Apa itu gaya gravitasi dalam fisika. Tidak mahal untuk membeli ijazah pendidikan tinggi. Rumus gaya tarik benda padat berbentuk bola

Obi-Wan Kenobi mengatakan bahwa kekuatan menyatukan galaksi. Hal yang sama dapat dikatakan untuk gravitasi. Fakta - gravitasi memungkinkan kita berjalan di Bumi, Bumi berputar mengelilingi Matahari, dan Matahari bergerak mengelilingi lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita. Bagaimana memahami gravitasi? Tentang ini - di artikel kami.

Katakanlah segera bahwa Anda tidak akan menemukan di sini jawaban yang benar-benar tepat untuk pertanyaan "Apa itu gravitasi". Karena dia sama sekali tidak ada! Gravitasi adalah salah satu fenomena paling misterius yang membingungkan para ilmuwan dan masih belum dapat sepenuhnya menjelaskan sifatnya.

Ada banyak hipotesis dan pendapat. Ada lebih dari selusin teori gravitasi, alternatif dan klasik. Kami akan mempertimbangkan yang paling menarik, relevan, dan modern.

Apakah Anda ingin informasi yang lebih berguna dan berita segar setiap hari? Bergabunglah dengan kami di telegram.

Gravitasi adalah interaksi fisik yang mendasar

Ada 4 interaksi mendasar dalam fisika secara total. Berkat mereka, dunia menjadi seperti apa adanya. Gravitasi adalah salah satu interaksi ini.

Interaksi mendasar:

• gravitasi;
• elektromagnetik;
• interaksi yang kuat;
• interaksi yang lemah.

Gravitasi adalah yang terlemah dari empat interaksi fundamental.

Saat ini, teori yang menggambarkan gravitasi adalah relativitas umum (general theory of relativitas). Itu diusulkan oleh Albert Einstein pada tahun 1915-1916.

Namun, kita tahu bahwa masih terlalu dini untuk berbicara tentang kebenaran hakiki. Memang, selama beberapa abad sebelum munculnya relativitas umum dalam fisika, teori Newton mendominasi deskripsi gravitasi, yang berkembang secara signifikan.

Dalam kerangka relativitas umum, pada saat ini tidak mungkin untuk menjelaskan dan menggambarkan semua masalah yang berkaitan dengan gravitasi.

Sebelum Newton, secara luas diyakini bahwa gravitasi di bumi dan gravitasi langit adalah hal yang berbeda. Diyakini bahwa planet-planet bergerak menurut caranya sendiri, berbeda dari hukum ideal terestrial.

Newton menemukan hukum gravitasi universal pada tahun 1667. Tentu saja, hukum ini ada bahkan dengan dinosaurus dan jauh lebih awal.

Filsuf kuno berpikir tentang keberadaan gaya gravitasi. Galileo secara eksperimental menghitung percepatan gravitasi di Bumi, menemukan bahwa itu sama untuk benda bermassa apa pun. Kepler mempelajari hukum gerak benda angkasa.

Newton mampu merumuskan dan menggeneralisasikan hasil pengamatannya. Inilah yang dia lakukan:

Dua benda tertarik satu sama lain dengan gaya yang disebut gaya gravitasi atau gravitasi.

Rumus gaya tarik menarik antar benda :

G adalah konstanta gravitasi, m adalah massa benda, r adalah jarak antara pusat massa benda.

Apa arti fisika dari konstanta gravitasi? Itu sama dengan gaya yang digunakan benda-benda dengan massa 1 kilogram masing-masing bekerja satu sama lain, berada pada jarak 1 meter dari satu sama lain.

Menurut teori Newton, setiap benda menciptakan medan gravitasi. Keakuratan hukum Newton telah diuji pada jarak kurang dari satu sentimeter. Tentu saja, untuk massa kecil gaya-gaya ini tidak signifikan dan dapat diabaikan.

Rumus Newton berlaku baik untuk menghitung gaya tarik planet-planet ke matahari, dan untuk benda-benda kecil. Kami sama sekali tidak memperhatikan dengan kekuatan apa, katakanlah, bola di atas meja biliar ditarik. Namun demikian, gaya ini ada dan dapat dihitung.

Gaya tarik-menarik bekerja di antara benda-benda di alam semesta. Efeknya meluas ke jarak berapa pun.

Hukum gravitasi universal Newton tidak menjelaskan sifat gaya tarik-menarik, tetapi menetapkan hukum kuantitatif. Teori Newton tidak bertentangan dengan relativitas umum. Ini cukup untuk memecahkan masalah praktis pada skala Bumi dan untuk menghitung gerakan benda langit.

Gravitasi dalam relativitas umum

Terlepas dari kenyataan bahwa teori Newton cukup dapat diterapkan dalam praktik, ia memiliki sejumlah kelemahan. Hukum gravitasi universal adalah deskripsi matematis, tetapi tidak memberikan gambaran tentang sifat fisik dasar benda.

Menurut Newton, gaya gravitasi bekerja pada jarak berapa pun. Dan itu langsung bertindak. Menimbang bahwa kecepatan tercepat di dunia adalah kecepatan cahaya, ada ketidakcocokan. Bagaimana gravitasi dapat bertindak secara instan pada jarak berapa pun, ketika cahaya tidak membutuhkan sesaat, tetapi beberapa detik atau bahkan bertahun-tahun untuk mengatasinya?

Dalam kerangka relativitas umum, gravitasi dianggap bukan sebagai gaya yang bekerja pada benda, tetapi sebagai kelengkungan ruang dan waktu di bawah pengaruh massa. Dengan demikian, gravitasi bukanlah interaksi gaya.

Apa efek gravitasi? Mari kita coba menggambarkannya menggunakan analogi.

Bayangkan ruang sebagai lembaran elastis. Jika Anda meletakkan bola tenis ringan di atasnya, permukaannya akan tetap rata. Tetapi jika Anda meletakkan beban berat di sebelah bola, itu akan mendorong lubang di permukaan, dan bola akan mulai menggelinding ke arah beban yang besar dan berat. Ini adalah "gravitasi".

Ngomong-ngomong! Untuk pembaca kami, sekarang ada diskon 10% untuk

Penemuan gelombang gravitasi

Gelombang gravitasi diprediksi oleh Albert Einstein pada tahun 1916, tetapi mereka ditemukan hanya seratus tahun kemudian, pada tahun 2015.

Apa itu gelombang gravitasi? Mari kita menggambar analogi lagi. Jika sebuah batu dilemparkan ke dalam air yang tenang, lingkaran akan muncul dari tempat batu itu jatuh. Gelombang gravitasi - riak yang sama, kemarahan. Hanya tidak di atas air, tetapi di ruang-waktu dunia.

Alih-alih air - ruang-waktu, dan bukannya batu, katakanlah, lubang hitam. Setiap gerakan massa yang dipercepat menghasilkan gelombang gravitasi. Jika benda-benda dalam keadaan jatuh bebas, ketika gelombang gravitasi lewat, jarak antara mereka akan berubah.

Karena gravitasi adalah interaksi yang sangat lemah, deteksi gelombang gravitasi dikaitkan dengan kesulitan teknis yang besar. Teknologi modern diizinkan untuk mendeteksi ledakan gelombang gravitasi hanya dari sumber supermasif.

Peristiwa yang cocok untuk mencatat gelombang gravitasi adalah penggabungan lubang hitam. Sayangnya atau untungnya, ini jarang terjadi. Namun demikian, para ilmuwan berhasil mencatat gelombang yang benar-benar bergulir melalui ruang Semesta.

Untuk mencatat gelombang gravitasi, sebuah detektor dengan diameter 4 kilometer dibangun. Selama perjalanan gelombang, osilasi cermin pada suspensi dalam ruang hampa dan interferensi cahaya yang dipantulkan darinya direkam.

Gelombang gravitasi telah mengkonfirmasi validitas relativitas umum.

Gravitasi dan partikel elementer

Dalam Model Standar, partikel elementer tertentu bertanggung jawab untuk setiap interaksi. Kita dapat mengatakan bahwa partikel adalah pembawa interaksi.

Graviton bertanggung jawab atas gravitasi - partikel tak bermassa hipotetis dengan energi. Omong-omong, dalam artikel terpisah kami, baca lebih lanjut tentang Higgs boson yang menyebabkan banyak kebisingan dan partikel elementer lainnya.

Terakhir, inilah beberapa fakta menarik tentang gravitasi.

10 fakta tentang gravitasi

1. Untuk mengatasi gaya gravitasi bumi, benda tersebut harus memiliki kecepatan sebesar 7,91 km/s. Ini adalah kecepatan luar angkasa pertama. Cukup bagi sebuah benda (misalnya, wahana antariksa) untuk bergerak dalam orbit mengelilingi planet ini.
2. Untuk melepaskan diri dari medan gravitasi bumi, pesawat ruang angkasa harus memiliki kecepatan minimal 11,2 km/s. Ini adalah kecepatan kosmik kedua.
3. Objek dengan gravitasi terkuat adalah lubang hitam. Gravitasi mereka sangat besar sehingga mereka bahkan menarik cahaya (foton).
4. Anda tidak akan menemukan gaya gravitasi dalam persamaan mekanika kuantum mana pun. Faktanya adalah ketika Anda mencoba memasukkan gravitasi ke dalam persamaan, mereka kehilangan relevansinya. Ini adalah salah satu masalah terpenting dalam fisika modern.
5. Kata gravitasi berasal dari bahasa latin gravis yang berarti berat.
6. Semakin besar massa benda, semakin kuat gravitasinya. Jika seseorang, yang di Bumi beratnya 60 kilogram, beratnya di Jupiter, timbangan akan menunjukkan 142 kilogram.
7. Ilmuwan NASA mencoba mengembangkan sinar gravitasi yang akan menggerakkan objek tanpa kontak, mengatasi gaya gravitasi.
8. Astronot di orbit juga mengalami gravitasi. Lebih tepatnya, gayaberat mikro. Mereka seolah tak henti-hentinya berjatuhan seiring dengan kapal yang mereka tumpangi.
9. Gravitasi selalu menarik dan tidak pernah menolak.
10. Sebuah lubang hitam, seukuran bola tenis, menarik benda-benda dengan kekuatan yang sama seperti planet kita.

Sekarang Anda mengetahui definisi gravitasi dan Anda dapat mengetahui dengan rumus apa gaya tarik-menarik dihitung. Jika granit sains mendorong Anda ke tanah lebih dari gravitasi, hubungi layanan siswa kami. Kami akan membantu Anda belajar dengan mudah di bawah beban terberat!

Antara setiap titik material ada gaya tarik-menarik timbal balik, berbanding lurus dengan produk massa mereka dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka, yang bekerja di sepanjang garis yang menghubungkan titik-titik ini

Isaac Newton mengajukan asumsi bahwa ada gaya tarik-menarik timbal balik antara benda apa pun di alam. Kekuatan ini disebut gaya gravitasi atau gaya gravitasi... Gaya gravitasi memanifestasikan dirinya di ruang angkasa, tata surya dan di Bumi.

Hukum gravitasi universal

Newton menggeneralisasi hukum gerak benda langit dan menemukan bahwa gaya \ (F \) sama dengan:

\ [F = G \ dfrac (m_1 m_2) (R ^ 2) \]

di mana \ (m_1 \) dan \ (m_2 \) adalah massa benda yang berinteraksi, \ (R \) adalah jarak antara mereka, \ (G \) adalah koefisien proporsionalitas, yang disebut konstanta gravitasi... Nilai numerik dari konstanta gravitasi ditentukan secara eksperimental oleh Cavendish dengan mengukur gaya interaksi antara bola timah.

Arti fisika dari konstanta gravitasi mengikuti hukum gravitasi universal. Jika \ (m_1 = m_2 = 1 \ teks (kg) \), \ (R = 1 \ teks (m) \), kemudian \ (G = F \), yaitu konstanta gravitasi sama dengan gaya yang ditarik oleh dua benda 1 kg pada jarak 1 m.

Nilai numerik:

\ (G = 6,67 \ cdot () 10 ^ (- 11) H \ cdot () m ^ 2 / kg ^ 2 \) .

Gaya gravitasi universal bekerja di antara benda apa pun di alam, tetapi mereka menjadi nyata pada massa besar (atau setidaknya massa salah satu benda besar). Hukum gravitasi universal terpenuhi hanya untuk poin materi dan bola (dalam hal ini, jarak diambil sebagai jarak antara pusat bola).

Gravitasi

Jenis tertentu dari gaya gravitasi universal adalah gaya tarik benda-benda ke Bumi (atau ke planet lain). Kekuatan ini disebut oleh gravitasi... Di bawah pengaruh gaya ini, semua benda memperoleh percepatan jatuh bebas.

Sesuai dengan hukum kedua Newton \ (g = F_T / m \), oleh karena itu, \ (F_T = mg \).

Jika M adalah massa Bumi, R adalah jari-jarinya, m adalah massa suatu benda, maka gaya gravitasi adalah

\ (F = G \ dfrac (M) (R ^ 2) m = mg \) .

Gaya gravitasi selalu mengarah ke pusat bumi. Bergantung pada ketinggian \ (h \) di atas permukaan bumi dan garis lintang geografis posisi benda, percepatan gravitasi memiliki nilai yang berbeda. Di permukaan bumi dan di pertengahan garis lintang, percepatan gravitasi adalah 9,831 m / s 2.

Berat badan

Dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari, konsep berat badan banyak digunakan.

Berat badan dilambangkan dengan \ (P \). Satuan berat adalah newton (N). Karena berat sama dengan gaya yang bekerja pada benda pada tumpuan, maka, sesuai dengan hukum ketiga Newton, berat benda sama dengan gaya reaksi tumpuan. Oleh karena itu, untuk menemukan berat badan, perlu untuk menentukan berapa gaya reaksi penyangga yang sama.

Dalam hal ini, diasumsikan bahwa tubuh tidak bergerak relatif terhadap penyangga atau suspensi.

Berat badan dan gravitasi berbeda sifatnya: berat badan adalah manifestasi dari aksi gaya antarmolekul, dan gravitasi bersifat gravitasi.

Keadaan benda yang beratnya nol disebut tanpa bobot... Keadaan tanpa bobot diamati di pesawat terbang atau pesawat ruang angkasa ketika bergerak dengan percepatan gravitasi, terlepas dari arah dan nilai kecepatan gerakan mereka. Di luar atmosfer bumi, ketika mesin jet dimatikan, hanya gaya gravitasi universal yang bekerja pada pesawat ruang angkasa. Di bawah aksi gaya ini, pesawat ruang angkasa dan semua benda di dalamnya bergerak dengan percepatan yang sama, oleh karena itu, keadaan tanpa bobot diamati di pesawat ruang angkasa.

Javascript dinonaktifkan di browser Anda.
Untuk membuat perhitungan, Anda perlu mengaktifkan kontrol ActiveX!

Kita hidup di Bumi, kita bergerak di sepanjang permukaannya, seolah-olah di sepanjang tepi tebing berbatu yang menjulang di atas jurang tak berdasar. Kami terus berada di tepi jurang ini hanya karena fakta bahwa kami terpengaruh oleh gravitasi bumi; kita tidak jatuh dari permukaan bumi hanya karena kita memiliki, seperti yang mereka katakan, berat tertentu. Kami akan langsung terbang dari "tebing" ini dan dengan cepat terbang ke jurang luar angkasa jika gravitasi planet kita tiba-tiba berhenti bekerja. Kami akan berlari untuk waktu yang sangat lama di jurang ruang dunia, tidak mengetahui bagian atas maupun bawah.

Gerakan di Bumi

Miliknya pergerakan di bumi kita juga berhutang kehadiran gravitasi. Kami berjalan di Bumi dan terus-menerus mengatasi hambatan gaya ini, merasakan aksinya, seperti beban berat di kaki kami. "Beban" ini terutama terasa ketika menanjak, ketika Anda harus menyeretnya, seperti semacam beban berat yang tergantung di kaki Anda. Tak kalah dramatis saat turun dari gunung, memaksa kami untuk mempercepat langkah. Mengatasi gaya gravitasi saat bergerak di Bumi. Arah ini - "naik" dan "turun" - hanya menunjukkan kepada kita gaya gravitasi. Di semua titik di permukaan bumi, itu diarahkan hampir ke pusat bumi. Oleh karena itu, konsep "bawah" dan "atas" akan berlawanan secara diametris untuk apa yang disebut antipoda, yaitu orang yang tinggal di bagian permukaan bumi yang berlawanan secara diametral. Misalnya, arah yang menunjukkan "turun" bagi mereka yang tinggal di Moskow, menunjukkan "naik" untuk penduduk Tierra del Fuego. Arah yang menunjukkan "turun" untuk orang-orang di kutub dan khatulistiwa adalah sudut siku-siku; mereka saling tegak lurus. Di luar Bumi, dengan jarak darinya, gaya gravitasi berkurang, karena gaya tarik-menarik berkurang (gaya tarik-menarik Bumi, seperti benda dunia lainnya, menyebar di ruang angkasa jauh tanpa batas) dan gaya sentrifugal meningkat, yang mengurangi kekuatan gravitasi. Oleh karena itu, semakin tinggi kita mengangkat beban apa pun, misalnya, dalam balon, semakin sedikit beban ini.

Gaya Sentrifugal Bumi

Karena rotasi harian, gaya sentrifugal bumi... Gaya ini di mana-mana di permukaan bumi bekerja dalam arah tegak lurus terhadap sumbu bumi dan menjauhinya. Gaya sentrifugal kecil dibandingkan dengan gravitasi... Di khatulistiwa, ia mencapai nilai terbesarnya. Tetapi bahkan di sini, menurut perhitungan Newton, gaya sentrifugal hanya 1/289 dari gaya gravitasi. Semakin jauh ke utara Anda dari khatulistiwa, semakin sedikit gaya sentrifugal. Di kutub, itu adalah nol.
Aksi gaya sentrifugal Bumi. Pada ketinggian tertentu gaya sentrifugal akan meningkat sedemikian rupa sehingga akan sama dengan gaya tarik-menarik, dan gaya gravitasi pertama-tama akan menjadi sama dengan nol, dan kemudian, dengan meningkatnya jarak dari Bumi, itu akan mengambil nilai negatif dan akan terus meningkat, menjadi diarahkan ke arah yang berlawanan terhadap Bumi.

Gravitasi

Gaya resultan gravitasi bumi dan gaya sentrifugal disebut oleh gravitasi... Gaya gravitasi di semua titik di permukaan bumi akan sama jika bola kita benar-benar akurat dan tepat, jika massanya di mana-mana memiliki kerapatan yang sama dan, akhirnya, jika tidak ada rotasi harian di sekitar sumbu. Tetapi, karena Bumi kita bukan bola biasa, tidak semua bagiannya terdiri dari bebatuan dengan kepadatan yang sama dan berputar sepanjang waktu, maka, sebagai akibatnya, gaya gravitasi di setiap titik di permukaan bumi agak berbeda... Oleh karena itu, di setiap titik di permukaan bumi besarnya gaya gravitasi tergantung pada besarnya gaya sentrifugal yang mengurangi gaya gravitasi, pada kepadatan batuan bumi dan jarak dari pusat bumi... Semakin besar jarak ini, semakin kecil gravitasi. Jari-jari Bumi, yang, seolah-olah, bersandar pada khatulistiwa Bumi dengan satu ujung, adalah yang terbesar. Jari-jari yang berakhir di Kutub Utara atau Selatan adalah yang terkecil. Oleh karena itu, semua benda di ekuator lebih ringan (lebih ringan) daripada di kutub. Diketahui bahwa di kutub, gaya gravitasi lebih besar daripada di khatulistiwa, dengan 1/289 bagian... Perbedaan gravitasi benda yang sama di ekuator dan di kutub ini dapat ditemukan dengan menimbangnya menggunakan neraca pegas. Jika kita menimbang tubuh dengan timbangan, maka kita tidak akan melihat perbedaan ini. Timbangan akan menunjukkan bobot yang sama di kutub dan khatulistiwa; kettlebell, seperti benda yang ditimbang, tentu saja juga akan berubah beratnya.
Timbangan pegas sebagai cara untuk mengukur gravitasi di ekuator dan di kutub. Mari kita asumsikan bahwa sebuah kapal dengan muatan memiliki berat sekitar 289 ribu ton di daerah kutub, dekat kutub. Setibanya di pelabuhan dekat khatulistiwa, kapal dengan muatan hanya akan berbobot sekitar 288 ribu ton. Jadi, di khatulistiwa, kapal kehilangan berat sekitar seribu ton. Semua benda disimpan di permukaan bumi hanya karena fakta bahwa gravitasi bekerja pada mereka. Di pagi hari, bangun dari tempat tidur, Anda dapat menurunkan kaki ke lantai hanya karena gaya ini menariknya ke bawah.

Gravitasi di dalam Bumi

Mari kita lihat bagaimana perubahannya gravitasi di dalam bumi... Dengan semakin dalam ke Bumi, gaya gravitasi terus meningkat hingga kedalaman tertentu. Pada kedalaman sekitar seribu kilometer, gravitasi akan memiliki nilai maksimum (terbesar) dan akan meningkat dibandingkan dengan nilai rata-ratanya di permukaan bumi (9,81 m/s) sekitar lima persen. Dengan pendalaman lebih lanjut, gaya gravitasi akan terus berkurang dan di pusat Bumi akan sama dengan nol.

Asumsi tentang rotasi bumi

Kita Bumi berputar melakukan giliran penuh mengelilingi porosnya dalam 24 jam. Gaya sentrifugal diketahui meningkat sebanding dengan kuadrat kecepatan sudut. Oleh karena itu, jika Bumi mempercepat rotasi pada porosnya 17 kali, maka gaya sentrifugal akan meningkat 17 kali kuadrat, yaitu 289 kali. Dalam kondisi normal, seperti disebutkan di atas, gaya sentrifugal di ekuator adalah 1/289 dari gaya gravitasi. Saat meningkat 17 kali gravitasi dan gaya sentrifugal dibuat sama. Gaya gravitasi - resultan dari dua gaya ini - dengan peningkatan kecepatan rotasi aksial Bumi akan sama dengan nol.
Nilai gaya sentrifugal selama rotasi bumi. Kecepatan rotasi Bumi di sekitar sumbu ini disebut kritis, karena pada kecepatan rotasi planet kita seperti itu, semua benda di khatulistiwa akan kehilangan beratnya. Lamanya hari dalam kasus kritis ini akan menjadi sekitar 1 jam 25 menit. Dengan percepatan lebih lanjut dari rotasi Bumi, semua benda (terutama di ekuator) pertama-tama akan kehilangan beratnya, dan kemudian mereka akan dilemparkan oleh gaya sentrifugal ke luar angkasa, dan Bumi itu sendiri akan terkoyak oleh gaya yang sama. Kesimpulan kami akan benar jika Bumi adalah benda yang benar-benar kaku dan, ketika mempercepat gerakan rotasinya, tidak akan mengubah bentuknya, dengan kata lain, jika jari-jari ekuator Bumi mempertahankan nilainya. Tetapi diketahui bahwa ketika rotasi bumi dipercepat, permukaannya harus mengalami beberapa deformasi: ia akan berkontraksi ke arah kutub dan mengembang ke arah khatulistiwa; itu akan mengambil penampilan yang lebih dan lebih rata. Dalam hal ini, panjang jari-jari ekuator bumi akan mulai meningkat dan dengan demikian meningkatkan gaya sentrifugal. Dengan demikian, benda-benda di ekuator akan kehilangan gravitasinya sebelum kecepatan rotasi Bumi meningkat 17 kali lipat, dan malapetaka dengan Bumi akan terjadi sebelum siang hari mempersingkat durasinya menjadi 1 jam 25 menit. Dengan kata lain, kecepatan kritis rotasi Bumi akan sedikit berkurang, dan panjang hari yang membatasi sedikit lebih panjang. Bayangkan secara mental bahwa kecepatan rotasi Bumi, karena alasan yang tidak diketahui, akan mendekati yang kritis. Lalu apa yang akan terjadi dengan penduduk bumi? Pertama-tama, di mana pun di Bumi, satu hari akan, misalnya, sekitar dua hingga tiga jam. Siang dan malam akan berubah secara kaleidoskopik dengan cepat. Matahari, seperti di planetarium, akan sangat cepat bergerak melintasi langit, dan begitu Anda punya waktu untuk bangun dan mencuci, ia akan menghilang di balik cakrawala, dan malam akan datang untuk menggantikannya. Orang-orang tidak akan lagi dapat secara akurat mengorientasikan diri mereka dalam waktu. Tidak ada yang akan tahu hari apa dalam sebulan dan hari apa dalam seminggu. Kehidupan manusia yang normal akan menjadi tidak teratur. Jam bandul akan melambat dan kemudian berhenti di mana-mana. Mereka berjalan karena gravitasi bekerja pada mereka. Memang, dalam kehidupan kita sehari-hari, ketika "pejalan" mulai tertinggal atau terburu-buru, maka perlu untuk memperpendek atau memperpanjang pendulum mereka, atau bahkan menangguhkan beberapa beban tambahan dari pendulum. Tubuh di khatulistiwa akan kehilangan berat badan mereka. Dalam kondisi imajiner ini, akan mudah untuk mengangkat tubuh yang sangat berat. Tidak akan sulit untuk memanggul kuda, gajah, atau bahkan mengangkat seluruh rumah. Burung akan kehilangan kemampuannya untuk mendarat. Sekawanan burung pipit berputar-putar di atas palung air. Mereka berkicau dengan keras, tetapi tidak dapat turun. Segenggam biji-bijian yang dilemparkan olehnya akan menggantung di atas Bumi dalam biji-bijian yang terpisah. Biarlah, lebih jauh, kecepatan rotasi Bumi semakin mendekati kritis. Planet kita sangat cacat dan memiliki penampilan yang semakin rata. Itu menyerupai korsel yang berputar cepat dan mengancam untuk membuang penghuninya. Sungai-sungai kemudian akan berhenti mengalir. Mereka akan menjadi rawa-rawa yang sudah lama berdiri. Kapal laut besar hampir tidak akan menyentuh permukaan air dengan dasarnya, kapal selam tidak akan bisa terjun ke kedalaman laut, ikan dan hewan laut akan berenang di permukaan laut dan samudera, mereka tidak akan bisa lagi bersembunyi di kedalaman laut. Pelaut tidak akan bisa lagi melepaskan jangkar, mereka akan berhenti mengendalikan kemudi kapal mereka, kapal besar dan kecil akan berdiri tak bergerak. Ini gambar imajiner lainnya. Kereta penumpang ada di stasiun. Peluit sudah dibunyikan; kereta harus berangkat. Pengemudi mengambil semua tindakan dengan kekuatannya. Petugas pemadam kebakaran dengan murah hati melemparkan batu bara ke dalam tungku. Bunga api besar terbang dari pipa lokomotif. Roda berputar dengan putus asa. Tapi lokomotif itu tidak bergerak. Rodanya tidak menyentuh rel dan tidak ada gesekan di antara mereka. Akan tiba saatnya ketika orang tidak akan bisa turun ke lantai; mereka menempel seperti lalat ke langit-langit. Biarkan kecepatan rotasi bumi terus meningkat. Gaya sentrifugal lebih dan lebih unggul besarnya terhadap gaya gravitasi ... Kemudian orang, hewan, barang-barang rumah tangga, rumah, semua benda di Bumi, semua dunia binatangnya akan terlempar ke ruang dunia. Daratan Australia akan terpisah dari Bumi dan menggantung di angkasa sebagai awan hitam kolosal. Afrika akan terbang ke kedalaman jurang yang sunyi, jauh dari Bumi. Perairan Samudra Hindia akan berubah menjadi sejumlah besar tetesan bulat dan juga akan terbang ke jarak yang tak terbatas. Laut Mediterania, yang belum sempat berubah menjadi akumulasi tetesan raksasa, dengan seluruh ketebalan airnya akan terpisah dari dasar, di mana dimungkinkan untuk lewat dengan bebas dari Napoli ke Aljazair. Akhirnya, kecepatan rotasi akan meningkat begitu banyak, gaya sentrifugal akan meningkat sedemikian rupa sehingga seluruh bumi akan terkoyak. Namun, ini juga tidak bisa terjadi. Kecepatan rotasi Bumi, seperti yang kami katakan di atas, tidak meningkat, tetapi sebaliknya, bahkan sedikit berkurang, meskipun sangat kecil sehingga, seperti yang telah kita ketahui, dalam 50 ribu tahun panjang hari bertambah sebesar hanya satu detik. Dengan kata lain, Bumi sekarang berputar dengan kecepatan yang diperlukan bagi flora dan fauna di planet kita untuk berkembang di bawah sinar matahari yang memberi kehidupan dan kalori selama ribuan tahun.

nilai gesekan

Sekarang mari kita lihat apa masalah gesekan dan apa yang akan terjadi jika itu tidak ada. Gesekan, seperti yang Anda tahu, memiliki efek berbahaya pada pakaian kita: lengan mantel akan aus terlebih dahulu, dan sol sepatu bot, karena lengan dan sol paling rentan terhadap gesekan. Tetapi bayangkan sejenak bahwa permukaan planet kita, seolah-olah, dipoles dengan baik, benar-benar halus, dan kemungkinan gesekan akan dikecualikan. Bisakah kita berjalan di permukaan seperti itu? Tentu saja tidak. Semua orang tahu bahwa sangat sulit untuk berjalan bahkan di atas es dan di atas lantai parut dan kita harus berhati-hati agar tidak jatuh. Tetapi permukaan es dan lantai yang digosok masih memiliki beberapa gesekan.
Gaya gesekan pada es. Jika gaya gesekan menghilang di permukaan Bumi, maka kekacauan yang tak terlukiskan akan selamanya memerintah di planet kita. Jika tidak ada gesekan, laut akan mengamuk selamanya dan badai tidak akan pernah surut. Tornado pasir tidak akan berhenti menggantung di atas Bumi, dan angin akan terus bertiup. Suara merdu dari piano, biola, dan auman binatang buas yang mengerikan akan bercampur dan menyebar tanpa henti di udara. Tanpa adanya gesekan, benda yang bergerak tidak akan pernah berhenti. Di permukaan bumi yang benar-benar mulus, berbagai benda dan benda akan selalu bercampur dalam arah yang paling beragam. Dunia Bumi akan menjadi konyol dan tragis jika gesekan dan tarik-menarik Bumi tidak ada.

Setiap orang dalam hidupnya telah menemukan konsep ini lebih dari sekali, karena gravitasi tidak hanya menjadi dasar fisika modern, tetapi juga sejumlah ilmu terkait lainnya.

Banyak ilmuwan telah mempelajari daya tarik tubuh sejak zaman kuno, tetapi penemuan utama dikaitkan dengan Newton dan digambarkan sebagai sebuah cerita dengan buah jatuh di kepalanya yang diketahui semua orang.

Apa itu gravitasi dengan kata-kata sederhana

Gravitasi adalah gaya tarik menarik antara beberapa hal di seluruh alam semesta. Sifat fenomena itu berbeda, karena ditentukan oleh massa masing-masing dan panjang antara, yaitu jarak.

Teori Newton didasarkan pada fakta bahwa gaya yang sama bekerja pada buah yang jatuh dan pada satelit planet kita - daya tarik ke Bumi. Dan satelit tidak jatuh di angkasa bumi justru karena massa dan keterpencilannya.

medan gravitasi

Medan gravitasi adalah ruang di mana interaksi benda terjadi sesuai dengan hukum tarik-menarik.

Teori relativitas Einstein menggambarkan medan sebagai properti waktu dan ruang tertentu, yang secara khas memanifestasikan dirinya ketika objek fisik muncul.

Gelombang gravitasi

Ini adalah jenis perubahan medan tertentu yang terbentuk sebagai akibat radiasi dari benda yang bergerak. Mereka melepaskan diri dari subjek dan menyebar dalam efek riak.

Teori gravitasi

Teori klasik adalah Newtonian. Namun, itu tidak sempurna dan kemudian ada opsi alternatif.

Ini termasuk:

• teori metrik;
• non-metrik;
• vektor;
• Le Sage, yang pertama kali menggambarkan fase;
• gravitasi kuantum.

Saat ini ada beberapa lusin teori yang berbeda, semuanya saling melengkapi, atau mempertimbangkan fenomena dari sisi lain.

Perlu diperhatikan: Belum ada jawaban yang sempurna, tetapi perkembangan terus-menerus membuka lebih banyak pilihan untuk daya tarik tubuh.

Tarikan gravitasi

Perhitungan dasarnya adalah sebagai berikut - gaya gravitasi sebanding dengan perkalian massa tubuh dengan yang lain, di antaranya ditentukan. Rumus ini juga dinyatakan seperti ini: gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda.

Medan gravitasi berpotensi, yang berarti dipertahankan energi kinetik... Fakta ini menyederhanakan pemecahan masalah di mana gaya tarik-menarik diukur.

Gravitasi di luar angkasa

Terlepas dari kesalahpahaman banyak orang, ada gravitasi di luar angkasa. Itu lebih rendah dari di Bumi, tetapi masih ada.

Adapun para astronot yang sekilas terbang, pada kenyataannya mereka dalam keadaan kemunduran yang lambat. Secara visual, mereka tampaknya tidak tertarik pada apa pun, tetapi dalam praktiknya mereka mengalami gravitasi.

Gaya tarik menarik tergantung pada jarak, tetapi tidak peduli seberapa jauh jarak antara objek, mereka akan terus mencapai satu sama lain. Ketertarikan timbal balik tidak akan pernah nol.

Gravitasi di tata surya

Di tata surya, tidak hanya Bumi yang memiliki gravitasi. Planet-planet, serta Matahari, menarik objek ke diri mereka sendiri.

Karena gaya ditentukan oleh massa benda, Matahari memiliki indikator terbesar. Misalnya, jika planet kita memiliki indikator satu, maka sosok termasyhur akan hampir sama dengan dua puluh delapan.

Selanjutnya, setelah Matahari, dalam gravitasi adalah Jupiter, jadi gravitasinya tiga kali lebih tinggi dari Bumi. Pluto memiliki parameter terkecil.

Untuk kejelasan, mari kita tentukan sebagai berikut: secara teori, di Matahari, rata-rata orang memiliki berat sekitar dua ton, tetapi di planet terkecil dari sistem kita - hanya empat kilogram.

Apa yang menentukan gravitasi planet?

Daya dorong gravitasi, seperti disebutkan di atas, adalah kekuatan yang digunakan planet untuk menarik benda-benda yang terletak di permukaannya ke dirinya sendiri.

Gaya tarik menarik tergantung pada gravitasi objek, planet itu sendiri, dan jarak di antara mereka. Jika ada banyak kilometer, gravitasinya rendah, tetapi tetap membuat benda-benda tetap berhubungan.

Beberapa aspek penting dan menarik dari gravitasi dan sifat-sifatnya yang layak untuk dijelaskan kepada anak Anda:

1. Fenomena menarik segalanya, tetapi tidak pernah menolak - ini membedakannya dari fenomena fisik lainnya.
2. Tidak ada indikator nol. Tidak mungkin untuk mensimulasikan situasi di mana tekanan tidak bekerja, yaitu gravitasi tidak bekerja.
3. Bumi jatuh dengan kecepatan rata-rata 11,2 kilometer per detik, mencapai kecepatan ini, Anda dapat meninggalkan daya tarik planet dengan baik.
4. Fakta adanya gelombang gravitasi belum terbukti secara ilmiah, ini hanya dugaan. Jika mereka menjadi terlihat, maka umat manusia akan menemukan banyak misteri ruang yang terkait dengan interaksi tubuh.

Menurut teori relativitas dasar seorang ilmuwan seperti Einstein, gravitasi adalah kelengkungan parameter dasar keberadaan dunia material, yang menjadi dasar alam semesta.

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik antara dua benda. Kekuatan interaksi tergantung pada gravitasi tubuh dan jarak di antara mereka. Sejauh ini, tidak semua rahasia fenomena telah terungkap, tetapi hari ini ada beberapa lusin teori yang menjelaskan konsep dan sifat-sifatnya.

Kompleksitas objek yang diteliti mempengaruhi waktu penelitian. Dalam kebanyakan kasus, ketergantungan massa dan jarak diambil begitu saja.

Gravitasi adalah "kelengkungan" ruang. Semakin besar massa, semakin besar "kelengkungan" ruang dan, akibatnya, benda-benda yang lebih ringan "berguling" ke dalam "kelengkungan" ini. Semua benda yang mengorbit Matahari ditahan di orbitnya oleh gravitasi. Tapi dia tidak hanya melakukan fungsi semacam tali, tetapi juga menjadi kekuatan yang menciptakan benda-benda ini. Gaya gravitasi mencegah planet-planet memilih jalurnya sendiri, memutar orbitnya. Tetapi ketergantungan pada gaya ini berkurang secara eksponensial - ketika Anda menghapusnya setengahnya, efeknya melemah empat kali, dan penghapusan tiga kali lipat melemahkan gaya dengan faktor sembilan.

Newton secara langsung menghubungkan gravitasi dengan gravitasi. Gaya gravitasi diterapkan pada benda, yang sumbernya adalah benda lain (atau benda), dan medan gravitasi, dengan demikian, sama sekali tidak ada. Karena gravitasi mengacu pada interaksi langsung benda, maka itu ditentukan oleh Hukum gravitasi universal. Medan gravitasi telah diberi karakter bersyarat, yang hanya diperlukan untuk perhitungan. Untuk kondisi terestrial, ini cukup dapat diterima.

Gravitasi dari Einstein

Efek gravitasi dijelaskan oleh Aristoteles. Dia percaya bahwa kecepatan jatuh suatu benda tergantung pada massanya. Tetapi hanya Galileo yang dapat memahami bahwa setiap benda memiliki nilai percepatan yang sama. Dan Einstein mengembangkan pernyataan ini dalam teori relativitasnya, menggambarkan gravitasi dengan konsep geometri ruang-waktu.

Dalam representasi klasik, gaya interaksi gravitasi dua titik memiliki bentuk ketergantungan massa titik-titik ini pada jarak dalam bujur sangkar di antara mereka. Semakin besar tubuh, semakin besar medan gravitasi yang dapat diciptakannya.

Meskipun gravitasi adalah interaksi yang sangat lemah, efeknya meluas ke jarak berapa pun.

Gaya tarik gravitasi bersifat universal ditinjau dari sifat dampaknya terhadap materi, tidak ada benda yang tidak memilikinya. Einstein mendalilkan bahwa efek gravitasi tidak disebabkan oleh efek gaya benda atau medan dalam ruang-waktu, tetapi oleh perubahan dalam ruang-waktu itu sendiri. Semua ini disebabkan oleh adanya massa-energi. Menurut teori Einstein, massa dan energi adalah parameter tunggal benda. Mereka dihubungkan dengan rumus terkenal: E = m ² Dua benda besar yang berinteraksi satu sama lain akan membengkokkan ruang. Namun mengapa kelengkungan ini terjadi, Einstein tidak bisa memberikan jawaban. Gravitasi, karena sifatnya yang global, bertanggung jawab atas fenomena skala besar. Ini adalah struktur, alam semesta yang mengembang. Tetapi juga fakta sederhana dari astronomi - orbit planet, gaya gravitasi, benda jatuh juga bergantung pada gravitasi.

Mekanika Surgawi

Bagian mekanika ini mempelajari gerakan benda-benda di ruang kosong, yang hanya dipengaruhi oleh gravitasi. Tugas paling sederhana dari bagian ini adalah untuk membuktikan pengaruh gravitasi dari dua benda, titik atau bola, di ruang kosong. Jika ada lebih banyak tubuh yang berinteraksi satu sama lain, tugas menjadi lebih rumit. Solusi numerik menyebabkan ketidakstabilan solusi dari kondisi awal. Artinya, menerapkannya pada sistem planet kita, kita tidak akan dapat memprediksi pergerakan planet untuk periode yang melebihi seratus juta tahun. Hal ini belum mungkin untuk menggambarkan perilaku jangka panjang dari suatu sistem yang terdiri dari banyak benda yang menarik dengan massa yang sama. Ini terhalang oleh konsep: kekacauan dinamis.

Gelombang gravitasi

Gelombang gravitasi adalah perubahan medan gravitasi yang merambat seperti gelombang. Mereka dipancarkan oleh massa yang bergerak, tetapi setelah radiasi mereka melepaskan diri dari mereka dan ada secara independen dari massa ini. Secara matematis terkait dengan gangguan metrik ruang-waktu dan dapat digambarkan sebagai "riak ruang-waktu". Gelombang gravitasi diprediksi oleh relativitas umum. Mereka pertama kali terdeteksi secara langsung pada September 2015 oleh dua detektor kembar LIGO, yang merekam gelombang gravitasi, kemungkinan dari penggabungan dua lubang hitam dan pembentukan satu lubang hitam besar yang berputar.

gravitasi

Sejak interaksi gravitasi hadir, entah bagaimana harus ditransfer. Pada 1930-an, graviton menjadi kandidat pembawa. Partikel ini masih hipotetis, tetapi seharusnya memiliki spin 2 dan dua kemungkinan arah polarisasi. Beberapa fisikawan dengan keras kepala menolak keberadaan partikel ini. Mereka menyarankan: jika ada graviton, maka mereka harus dipancarkan oleh lubang hitam, dan ini bertentangan dengan relativitas umum. Tetapi upaya untuk memperluas Model Standar dengan partikel seperti itu penuh dengan kesulitan nyata di bidang energi tinggi. Beberapa teori gravitasi kuantum yang dikembangkan didasarkan pada solusi masalah ini. Menurut posisinya, graviton adalah keadaan string, dan sama sekali bukan partikel titik. Tapi energi rendah mereka masih digolongkan sebagai partikel titik. Sejauh ini, graviton belum ditemukan, karena pengaruh gravitasinya luar biasa lemah.

Gravitasi kuantum

Sebuah teori kuantum universal yang akan menjelaskan konsep gravitasi itu sendiri belum dikembangkan. Untuk mewakili interaksi gravitasi, kemungkinan akan mengusulkan pertukaran graviton, di mana graviton bertindak sebagai boson pengukur dengan putaran 2. Tetapi teori seperti itu dianggap tidak memuaskan. Saat ini, ada beberapa pendekatan yang memungkinkan kuantisasi gravitasi. Pendekatan ini dianggap cukup menjanjikan.

• teori string. Ini menggantikan partikel latar belakang ruang-waktu dengan dan bran (mirip dengan string). Untuk memecahkan masalah multidimensi, bran dilihat sebagai partikel yang sudah multidimensi, tetapi pada saat yang sama mereka adalah struktur ruang-waktu. Graviton di sini menjadi keadaan string, bukan partikel yang terpisah. Meskipun energi rendah menempatkan mereka di antara mereka.
• Lingkaran gravitasi kuantum. Di sini waktu dan ruang adalah bagian yang terpisah. Mereka tidak terikat dengan latar belakang ruang-waktu, menjadi sel-sel ruang kuantum. Mereka saling berhubungan sedemikian rupa sehingga pada skala waktu kecil mereka muncul sebagai struktur ruang yang terpisah. Ketika skala diperbesar, bagian-bagian dengan mulus menjadi ruang-waktu yang kontinu. Gravitasi loop mampu menggambarkan esensi Big Bang, serta menjelaskan ambang batasnya. Bahkan memungkinkan Anda untuk membuang keterlibatan.

Medan gravitasi yang kuat

Dalam medan gravitasi yang sangat kuat, mungkin ada manifestasi dari beberapa efek relativitas umum:

• hukum gravitasi menyimpang dari Newtonian
• gelombang gravitasi muncul
• ada efek nonlinier
• ruang-waktu yang terlihat mengubah geometrinya
• munculnya singularitas dan kelahiran lubang hitam adalah mungkin.

Tetapi manifestasi seperti itu hanya dapat terjadi jika gravitasi memiliki kekuatan yang sangat besar. Sejauh ini, objek terpadat di alam semesta yang telah ditemukan adalah. Dalam salah satu dari banyak teori, medan gravitasi dianggap sebagai dasar untuk medan apa pun - magnet, listrik, gluon. Dalam hal ini, graviton menjadi elemen dasar materi. Nah, lubang hitam itu gravitonik, di mana gaya gravitasi benar-benar menghancurkan semua partikel elementer, kecuali graviton. Dan hanya ada satu properti yang tersisa - gravitasi.

Keruntuhan gravitasi

Ketika sebuah benda besar, yang mengalami gaya gravitasi, berkontraksi dengan sangat cepat, ia runtuh. Jadi kehidupan bintang dengan massa lebih dari tiga matahari bisa berakhir. Ketika bintang kehabisan bahan bakar untuk melanjutkan proses termonuklir, stabilitas mekanisnya terganggu, dan terjadi kompresi yang cepat dan dipercepat menuju bagian tengah. Jika tekanan di dalam bintang yang terus meningkat dapat menghentikan kompresi, maka bagian tengah bintang akan berubah menjadi bintang neutron. Dalam hal ini, pelepasan cangkang dan pecahnya supernova dimungkinkan. Tetapi ketika bintang melebihi massa yang ditentukan oleh batas Oppenheimer-Volkov, keruntuhan akan berakhir dengan transformasinya menjadi lubang hitam. Berarti batas ini belum ditetapkan secara tepat.

Beberapa paradoks

1. Satelit yang berputar mengelilingi Bumi, dalam kaitannya dengan planet, tidak berbobot. Dan semua yang ada di dalamnya juga tidak berbobot. , relatif, sekali lagi tidak berbobot, tetapi benda-benda di permukaannya sudah memiliki berat. Sama halnya dengan Bumi. Ini relatif tidak berbobot, tetapi kami merasakan beban di atasnya. Matahari juga relatif ringan terhadap inti galaksi. Dan begitu - ad infinitum.
2. Di bintang-bintang, dalam proses reaksi termonuklir, tekanan yang sangat besar tercipta. Tapi itu ditahan oleh gaya gravitasi. Artinya, keberadaan bintang dimungkinkan karena ada keseimbangan dinamis: suhu-tekanan - gaya gravitasi.
3. Dalam lubang hitam, semua proses berhenti, kecuali satu - gravitasi. Tidak ada yang bisa menelan atau menekuknya.