozonie Higgsa i innych cząstkach elementarnych, które narobiły dużo hałasu.

Na koniec kilka interesujących faktów na temat grawitacji.

10 faktów na temat grawitacji

  1. Aby pokonać siłę grawitacji Ziemi, ciało musi mieć prędkość równą 7,91 km / s. To pierwsza kosmiczna prędkość. Wystarczy, że ciało (np. sonda kosmiczna) porusza się na orbicie wokół planety.
  2. Aby uciec z pola grawitacyjnego Ziemi, statek kosmiczny musi mieć prędkość co najmniej 11,2 km/s. To jest druga prędkość kosmiczna.
  3. Obiekty o najsilniejszej grawitacji to czarne dziury. Ich grawitacja jest tak silna, że ​​przyciągają nawet światło (fotony).
  4. Siły grawitacji nie znajdziesz w żadnym równaniu mechaniki kwantowej. Faktem jest, że gdy próbujesz uwzględnić grawitację w równaniach, tracą one na znaczeniu. To jeden z najważniejszych problemów współczesnej fizyki.
  5. Słowo grawitacja pochodzi od łacińskiego „gravis”, co oznacza „ciężki”.
  6. Im bardziej masywny obiekt, tym silniejsza grawitacja. Jeśli osoba ważąca 60 kilogramów na Ziemi waży na Jowiszu, waga pokaże 142 kilogramy.
  7. Naukowcy NASA próbują opracować wiązkę grawitacyjną, która pozwoli na bezkontaktowe poruszanie się obiektów, pokonując siłę grawitacji.
  8. Astronauci na orbicie również doświadczają grawitacji. Dokładniej, mikrograwitacja. Wydają się spadać bez końca wraz ze statkiem, na którym się znajdują.
  9. Grawitacja zawsze przyciąga i nigdy nie odpycha.
  10. Czarna dziura wielkości piłki tenisowej przyciąga obiekty z taką samą siłą jak nasza planeta.

Teraz znasz definicję grawitacji i możesz powiedzieć, jakiego wzoru używa się do obliczenia siły przyciągania. Jeśli granit nauki powstrzymuje Cię mocniej niż grawitacja, skontaktuj się z naszym działem obsługi studentów. Pomożemy Ci łatwo się uczyć pod największym obciążeniem!

1. Obi-Wan Kenobi z Gwiezdnych Wojen powiedział, że siła „Wokół nas i nas przenika; utrzymuje galaktykę razem”. Równie dobrze mógł powiedzieć to o grawitacji. Jego właściwości grawitacyjne dosłownie spajają galaktykę i „penetruje” nas, fizycznie przyciągając nas do Ziemi.

2. jednak, w przeciwieństwie do siły z jej ciemną i jasną stroną, grawitacja nie jest podwójna; tylko przyciąga, a nigdy nie odpycha.
Pokaż w całości.

3. NASA stara się opracować belkę ściągającą, która będzie w stanie poruszać fizycznymi obiektami, tworząc przyciągającą siłę, która przewyższa siłę grawitacji.

4. Pasażerowie kolejki górskiej i astronauci stacji kosmicznej doświadczają mikrograwitacji (błędnie nazywanej zerową grawitacją), gdy spadają z taką samą prędkością, jak statek, w którym się znajdują.

5. Ktoś, kto waży 60 kg na ziemi, ważyłby 142 kg na Jowiszu (gdyby można było stanąć na gazowym olbrzymu). Duża masa planety oznacza dużą siłę przyciągania

Czym jest grawitacja w prostych słowach| Ogólne pojęcie grawitacji Grawitacja jest pozornie prostym pojęciem znanym każdemu człowiekowi od czasów szkolnych. Wszyscy pamiętamy historię o tym, jak jabłko spadło na głowę Newtona i odkrył on prawo powszechnego ciążenia. Jednak nie wszystko jest takie proste…

6. Aby opuścić ziemską studnię grawitacyjną, każdy obiekt musi osiągnąć prędkość 11,2 km na sekundę - to prędkość ucieczki naszej planety.

7. Grawitacja, co dziwne, jest najsłabszą z czterech podstawowych sił wszechświata. Pozostałe trzy to elektromagnetyzm, słaba siła jądrowa, która rządzi rozpadem atomów; oraz silne oddziaływanie jądrowe, które utrzymuje razem jądra atomów.

8. Magnes wielkości monety ma wystarczającą siłę elektromagnetyczną, aby pokonać całą grawitację ziemi i przykleić się do lodówki.

9. Jabłko nie spadło na głowę Izaaka Newtona, ale sprawiło, że zaczął się zastanawiać, czy siła, która sprawia, że ​​jabłko spada, wpływa na ruch księżyca wokół Ziemi.

10. To samo jabłko doprowadziło do pojawienia się pierwszego prawa odwrotnej proporcjonalności kwadratowej F = G * (mM) / r2 w nauce. Oznacza to, że obiekt znajdujący się dwa razy dalej wywiera tylko jedną czwartą swojego dawnego przyciągania grawitacyjnego.

11. Prawo odwrotnej proporcjonalności kwadratowej oznacza również, że technicznie przyciąganie grawitacyjne ma nieograniczony zasięg. 12. Inne znaczenie słowa "Gravity" - co oznacza "coś ciężkiego lub poważnego" - pojawiło się wcześniej i pochodzi z łaciny "Gravis", co oznacza "ciężki".

13. Siła grawitacji równomiernie przyspiesza wszystkie obiekty, niezależnie od ich wagi. W przypadku zrzucenia z dachu dwóch kul tego samego rozmiaru, ale inna waga, uderzają w ziemię w tym samym czasie. Większa bezwładność cięższego obiektu niweluje jakąkolwiek dodatkową prędkość, jaką może mieć w porównaniu z lżejszym.

14. Ogólna teoria względności Einsteina była pierwszą teorią uznającą grawitację za krzywiznę czasoprzestrzeni - "tkaninę", z której składa się fizyczny wszechświat.

15. Każdy obiekt, który ma masę, zakrzywia czasoprzestrzeń wokół siebie. W 2011 roku eksperyment NASA Gravity Probe B wykazał, że Ziemia kręci wszechświatem wokół siebie jak drewniana kula w strumieniu – dokładnie tak, jak przewidział Einstein.

16. Zaginając czasoprzestrzeń wokół siebie, masywny obiekt czasami przekierowuje promienie światła, które przez niego przechodzą, tak jak robi to szklana soczewka. Soczewki grawitacyjne mogą z łatwością powiększać widoczne rozmiary odległych galaktyk lub rozmazywać ich światło w dziwne kształty. 17. „Problem trzech ciał”, który opisuje wszystkie możliwe schematy, w których trzy obiekty mogą krążyć wokół siebie tylko pod wpływem grawitacji, zajmuje naukowców od trzystu lat. Do tej pory znaleziono tylko 16 rozwiązań. 18. Chociaż pozostałe trzy fundamentalne siły dobrze dogadują się z mechaniką kwantową - nauką o ultramałych - grawitacja odmawia z nią współpracy; Wszelkie próby włączenia do nich grawitacji naruszają równania kwantowe. Jak pogodzić te dwa absolutnie dokładne i zupełnie przeciwstawne opisy wszechświata to jeden z największych problemów współczesnej fizyki. 19. Aby lepiej zrozumieć grawitację, naukowcy szukają fal grawitacyjnych - zmarszczek w czasoprzestrzeni, które pochodzą ze zdarzeń takich jak zderzenia czarnych dziur i wybuchy gwiazd.

20. Po wykryciu fal grawitacyjnych naukowcy będą mogli spojrzeć na kosmos w sposób, jakiego nigdy wcześniej nie robili. „Za każdym razem, gdy patrzymy na wszechświat w nowy sposób”, mówi Amber Stoever, fizyk z obserwatorium fal grawitacyjnych z Luizjany, „rewolucjonizuje to nasze rozumienie tego zjawiska”.

Przyczyny grawitacji. W teorii grawitacji są luki - i to jest fakt!

Każda teoria jest niedoskonała, teoria grawitacji nie jest wyjątkiem.

Teoria grawitacji nie jest doskonała, ale niektóre jej luki są niewidoczne z Ziemi. Na przykład, zgodnie z teorią, siła grawitacyjna Słońca powinna być silniejsza na Księżycu niż na Ziemi, ale wtedy Księżyc krążyłby wokół Słońca, a nie wokół Ziemi. Obserwując ruch Księżyca na nocnym niebie możemy bezwzględnie stwierdzić, że krąży on wokół Ziemi. W szkole powiedziano nam również o Izaaku Newtonie, który odkrył luki w teorii grawitacji. Wprowadził także nowy termin matematyczny „fluks”, z którego później rozwinął teorię grawitacji. Pojęcie „fluksu” może wydawać się nieznane, dziś nazywa się je „funkcją”. Tak czy inaczej wszyscy uczymy się funkcji w szkole, ale nie są one pozbawione wad. Dlatego jest prawdopodobne, że również w Newtonowskich „dowodach” teorii grawitacji nie wszystko jest tak gładkie.

Masa ciała, w przeciwieństwie do masy, może się zmieniać pod wpływem przyspieszenia. Niewielkie zmiany wagi można odczuć, na przykład, gdy winda jest uruchamiana lub zatrzymywana. Stan całkowitego braku wagi nazywa się nieważkością.

zjawisko nieważkości

Fizyka podaje wagę jako siłę, z jaką każde ciało działa na powierzchnię, podporę lub zawieszenie. Jest waga ze względu na przyciąganie grawitacyjne Ziemi. Numerycznie, ciężar jest równy grawitacji, ale ten ostatni jest przykładany do środka masy ciała, podczas gdy ciężar jest przykładany do podpory. ciało jest wystarczające od masywnych obiektów, które mogą go przyciągnąć.

Międzynarodowa Stacja Kosmiczna znajduje się w odległości 350 km od Ziemi. Na tej odległości przyspieszenie grawitacyjne (g) wynosi 8,8 m/s2, czyli tylko o 10% mniejsze niż na powierzchni planety.

W praktyce rzadko się widuje - efekt grawitacyjny istnieje zawsze. Astronauci na ISS nadal są pod wpływem Ziemi, ale występuje tam nieważkość, inny przypadek nieważkości występuje, gdy grawitacja jest kompensowana innymi siłami. Na przykład na ISS działa grawitacja, nieco zmniejszona ze względu na odległość, ale także stacja porusza się po orbicie kołowej z pierwszą kosmiczną prędkością, a siła odśrodkowa kompensuje grawitację.

Nieważkość na Ziemi

Zjawisko nieważkości jest również możliwe na Ziemi. Pod wpływem przyspieszenia masa ciała może się zmniejszyć, a nawet stać się ujemna. Klasycznym przykładem, który podają fizycy, jest spadająca winda.Jeśli winda porusza się w dół z przyspieszeniem, to nacisk na podłogę windy, a co za tym idzie, zmniejszy się ciężar. Co więcej, jeśli przyspieszenie jest równe przyspieszeniu swobodnego spadania, to znaczy winda spada, ciężar ciał wyniesie zero.

Ujemną wagę obserwuje się, gdy przyspieszenie windy przekracza przyspieszenie swobodnego spadania – ciała wewnątrz „przyklejają się” do sufitu auta.

Efekt ten jest szeroko stosowany do symulowania nieważkości podczas treningu astronautów. Samolot wyposażony w komorę treningową wznosi się na znaczną wysokość. Następnie zanurza się po trajektorii balistycznej, w rzeczywistości maszyna wyrównuje się na powierzchni ziemi. Nurkując z 11 tysięcy metrów można uzyskać 40 sekund nieważkości, która służy do treningu.Panuje błędne przekonanie, że tacy ludzie wykonują skomplikowane figury, takie jak „pętla Niestierowa”, aby uzyskać nieważkość. W rzeczywistości do szkolenia wykorzystywane są zmodyfikowane seryjne samoloty pasażerskie, które nie są zdolne do skomplikowanych manewrów.

fizyczna ekspresja

Ciężar fizyczny (P) podczas przyspieszonego ruchu podpory, niezależnie od tego, czy jest to gorset spadający, czy nurkujący, ma postać: P=m(g-a), gdzie m jest masa ciała, g- przyspieszenie swobodnego spadania, a - przyspieszenie podpory Gdy g i a są równe, P=0, czyli uzyskuje się nieważkość.

Kto odkrył prawo grawitacji?

Nie jest tajemnicą, że prawo powszechnego ciążenia odkrył wielki angielski naukowiec Isaac Newton, który według legendy przechadza się po wieczornym ogrodzie i rozmyśla o problemach fizyki. W tym momencie jabłko spadło z drzewa (według jednej wersji, prosto na głowę fizyka, według innej po prostu spadło), które później stało się słynnym jabłkiem Newtona, ponieważ doprowadziło naukowca do wglądu, eureka. Jabłko, które spadło na głowę Newtona i zainspirowało go do odkrycia prawa powszechnego ciążenia, ponieważ Księżyc pozostał nieruchomy na nocnym niebie, jabłko spadło, naukowiec mógł pomyśleć, że jakaś siła działa jak Księżyc (powodując, że orbitę), czyli na jabłku, powodując jego upadek na ziemię.

Teraz, zgodnie z zapewnieniami niektórych historyków nauki, cała ta historia o jabłku to tylko piękna fikcja. W rzeczywistości to, czy jabłko spadło, czy nie, nie jest tak ważne, ważne jest, aby naukowiec rzeczywiście odkrył i sformułował prawo powszechnego ciążenia, które jest obecnie jednym z kamieni węgielnych zarówno fizyki, jak i astronomii.

Oczywiście na długo przed Newtonem ludzie obserwowali zarówno spadanie na ziemię, jak i gwiazdy na niebie, ale przed nim wierzyli, że istnieją dwa rodzaje grawitacji: ziemska (działająca wyłącznie wewnątrz Ziemi, powodująca upadek ciał) i niebiańska ( działając na gwiazdy i księżyc). Newton jako pierwszy połączył te dwa rodzaje grawitacji w swojej głowie, jako pierwszy zrozumiał, że grawitacja jest tylko jedna, a jej działanie można opisać uniwersalnym prawem fizycznym.

Definicja prawa powszechnego ciążenia

Zgodnie z tym prawem wszystkie ciała materialne przyciągają się nawzajem, podczas gdy siła przyciągania nie zależy od fizycznych lub chemicznych właściwości ciał. To zależy, czy wszystko jest maksymalnie uproszczone, tylko od ciężaru ciał i odległości między nimi. Trzeba też dodatkowo wziąć pod uwagę fakt, że na wszystkie ciała na Ziemi oddziałuje siła przyciągania samej naszej planety, którą nazywamy grawitacją (z łac. słowo „gravitas” tłumaczy się jako grawitacja).

Spróbujmy teraz jak najkrócej sformułować i zapisać prawo powszechnego ciążenia: siła przyciągania dwóch ciał o masach m1 i m2 oddzielonych odległością R jest wprost proporcjonalna do obu mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległość między nimi.

Formuła prawa powszechnego ciążenia

Poniżej przedstawiamy Państwu formułę prawa powszechnego ciążenia.

G w tym wzorze jest stałą grawitacyjną, równą 6,67408(31) 10−11, jest to wartość wpływu siły grawitacji naszej planety na dowolny obiekt materialny.

Prawo powszechnego ciążenia i nieważkości ciał

Odkryte przez Newtona prawo powszechnego ciążenia, a także towarzyszący mu aparat matematyczny, stały się później podstawą mechaniki niebieskiej i astronomii, ponieważ można je wykorzystać do wyjaśnienia natury ruchu ciał niebieskich, a także zjawiska nieważkości . Znajdując się w przestrzeni kosmicznej w znacznej odległości od siły przyciągania-grawitacji tak dużego ciała jak planeta, każdy obiekt materialny (na przykład statek kosmiczny z astronautami na pokładzie) będzie w stanie nieważkości, ponieważ siła grawitacyjny wpływ Ziemi (G w formule prawa grawitacji) lub jakiejś innej planety nie będzie już na nią oddziaływał.

wideo

I na zakończenie film instruktażowy o odkryciu prawa powszechnego ciążenia.

Oddziaływanie grawitacyjne. Słaba interakcja.

Siła słaba jest jedną z czterech sił podstawowych. Na istnienie takiego oddziaływania wskazywała odkryta niestabilność neutronów i niektórych jąder atomowych. Jest słabszy niż silny i elektromagnetyczny, ale silniejszy niż grawitacyjny. Ale w Życie codzienne rola oddziaływania grawitacyjnego jest znacznie większa niż słabego. Ma to związek z zasięgiem. Oddziaływanie grawitacyjne ma rv~ ∞. Dlatego ciała znajdujące się na powierzchni Ziemi podlegają przyciąganiu grawitacyjnemu ze wszystkich atomów Ziemi. Promień oddziaływania słabego jest bardzo mały i przyjmuje się, że wynosi ~10-16cm. (trzy rzędy wielkości mniej niż silne). Ale mimo to słaba interakcja odgrywa ważną rolę w przyrodzie. Gdyby można było „wyłączyć” oddziaływanie słabe, to Słońce by zgasło, ponieważ proces przekształcania protonu w neutron, pozyton i neutrino nie byłby możliwy:

p → n + e + + ν , w wyniku czego cztery protony zamieniają się w hel. To właśnie ten proces służy jako źródło energii dla Słońca i innych gwiazd. Słabe procesy interakcji z emisją neutrin są szczególnie ważne w ewolucji gwiazd. Gdyby nie było oddziaływań słabych, miony, pimezony, cząstki obce i zaczarowane, które rozpadają się w wyniku oddziaływań silnych, byłyby stabilne i rozpowszechnione w zwykłej materii. Ogromna rola oddziaływań słabych wynika z faktu, że nie przestrzega ona szeregu zakazów charakterystycznych dla oddziaływań silnych i elektromagnetycznych. W szczególności nie przestrzega prawa zachowania parytetu.

Najczęstszym procesem ze względu na słabe oddziaływanie jest β - rozpad jąder promieniotwórczych. W wyniku tego procesu w jądrze powstaje elektron i neutrino. Początkiem badań oddziaływań słabych jest odkrycie przez A. Becquerela w 1896 roku naturalnej promieniotwórczości, czyli spontanicznego rozpadu jąder uranu, któremu towarzyszy promieniowanie. Analiza tego promieniowania wykazała, że ​​składa się ono z trzech rodzajów, z których jeden nazwano β – promieniowaniem, które później okazało się strumieniem elektronów. Badania nad cechami promieniowania β, wyrzucaniem elektronów z jąder, które tam nie istnieją, ciągłym charakterem ich widma energetycznego, trudnością w spełnieniu prawa zachowania spinu doprowadziły do ​​idei istnienia specjalnego typu fundamentalnej interakcji, która nie może być sprowadzona do znanych interakcji. Ta interakcja nazywana jest słabą.

We współczesnej fizyce zakłada się, że wszystkie znane rodzaje oddziaływań są zjawiskami o tej samej naturze i muszą być opisane w jednolity sposób. (Wielkie zjednoczenie, Super zjednoczenie). Do tej pory opracowano ujednoliconą teorię oddziaływań słabych i elektromagnetycznych.

Oddziaływanie grawitacyjne.

Grawitacja, grawitacja, oddziaływanie grawitacyjne to uniwersalne oddziaływanie między dowolnym rodzajem materii. Sformułowane przez Newtona prawo powszechnego ciążenia obowiązuje, jeśli oddziaływanie jest stosunkowo słabe, a ciała poruszają się z prędkościami znacznie mniejszymi niż prędkość światła. W ogólnym przypadku grawitacja jest opisana przez ogólną teorię względności Einsteina jako wpływ materii na właściwości czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Te właściwości czasoprzestrzeni z kolei wpływają na ruch ciał i inne procesy fizyczne. Ta grawitacja znacznie różni się od innych podstawowych oddziaływań. Ale współczesna fizyka uważa za możliwe, że przy bardzo wysokich energiach wszystkie gatunki łączą się w jedną interakcję.

Hipoteza grawitacji jako ogólnej właściwości ciał pojawiła się w starożytności i została wznowiona w XVI i XX wieku XVII wiek w Europie. Na przykład I. Kepler twierdził, że „grawitacja jest wzajemną aspiracją wszystkich ciał”. Wreszcie w 1678 r. I. Newton w swoim słynnym dziele „Matematyczne zasady filozofii naturalnej” podał matematyczne sformułowanie prawa powszechnego ciążenia. W tym ujęciu prawo ma zastosowanie pod warunkiem, że ciała mogą być traktowane jako punkty materialne. Wartość liczbową stałej grawitacyjnej w 1798 r. określił G. Cavendish: G = 6,6745(8) * 10 -11 m 3 s -2 kg -1. Oddziaływanie kilku ciał, z zastrzeżeniem punktów materialnych, jest określone przez zasadę superpozycji sił. Na tej samej zasadzie można określić siłę oddziaływania ciał o skończonych wymiarach, jeśli najpierw zostaną one rozbite na części, które można uznać za punkty materialne. Zgodnie ze wzorem (1) siła grawitacyjna zależy tylko od położenia cząstek w danym czasie. Odpowiada to warunkowi, że interakcja propaguje się natychmiast. Biorąc pod uwagę skończoną, ale dość dużą prędkość propagacji oddziaływań, zatwierdzoną przez współczesną fizykę, wzór (1) może być stosowany przy małych prędkościach i dla ciał znajdujących się w niezbyt dużych odległościach. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku ciał Układu Słonecznego.

Grawitacja, co to jest Jak wytłumaczyć dziecku. Czym jest grawitacja?

Grawitacja lub grawitacja to siła przyciągania między dwiema cząsteczkami materii (lub dwoma obiektami), która utrzymuje planety na ich orbitach wokół Słońca lub Księżyca na orbicie wokół Ziemi. (Wraz ze wzrostem odległości między dwoma obiektami zmniejsza się ich przyciąganie grawitacyjne.) Grawitacja jest również siłą, która utrzymuje dowolny obiekt na Ziemi lub na jakimkolwiek innym ciele niebieskim, uniemożliwiając mu lot w kosmos. Im większy obiekt, tym silniejsze jest jego przyciąganie grawitacyjne i na odwrót. Ponieważ Księżyc jest znacznie mniejszy od Ziemi, jego przyciąganie grawitacyjne jest tylko jedną szóstą siły naszej planety. Dlatego amerykańscy astronauci na Księżycu mogli bez wysiłku wykonywać duże skoki.

Grawitacja wyjaśnia również, dlaczego Ziemia – oraz inne planety i ciała niebieskie – są generalnie okrągłe. Gdy uformował się nasz Układ Słoneczny, grawitacja przyciągała pył i gazy unoszące się razem w przestrzeni kosmicznej. Kiedy duża liczba materia zbiera się jednocześnie w jednym miejscu, taka materia tworzy kulę, ponieważ grawitacja przyciąga wszystko do centralnego punktu. Jednak Ziemia nie jest idealnie okrągła. W procesie jej obrotu wokół własnej osi powstaje dodatkowa siła, pod wpływem której Ziemia nieznacznie „wybrzusza się” w środkowym obszarze.

Wideo Czym jest grawitacja

Niesamowita złożoność otaczającej nas przestrzeni wynika w dużej mierze z nieskończonej liczby cząstek elementarnych. Zachodzą między nimi również różne interakcje na poziomach, których możemy się tylko domyślać. Jednak wszystkie rodzaje interakcji cząstek elementarnych między sobą różnią się znacznie pod względem siły.

Najpotężniejsza ze wszystkich znanych nam sił wiąże ze sobą składniki jądra atomowego. Aby je rozdzielić, musisz wydać naprawdę kolosalną ilość energii. Jeśli chodzi o elektrony, to są one „przyczepione” do jądra tylko przez zwykłe oddziaływanie elektromagnetyczne. Aby to zatrzymać, czasami energia, która pojawia się w wyniku najzwyklejszego Reakcja chemiczna. Grawitacja (co to jest, już wiesz) w wariancie atomów i cząstek subatomowych jest najłatwiejszym rodzajem oddziaływania.

Pole grawitacyjne w tym przypadku jest tak słabe, że trudno to sobie wyobrazić. Co dziwne, ale to oni „śledzą” ruch ciał niebieskich, których masy czasem nie sposób sobie wyobrazić. Wszystko to jest możliwe dzięki dwóm cechom grawitacji, które są szczególnie wyraźne w przypadku dużych ciał fizycznych:

  • W przeciwieństwie do sił atomowych przyciąganie grawitacyjne jest tym bardziej zauważalne im dalej od obiektu. Tak więc grawitacja Ziemi utrzymuje w swoim polu nawet Księżyc, a podobna siła Jowisza z łatwością wspiera orbity kilku satelitów naraz, z których każda jest porównywalna z masą Ziemi!
  • Ponadto zawsze zapewnia przyciąganie między obiektami, a wraz z odległością siła ta słabnie przy małej prędkości.

Powstanie mniej lub bardziej spójnej teorii grawitacji nastąpiło stosunkowo niedawno, a dokładnie na podstawie wyników wielowiekowych obserwacji ruchu planet i innych ciał niebieskich. Zadanie znacznie ułatwił fakt, że wszystkie poruszają się w próżni, gdzie po prostu nie ma innych możliwych interakcji. Galileo i Kepler, dwaj wybitni astronomowie tamtych czasów, pomogli utorować drogę nowym odkryciom swoimi najcenniejszymi obserwacjami.

Ale tylko wielki Izaak Newton był w stanie stworzyć pierwszą teorię grawitacji i wyrazić ją w matematycznej reprezentacji. Było to pierwsze prawo grawitacji, którego matematyczną reprezentację przedstawiono powyżej.

Grawitacja jest. Czym jest grawitacja

Grawitacja to siła, która przyciąga do siebie dwa ciała, siła, która powoduje, że jabłka spadają na Ziemię, a planety krążą wokół Słońca. Im bardziej masywny obiekt, tym silniejsze jest jego przyciąganie grawitacyjne.

fundamentalna siła

Grawitacja jest jedną z czterech podstawowych sił, obok elektromagnetycznych oraz silnych i słabych sił jądrowych.

To sprawia, że ​​rzeczy mają wagę. Kiedy się ważysz, waga pokazuje, jaka siła grawitacji działa na twoje ciało. Na Ziemi grawitacja wynosi 9,8 metra na sekundę do kwadratu, czyli 9,8 m/s2.

Filozofowie tacy jak Arystoteles wierzyli, że cięższe przedmioty przyspieszają w kierunku Ziemi szybciej. Ale późniejsze eksperymenty wykazały, że tak nie było. Powodem, dla którego piórko spada wolniej niż kula do kręgli, jest opór powietrza, który działa w przeciwnym kierunku niż przyspieszenie ziemskie.

Prawo powszechnego ciążenia Newtona mówi, że siła grawitacji jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Isaac Newton rozwinął swoją teorię powszechnego ciążenia w latach 80. XVII wieku. Odkrył, że grawitacja działa na całą materię i jest funkcją zarówno masy, jak i odległości. Każdy obiekt przyciąga inny obiekt z siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.

Teoria względności

Newton opublikował swoją pracę na temat grawitacji w 1687 roku, która została uznana za najlepsze wyjaśnienie, dopóki Einstein nie wymyślił swojej Ogólnej teorii względności w 1915 roku. W teorii Einsteina grawitacja nie jest siłą, ale raczej konsekwencją zniekształcenia materii w czasoprzestrzeni. Jednym z przewidywań Ogólnej Teorii Względności jest to, że światło będzie zginać się wokół masywnych obiektów.

śmieszne fakty

  • Grawitacja na Księżycu wynosi około 16 procent grawitacji Ziemi, Mars ma około 38 procent grawitacji Ziemi, a największa planeta na Układ Słoneczny, Jowisz, ma 2,5 razy większą grawitację niż Ziemia.
  • Chociaż nikt nie „odkrył” grawitacji, legenda głosi, że słynny astronom Galileo Galilei przeprowadził niektóre z najwcześniejszych eksperymentów grawitacyjnych, zrzucając kule z Krzywej Wieży w Pizie, aby zobaczyć, jak szybko spadają.
  • Isaac Newton miał zaledwie 23 lata i wrócił z uniwersytetu, gdy zauważył jabłko spadające w jego ogrodzie i zaczął odkrywać tajemnice grawitacji. (Być może to mit, że jabłko spadło mu na głowę.)
  • Wczesną miarą teorii względności Einsteina było zakrzywienie światła gwiazd w pobliżu Słońca podczas zaćmienia Słońca 29 maja 1919 roku.
  • Czarne dziury to masywne obiekty o tak silnej grawitacji, że nawet światło nie może z nich uciec.
  • Ogólna teoria względności Einsteina jest niezgodna z mechaniką kwantową, dziwacznymi prawami rządzącymi zachowaniem maleńkich cząstek, takich jak fotony i elektrony, z których składa się wszechświat.

1. Obi-Wan Kenobi z Gwiezdnych Wojen powiedział, że Moc „jest wszędzie wokół nas i przenika nas; utrzymuje galaktykę razem.” Równie dobrze mógł powiedzieć to o grawitacji. Jego właściwości grawitacyjne dosłownie spajają galaktykę i „penetruje” nas, fizycznie przyciągając nas do Ziemi.

2. Jednakże, w przeciwieństwie do Mocy z jej ciemną i jasną stroną, grawitacja nie jest podwójna; tylko przyciąga, a nigdy nie odpycha.

3. NASA stara się opracować promień ściągający, który będzie w stanie poruszać obiekty fizyczne, tworząc przyciągającą siłę, która przewyższa siłę grawitacji.

4. Pasażerowie kolejki górskiej i astronauci na stacji kosmicznej doświadczają mikrograwitacji – błędnie nazywanej zerową grawitacją – ponieważ spadają z taką samą prędkością, jak statek, w którym się znajdują.

5. Każdy, kto waży 60 kilogramów na Ziemi, ważyłby 142 kilogramy na Jowiszu (gdyby można było stanąć na gazowym olbrzymu). Większa masa planety oznacza większą siłę przyciągania.

6. Aby opuścić studnię grawitacyjną Ziemi, każdy obiekt musi osiągnąć prędkość 11,2 km na sekundę - jest to prędkość ucieczki naszej planety.

7. Grawitacja, co dziwne, jest najsłabszą z czterech podstawowych sił wszechświata. Pozostałe trzy to elektromagnetyzm, słaba siła jądrowa, która rządzi rozpadem atomów; oraz silne oddziaływanie jądrowe, które utrzymuje razem jądra atomów.

8. Magnes wielkości monety ma wystarczającą siłę elektromagnetyczną, aby pokonać całą grawitację Ziemi i przykleić się do lodówki.

9. Jabłko nie spadło na głowę Izaaka Newtona, ale sprawiło, że zaczął się zastanawiać, czy siła, która sprawia, że ​​jabłko spada, wpływa na ruch księżyca wokół Ziemi.

10. To samo jabłko doprowadziło do pojawienia się pierwszego prawa odwrotnej proporcjonalności kwadratowej F = G * (mM) / r2 w nauce. Oznacza to, że obiekt znajdujący się dwa razy dalej wywiera tylko jedną czwartą swojego dawnego przyciągania grawitacyjnego.

11. Prawo odwrotnej proporcjonalności kwadratowej oznacza również, że technicznie przyciąganie grawitacyjne ma nieograniczony zasięg.

12. Inne znaczenie słowa "grawitacja" - co oznacza "coś ciężkiego lub poważnego" - pojawiło się wcześniej i pochodzi od łacińskiego "gravis", co oznacza "ciężki".

13. Siła grawitacji równomiernie przyspiesza wszystkie obiekty, niezależnie od ich wagi. Jeśli zrzucisz z dachu dwie kule o tym samym rozmiarze, ale o różnej wadze, uderzą one w ziemię w tym samym czasie. Większa bezwładność cięższego obiektu niweluje jakąkolwiek dodatkową prędkość, jaką może mieć w porównaniu z lżejszym.

14. Ogólna teoria względności Einsteina była pierwszą teorią, która rozważała grawitację jako krzywiznę czasoprzestrzeni - "tkaniny", z której składa się fizyczny wszechświat.

15. Każdy obiekt, który ma masę, zakrzywia czasoprzestrzeń wokół siebie. W 2011 roku eksperyment NASA Gravity Probe B pokazał, że Ziemia wiruje wokół siebie jak drewniana kula w melasie, dokładnie tak, jak przewidział Einstein.

16. Zaginając wokół siebie czasoprzestrzeń, masywny obiekt czasami przekierowuje przechodzące przez niego promienie światła, tak jak robi to szklana soczewka. Soczewki grawitacyjne mogą z łatwością powiększać widoczne rozmiary odległych galaktyk lub rozmazywać ich światło w dziwne kształty.

17. „Problem trzech ciał”, który opisuje wszystkie możliwe wzorce, w których trzy obiekty mogą obracać się wokół siebie tylko pod wpływem grawitacji, zajmuje naukowców od trzystu lat. Do tej pory odnaleziono tylko 16 jej rozwiązań, a 13 z nich uzyskano dopiero w marcu br.

18. Chociaż pozostałe trzy fundamentalne siły dobrze dogadują się z mechaniką kwantową - nauką o ultramałych - grawitacja odmawia z nią współpracy; Wszelkie próby włączenia do nich grawitacji naruszają równania kwantowe. Jak pogodzić te dwa absolutnie dokładne i zupełnie przeciwstawne opisy wszechświata to jeden z największych problemów współczesnej fizyki.

19. Aby lepiej zrozumieć grawitację, naukowcy szukają fal grawitacyjnych - zmarszczek w czasoprzestrzeni, które pochodzą ze zdarzeń takich jak zderzenia czarnych dziur i wybuchy gwiazd.

20. Po wykryciu fal grawitacyjnych naukowcy będą mogli spojrzeć na kosmos w sposób, jakiego nigdy wcześniej nie robili. „Za każdym razem, gdy patrzymy na wszechświat w nowy sposób”, mówi Amber Stuever, fizyk z Obserwatorium Fal Grawitacyjnych z Luizjany, „rewolucjonizuje to nasze rozumienie tego zjawiska”.