Ce este forța gravitațională în fizică. Cumpărați o diplomă de studii superioare ieftin. Formula pentru forța de atracție a corpurilor sferice solide

Obi-Wan Kenobi a spus că puterea ține galaxia unită. Același lucru se poate spune despre gravitație. Faptul este că gravitația ne permite să mergem pe Pământ, Pământul să se învârtească în jurul Soarelui și Soarele să se învârtească în jurul găurii negre supermasive din centrul galaxiei noastre. Cum să înțelegem gravitația? Despre asta - în articolul nostru.

Să spunem imediat că nu veți găsi aici un răspuns clar fără ambiguitate la întrebarea „Ce este gravitația”. Pentru că pur și simplu nu există! Gravitația este unul dintre cele mai misterioase fenomene asupra cărora oamenii de știință nu-și pot explica pe deplin natura.

Există multe ipoteze și opinii. Există mai mult de o duzină de teorii ale gravitației, alternative și clasice. Vom lua în considerare cele mai interesante, relevante și moderne.

Doriți mai multe informații utile și știri proaspete în fiecare zi? Alăturați-vă nouă pe telegramă.

Gravitația este o interacțiune fizică fundamentală

Există 4 interacțiuni fundamentale în fizică. Datorită lor, lumea este exact așa cum este. Gravitația este una dintre aceste forțe.

Interacțiuni fundamentale:

• gravitatie;
• electromagnetism;
• interacțiune puternică;
• interacțiune slabă.

Gravitația este cea mai slabă dintre cele patru forțe fundamentale.

În prezent, teoria actuală care descrie gravitația este GR (relativitatea generală). A fost propus de Albert Einstein în 1915-1916.

Cu toate acestea, știm că este prea devreme să vorbim despre adevărul suprem. La urma urmei, cu câteva secole înainte de apariția relativității generale în fizică, teoria newtoniană, care a fost extinsă semnificativ, a dominat pentru a descrie gravitația.

În prezent, este imposibil de explicat și descris toate problemele legate de gravitație în cadrul relativității generale.

Înainte de Newton, se credea că gravitația pe pământ și gravitația cerească erau lucruri diferite. Se credea că planetele se mișcă după propriile legi, diferite de cele pământești, ideale.

Newton a descoperit legea gravitației universale în 1667. Desigur, această lege a existat chiar și în timpul dinozaurilor și mult mai devreme.

Filosofii antici s-au gândit la existența gravitației. Galileo a calculat experimental accelerația căderii libere pe Pământ, descoperind că este aceeași pentru corpurile de orice masă. Kepler a studiat legile mișcării corpuri cerești.

Newton a fost capabil să formuleze și să generalizeze rezultatele observațiilor. Iată ce a primit:

Două corpuri sunt atrase unul de celălalt cu o forță numită forță gravitațională sau forță gravitațională.

Formula pentru forța de atracție dintre corpuri este:

G este constanta gravitațională, m este masa corpurilor, r este distanța dintre centrele de masă ale corpurilor.

Care este semnificația fizică a constantei gravitaționale? Este egala cu forta cu care corpurile cu mase de 1 kilogram actioneaza fiecare unul asupra celuilalt, fiind la o distanta de 1 metru unul de altul.

Conform teoriei lui Newton, fiecare obiect creează un câmp gravitațional. Precizia legii lui Newton a fost testată la distanțe mai mici de un centimetru. Desigur, pentru mase mici aceste forțe sunt nesemnificative și pot fi neglijate.

Formula lui Newton este aplicabilă atât pentru calcularea forței de atracție a planetelor față de soare, cât și pentru obiectele mici. Pur și simplu nu observăm forța cu care, să zicem, sunt atrase bilele de pe masa de biliard. Cu toate acestea, această forță există și poate fi calculată.

Forța de atracție acționează între orice corp din univers. Efectul său se extinde la orice distanță.

Legea gravitației universale a lui Newton nu explică natura forței de atracție, ci stabilește modele cantitative. Teoria lui Newton nu contrazice relativitatea generală. Este destul de suficient pentru rezolvarea problemelor practice la scara Pământului și pentru calcularea mișcării corpurilor cerești.

Gravitația în relativitatea generală

În ciuda faptului că teoria lui Newton este destul de aplicabilă în practică, are o serie de deficiențe. Legea gravitației universale este o descriere matematică, dar nu oferă o idee despre natura fizică fundamentală a lucrurilor.

Potrivit lui Newton, forța de atracție acționează la orice distanță. Și funcționează instantaneu. Având în vedere că cea mai mare viteză din lume este viteza luminii, există o discrepanță. Cum poate gravitația să acționeze instantaneu la orice distanță, când lumina are nevoie nu de o clipă, ci de câteva secunde sau chiar ani pentru a le depăși?

În cadrul relativității generale, gravitația este considerată nu ca o forță care acționează asupra corpurilor, ci ca o curbură a spațiului și timpului sub influența masei. Astfel, gravitația nu este o interacțiune de forță.

Care este efectul gravitației? Să încercăm să o descriem folosind o analogie.

Imaginați-vă spațiul ca pe o foaie elastică. Dacă puneți o minge de tenis ușoară pe ea, suprafața va rămâne netedă. Dar dacă puneți o greutate mare lângă minge, aceasta va împinge o gaură în suprafață, iar mingea va începe să se rostogolească spre greutatea mare și grea. Aceasta este „gravitația”.

Apropo! Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Descoperirea undelor gravitaționale

Undele gravitaționale au fost prezise de Albert Einstein încă din 1916, dar au fost descoperite abia o sută de ani mai târziu, în 2015.

Ce sunt undele gravitaționale? Să facem din nou o analogie. Dacă arunci o piatră în apă calmă, cercuri vor merge pe suprafața apei de la locul căderii acesteia. Undele gravitaționale sunt aceleași ondulații, perturbări. Numai că nu pe apă, ci în lume spațiu-timp.

În loc de apă - spațiu-timp, și în loc de piatră, să zicem, o gaură neagră. Orice mișcare accelerată a masei generează o undă gravitațională. Dacă corpurile sunt într-o stare de cădere liberă, distanța dintre ele se va modifica atunci când trece o undă gravitațională.

Deoarece gravitația este o forță foarte slabă, detectarea undelor gravitaționale a fost asociată cu mari dificultăți tehnice. Tehnologii moderne a făcut posibilă detectarea unei explozii de unde gravitaționale numai din surse supermasive.

Un eveniment potrivit pentru înregistrarea unei unde gravitaționale este fuziunea găurilor negre. Din păcate sau din fericire, acest lucru se întâmplă destul de rar. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să înregistreze un val care s-a rostogolit literalmente prin spațiul Universului.

Pentru înregistrarea undelor gravitaționale a fost construit un detector cu diametrul de 4 kilometri. În timpul trecerii undei s-au înregistrat oscilații ale oglinzilor pe suspensiile în vid și interferența luminii reflectate de acestea.

Undele gravitaționale au confirmat validitatea relativității generale.

Gravitația și particulele elementare

În modelul standard, anumite particule elementare sunt responsabile pentru fiecare interacțiune. Putem spune că particulele sunt purtătoare de interacțiuni.

Gravitonul este responsabil pentru gravitație - o particulă ipotetică fără masă cu energie. Apropo, în materialul nostru separat, citiți mai multe despre bosonul Higgs și alte particule elementare care au făcut mult zgomot.

În cele din urmă, iată câteva fapte interesante despre gravitație.

10 fapte despre gravitație

1. Pentru a depăși forța de gravitație a Pământului, corpul trebuie să aibă o viteză egală cu 7,91 km/s. Aceasta este prima viteză cosmică. Este suficient ca un corp (de exemplu, o sondă spațială) să se miște pe orbită în jurul planetei.
2. Pentru a scăpa de câmpul gravitațional al Pământului, o navă spațială trebuie să aibă o viteză de cel puțin 11,2 km/s. Aceasta este a doua viteză spațială.
3. Obiectele cu cea mai puternică gravitație sunt găurile negre. Gravitația lor este atât de puternică încât chiar atrag lumina (fotoni).
4. Nu veți găsi forța gravitației în nicio ecuație a mecanicii cuantice. Cert este că atunci când încerci să incluzi gravitația în ecuații, acestea își pierd relevanța. Aceasta este una dintre cele mai importante probleme ale fizicii moderne.
5. Cuvântul gravitație provine din latinescul „gravis”, care înseamnă „greu”.
6. Cu cât obiectul este mai masiv, cu atât gravitația este mai puternică. Dacă o persoană care cântărește 60 de kilograme pe Pământ cântărește pe Jupiter, cântarul va arăta 142 de kilograme.
7. Oamenii de știință de la NASA încearcă să dezvolte un fascicul gravitațional care va permite obiectelor să fie mișcate fără contact, depășind forța gravitațională.
8. Astronauții aflați pe orbită experimentează și gravitația. Mai precis, microgravitația. Ei par să cadă la nesfârșit odată cu nava în care se află.
9. Gravitația atrage întotdeauna și nu respinge niciodată.
10. O gaură neagră de mărimea unei mingi de tenis trage obiecte cu aceeași forță ca planeta noastră.

Acum știți definiția gravitației și puteți spune ce formulă este folosită pentru a calcula forța de atracție. Dacă granitul științei vă ține mai greu decât gravitația, contactați serviciul nostru pentru studenți. Vă vom ajuta să învățați cu ușurință sub cele mai grele sarcini de lucru!

Între orice puncte materiale există o forță de atracție reciprocă, direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele, care acționează de-a lungul liniei care leagă aceste puncte.

Isaac Newton a sugerat că între orice corp din natură există forțe de atracție reciprocă. Aceste forțe sunt numite forțe gravitaționale sau forțe de gravitație. Forța gravitației ireprimabile se manifestă în spațiu, în sistemul solar și pe Pământ.

Legea gravitației

Newton a generalizat legile de mișcare ale corpurilor cerești și a descoperit că forța \ (F \) este egală cu:

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

unde \(m_1 \) și \(m_2 \) sunt masele corpurilor care interacționează, \(R \) este distanța dintre ele, \(G \) este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională. Valoarea numerică a constantei gravitaționale a fost determinată experimental de Cavendish, prin măsurarea forței de interacțiune între bile de plumb.

Sensul fizic al constantei gravitaționale rezultă din legea gravitației universale. Dacă \(m_1 = m_2 = 1 \text(kg) \), \(R = 1 \text(m) \) , apoi \(G = F \) , adică constanta gravitațională este egală cu forța cu care două corpuri de 1 kg sunt atrase la o distanță de 1 m.

Valoare numerică:

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

Forțele gravitației universale acționează între orice corp din natură, dar ele devin tangibile la mase mari (sau dacă cel puțin masa unuia dintre corpuri este mare). Legea gravitației universale este valabilă numai pentru puncte materialeși bile (în acest caz, distanța dintre centrele bilelor este luată ca distanță).

Forța gravitației

Un tip special de forță gravitațională universală este forța de atracție a corpurilor către Pământ (sau către o altă planetă). Această forță se numește gravitatie. Sub acțiunea acestei forțe, toate corpurile capătă accelerație de cădere liberă.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton \(g = F_T /m \) , deci \(F_T = mg \) .

Dacă M este masa Pământului, R este raza acestuia, m este masa corpului dat, atunci forța gravitațională este egală cu

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

Forța gravitației este întotdeauna îndreptată spre centrul Pământului. În funcție de înălțimea \ (h \) deasupra suprafeței Pământului și de latitudinea geografică a poziției corpului, accelerația în cădere liberă capătă valori diferite. Pe suprafața Pământului și la latitudini medii, accelerația de cădere liberă este de 9,831 m/s 2 .

Greutate corporala

În tehnologie și viața de zi cu zi, conceptul de greutate corporală este utilizat pe scară largă.

Greutate corporala notată cu \(P \) . Unitatea de greutate este newton (N). Deoarece greutatea este egală cu forța cu care corpul acționează asupra suportului, atunci, în conformitate cu a treia lege a lui Newton, greutatea corpului este egală ca mărime cu forța de reacție a suportului. Prin urmare, pentru a afla greutatea corpului, este necesar să se determine cu ce este egală forța de reacție a suportului.

Se presupune că corpul este nemișcat față de suport sau suspensie.

Greutatea corporală și gravitația diferă în natură: greutatea corporală este o manifestare a acțiunii forțelor intermoleculare, iar gravitația are natură gravitațională.

Se numește starea unui corp în care greutatea sa este zero imponderabilitate. Starea de imponderabilitate se observă într-un avion sau o navă spațială atunci când se deplasează cu accelerația căderii libere, indiferent de direcția și valoarea vitezei de mișcare a acestora. În afara atmosferei terestre, când motoarele cu reacție sunt oprite, asupra navei spațiale acționează doar forța gravitației universale. Sub acțiunea acestei forțe, nava spațială și toate corpurile din ea se mișcă cu aceeași accelerație, astfel încât starea de imponderabilitate este observată în navă.

Javascript este dezactivat în browserul dvs.
Controalele ActiveX trebuie să fie activate pentru a face calcule!

Trăim pe Pământ, ne mișcăm de-a lungul suprafeței sale, ca de-a lungul marginii unei stânci stâncoase care se ridică deasupra unui abis fără fund. Suntem ținuți pe această margine a abisului doar de ceea ce ne afectează. gravitația pământului; nu cădem de pe suprafața pământului doar pentru că avem, după cum se spune, o anumită greutate. Am zbura instantaneu de pe această „stâncă” și am zbura rapid în abisul spațiului dacă forța de gravitație a planetei noastre ar înceta brusc să acționeze. Ne-am grăbi la nesfârșit în abisul spațiului lumii, neștiind nici sus, nici jos.

Locomoția pământului

A lui mișcarea pe pământși noi o datorăm gravitației. Mergem pe Pământ și învingem constant rezistența acestei forțe, simțindu-i acțiunea, ca o sarcină grea pe picioarele noastre. Această „încărcare” se face simțită mai ales atunci când urcăm pe un munte, când trebuie să-l tragi, ca niște greutăți grele care atârnă de picioarele tale. Ea afectează nu mai puțin brusc la coborârea muntelui, obligându-ne să ne grăbim pașii. Depășirea forței gravitației atunci când se deplasează pe Pământ. Aceste direcții – „sus” și „jos” – ne sunt indicate doar prin gravitație. În toate punctele de pe suprafața pământului, este îndreptat aproape spre centrul Pământului. Prin urmare, conceptele de „jos” și „sus” vor fi diametral opuse pentru așa-numitele antipozi, adică oamenii care trăiesc pe părți diametral opuse ale suprafeței Pământului. De exemplu, direcția care pentru cei care locuiesc la Moscova arată „în jos”, pentru locuitorii Țării de Foc arată „sus”. Direcțiile care arată „jos” pentru oamenii de la pol și de la ecuator formează un unghi drept; sunt perpendiculare între ele. În afara Pământului, atunci când se îndepărtează de acesta, forța gravitației scade, deoarece forța de atracție scade (forța de atracție a Pământului, ca și a oricărui alt corp mondial, se extinde la infinit în spațiu), iar forța centrifugă crește , care reduce forța gravitației. Prin urmare, cu cât ridicăm mai mult o sarcină, de exemplu, într-un balon, cu atât această sarcină va cântări mai puțin.

Forța centrifugă a Pământului

Datorita rotatiei diurne, forța centrifugă a pământului. Această forță acționează peste tot pe suprafața Pământului într-o direcție perpendiculară pe axa pământului și departe de aceasta. Forța centrifugă mic comparativ cu gravitatie. La ecuator, atinge cea mai mare valoare. Dar chiar și aici, conform calculelor lui Newton, forța centrifugă este doar 1/289 din forța de atracție. Cu cât este mai departe la nord de ecuator, cu atât forța centrifugă este mai mică. Chiar la pol este zero.
Acțiunea forței centrifuge a Pământului. La o oarecare înălțime forța centrifugă va crește atât de mult încât va fi egală cu forța de atracție, iar forța gravitațională va deveni mai întâi egală cu zero, iar apoi, odată cu creșterea distanței față de Pământ, va lua o valoare negativă și va crește continuu, fiind dirijată. în sens invers față de Pământ.

Forța gravitației

Se numește forța rezultantă de atracție a Pământului și forța centrifugă gravitatie. Forța gravitației în toate punctele de pe suprafața pământului ar fi aceeași dacă mingea noastră perfect precisă și regulată, dacă masa ei ar fi aceeași densitate peste tot și, în sfârșit, dacă nu ar exista o rotație zilnică în jurul axei. Dar, deoarece Pământul nostru nu este o minge obișnuită, nu constă în toate părțile sale din roci de aceeași densitate și se rotește tot timpul, atunci, prin urmare, gravitația în fiecare punct de pe suprafața pământului este ușor diferită. Prin urmare, în fiecare punct de pe suprafața pământului magnitudinea gravitației depinde de mărimea forței centrifuge, care reduce forța de atracție, de densitatea rocilor pământului și de distanța de la centrul pământului.. Cu cât această distanță este mai mare, cu atât gravitația este mai mică. Razele Pământului, care la un capăt, parcă se sprijină pe ecuatorul Pământului, sunt cele mai mari. Razele care au ca capăt punctul Polului Nord sau Sud sunt cele mai mici. Prin urmare, toate corpurile de la ecuator au mai puțină gravitație (greutate mai mică) decât la pol. Se știe că gravitația este mai mare la pol decât la ecuator cu 1/289. Această diferență de gravitație a acelorași corpuri la ecuator și la pol poate fi găsită cântărindu-le cu o balanță elastică. Dacă cântărim corpurile pe cântare cu greutăți, atunci nu vom observa această diferență. Balanta va prezenta aceeasi greutate atat la pol cat si la ecuator; greutățile, ca și corpurile care sunt cântărite, se vor schimba, desigur, în greutate.
Scale de arc ca o modalitate de a măsura gravitația la ecuator și la pol. Să presupunem că o navă cu marfă cântărește în regiunile polare, lângă pol, aproximativ 289 de mii de tone. La sosirea în porturile din apropierea ecuatorului, o navă cu marfă va cântări doar aproximativ 288.000 de tone. Astfel, la ecuator, nava a slăbit aproximativ o mie de tone. Toate corpurile sunt păstrate pe suprafața pământului doar datorită faptului că gravitația acționează asupra lor. Dimineața, coborând din pat, poți să-ți cobori picioarele pe podea doar pentru că această forță le trage în jos.

Gravitația în interiorul Pământului

Să vedem cum se schimbă gravitația în interiorul pământului. Pe măsură ce pătrundem mai adânc în Pământ, forța gravitației crește continuu până la o anumită adâncime. La o adâncime de aproximativ o mie de kilometri, gravitația va avea o valoare maximă (cea mai mare) și va crește față de valoarea sa medie pe suprafața pământului (9,81 m/s) cu aproximativ cinci procente. Odată cu adâncirea în continuare, forța gravitației va scădea continuu și în centrul Pământului va fi egală cu zero.

Ipoteze privind rotația Pământului

Al nostru pământul care se învârte face viraj completîn jurul axei sale în 24 de ore. Se știe că forța centrifugă crește proporțional cu pătratul vitezei unghiulare. Prin urmare, dacă Pământul își accelerează rotația în jurul axei sale de 17 ori, atunci forța centrifugă va crește de 17 ori la pătrat, adică de 289 de ori. În condiții normale, așa cum sa menționat mai sus, forța centrifugă la ecuator este 1/289 din forța gravitației. Cu o crestere De 17 ori forța de atracție și forța centrifugă sunt egale. Forța gravitației - rezultanta acestor două forțe - cu o astfel de creștere a vitezei de rotație axială a Pământului va fi egală cu zero.
Valoarea forței centrifuge în timpul rotației Pământului. Această viteză de rotație a Pământului în jurul axei sale se numește critică, deoarece la o astfel de viteză de rotație a planetei noastre toate corpurile de la ecuator și-ar pierde din greutate. Durata zilei în acest caz critic va fi de aproximativ 1 oră și 25 de minute. Odată cu o accelerare suplimentară a rotației Pământului, toate corpurile (în primul rând la ecuator) își vor pierde mai întâi greutatea, apoi vor fi aruncate în spațiu de forța centrifugă, iar Pământul însuși va fi sfâșiat de aceeași forță. Concluzia noastră ar fi corectă dacă Pământul ar fi un corp absolut solid și, la accelerarea mișcării sale de rotație, nu și-ar schimba forma, cu alte cuvinte, dacă raza ecuatorului pământului și-ar păstra valoarea. Dar se știe că odată cu accelerarea rotației Pământului, suprafața acestuia va trebui să sufere o oarecare deformare: va începe să se micșoreze în direcția polilor și să se extindă în direcția ecuatorului; va capata un aspect din ce in ce mai turtit. Lungimea razei ecuatorului pământului va începe apoi să crească și, prin urmare, va crește forța centrifugă. Astfel, corpurile de la ecuator își vor pierde gravitația înainte ca viteza de rotație a Pământului să crească de 17 ori, iar catastrofa cu Pământul va veni înainte ca ziua să-și reducă durata la 1 oră și 25 de minute. Cu alte cuvinte, viteza critică de rotație a Pământului va fi ceva mai mică, iar durata maximă a zilei va fi ceva mai lungă. Imaginează-ți mental că viteza de rotație a Pământului, din motive necunoscute, se va apropia de cea critică. Ce se va întâmpla atunci cu locuitorii pământului? În primul rând, peste tot pe Pământ o zi va fi, de exemplu, aproximativ două sau trei ore. Ziua și noaptea se vor schimba caleidoscopic rapid. Soarele, ca într-un planetariu, se va mișca foarte repede pe cer și, de îndată ce te vei trezi și te speli, va dispărea deja în spatele orizontului, iar noaptea va veni să-l înlocuiască. Oamenii nu vor mai naviga cu precizie în timp. Nimeni nu va ști ce zi a lunii este și ce zi a săptămânii este. Viața umană normală va fi dezorganizată. Ceasurile cu pendul vor încetini și apoi se vor opri peste tot. Ei merg pentru că gravitația acționează asupra lor. La urma urmei, în viața noastră de zi cu zi, când „mergătorii” încep să rămână în urmă sau să se grăbească, este necesar să-și scurteze sau să prelungească pendulul sau chiar să atârne o greutate suplimentară pe pendul. Corpurile de la ecuator își vor pierde în greutate. În aceste condiții imaginare va fi ușor să ridicați corpuri foarte grele. Nu va fi dificil să purtați un cal, un elefant sau chiar să ridicați o casă întreagă. Păsările își vor pierde capacitatea de a ateriza. Iată un stol de vrăbii care se învârt peste un jgheab cu apă. Ciripesc tare, dar nu pot coborî. O mână de cereale aruncate de el ar atârna deasupra Pământului în boabe separate. Să mai departe, viteza de rotație a Pământului se apropie din ce în ce mai mult de cea critică. Planeta noastră este puternic deformată și capătă un aspect din ce în ce mai aplatizat. Este asemănat cu un carusel care se rotește rapid și amenință să-și arunce locuitorii. Râurile se vor opri atunci din curgere. Vor fi mlaștini lungi stagnante. Uriașe nave oceanice abia vor atinge suprafața apei cu fundul lor, submarinele nu se vor putea scufunda în adâncurile mării, peștii și animalele marine vor înota la suprafața mărilor și oceanelor, nu se vor mai putea ascunde. în adâncurile mării. Marinarii nu vor mai putea ancora, nu vor mai deține cârmele navelor lor, navele mari și mici vor sta nemișcate. Iată o altă imagine imaginară. Trenul de călători sta în gară. Fluierul a fost deja suflat; trenul trebuie să plece. Șoferul a luat toate măsurile necesare. Furnizorul aruncă cu generozitate cărbune în cuptor. Din hornul unei locomotive cu abur zboară scântei mari. Roțile se întorc cu disperare. Dar locomotiva stă nemișcată. Roțile sale nu ating șinele și nu există frecare între ele. Va veni momentul în care oamenii nu vor putea coborî la podea; se vor lipi ca muștele de tavan. Lăsați viteza de rotație a Pământului să crească în continuare. Forța centrifugă este din ce în ce mai superioară ca mărime forței de atracție... Atunci oamenii, animalele, obiectele de uz casnic, casele, toate obiectele de pe Pământ, întreaga sa lume animală vor fi aruncate în spațiul mondial. Continentul australian se va separa de Pământ și va atârna în spațiu ca un nor negru colosal. Africa va zbura în adâncurile abisului tăcut, departe de Pământ. Apele Oceanului Indian se vor transforma într-un număr imens de picături sferice și, de asemenea, vor zbura pe distanțe nemărginite. Marea Mediterană, neavând încă timp să se transforme în acumulări uriașe de picături, se va despărți de fund cu toată grosimea sa de apă, de-a lungul căreia se va putea trece liber de la Napoli la Alger. În cele din urmă, viteza de rotație va crește atât de mult, forța centrifugă va crește atât de mult încât întregul Pământ va fi sfâșiat. Cu toate acestea, nici acest lucru nu se poate întâmpla. Viteza de rotație a Pământului, așa cum am spus mai sus, nu crește, ci, dimpotrivă, chiar scade puțin - totuși, este atât de mică încât, după cum știm deja, în 50 de mii de ani durata zilei crește. cu doar o secundă. Cu alte cuvinte, Pământul se rotește acum cu o viteză necesară pentru ca flora și fauna planetei noastre să înflorească sub razele calorice și dătătoare de viață ale Soarelui timp de multe milenii.

Valoarea de frecare

Să vedem acum ce frecarea conteazași ce s-ar întâmpla dacă nu ar fi acolo. Se știe că frecarea are un efect dăunător asupra hainelor noastre: paltoanele uzează mai întâi mânecile, iar cizmele tălpile, deoarece mânecile și tălpile sunt cele mai supuse frecării. Dar imaginați-vă pentru o clipă că suprafața planetei noastre a fost, parcă, bine lustruită, perfect netedă și posibilitatea frecării ar fi exclusă. Am putea merge pe o asemenea suprafață? Desigur că nu. Toată lumea știe că chiar și pe gheață și pe podea frecat este foarte greu să mergi și trebuie să ai grijă să nu cazi. Dar suprafața gheții și podeaua frecat are încă o oarecare frecare.
Forța de frecare pe gheață. Dacă forța de frecare ar dispărea pe suprafața Pământului, atunci haosul de nedescris ar domni pentru totdeauna pe planeta noastră. Dacă nu există frecare, marea se va furi pentru totdeauna și furtuna nu se va potoli niciodată. Tornadele de nisip nu vor înceta să atârne peste Pământ, iar vântul va sufla constant. Sunetele melodice ale pianului, viorii și vuietul teribil al animalelor prădătoare se vor amesteca și se vor răspândi la nesfârșit în aer. În absența frecării, un corp în mișcare nu s-ar opri niciodată. Pe o suprafață a pământului absolut netedă, diverse corpuri și obiecte ar fi mereu amestecate într-o mare varietate de direcții. Ridicul și tragic ar fi lumea Pământului, dacă nu ar exista frecare și atracție a Pământului.

Fiecare persoană din viața sa a întâlnit acest concept de mai multe ori, deoarece gravitația este baza nu numai a fizicii moderne, ci și a unui număr de alte științe conexe.

Mulți oameni de știință au studiat atracția corpurilor din cele mai vechi timpuri, dar principala descoperire este atribuită lui Newton și este descrisă ca o poveste cunoscută de toată lumea cu un fruct care i-a căzut pe cap.

Ce este gravitația în cuvinte simple

Gravitația este atracția dintre mai multe obiecte din univers. Natura fenomenului este diferită, deoarece este determinată de masa fiecăruia dintre ele și de lungimea dintre, adică de distanță.

Teoria lui Newton s-a bazat pe faptul că atât fructul care căde, cât și satelitul planetei noastre sunt afectați de aceeași forță - atracția către Pământ. Și satelitul nu a căzut pe spațiul pământesc tocmai din cauza masei și distanței sale.

Câmp gravitațional

Câmpul gravitațional este un spațiu în care corpurile interacționează conform legilor atracției.

Teoria relativității a lui Einstein descrie câmpul ca o anumită proprietate a timpului și spațiului care se manifestă în mod caracteristic atunci când apar obiectele fizice.

undă gravitațională

Acesta este un anumit tip de schimbare a câmpurilor care se formează ca urmare a radiațiilor de la obiectele în mișcare. Se desprind de subiect și se propagă într-un efect de undă.

Teorii ale gravitației

Teoria clasică este newtoniană. Cu toate acestea, nu a fost perfect și au apărut ulterior opțiuni alternative.

Acestea includ:

• teorii metrice;
• nemetric;
• vector;
• Le Sage, care a descris primul fazele;
• gravitația cuantică.

Astăzi, există câteva zeci de teorii diferite, toate fie se completează reciproc, fie iau în considerare fenomene din cealaltă parte.

Nu valoreaza nimic: nu există încă o soluție perfectă, dar evoluțiile în curs deschid mai multe răspunsuri în ceea ce privește atracția corpurilor.

Forța de atracție gravitațională

Calculul de bază este următorul - forța gravitației este proporțională cu înmulțirea masei corporale cu alta, între care se determină. Această formulă se exprimă și astfel: forța este invers proporțională cu distanța dintre obiecte la pătrat.

Câmpul gravitațional este potențial, ceea ce înseamnă că este conservat energie kinetică. Acest fapt simplifică rezolvarea problemelor în care se măsoară forța de atracție.

Gravitația în spațiu

În ciuda amăgirii multora, există gravitație în spațiu. Este mai jos decât pe Pământ, dar încă prezent.

Cât despre astronauți, care la prima vedere zboară, aceștia sunt de fapt într-o stare de cădere lentă. Vizual, se pare că nu sunt atrași de nimic, dar în practică experimentează gravitația.

Puterea atracției depinde de distanță, dar oricât de mare este distanța dintre obiecte, acestea vor continua să se întindă unul spre celălalt. Atracția reciprocă nu va fi niciodată egală cu zero.

Gravitația în sistemul solar

În sistemul solar, nu numai Pământul are gravitație. Planetele, ca și Soarele, atrag obiecte spre ele.

Deoarece forța este determinată de masa obiectului, Soarele are cea mai mare valoare. De exemplu, dacă planeta noastră are un indicator egal cu unu, atunci indicatorul unui luminar va fi aproape douăzeci și opt.

Următorul, după Soare, în gravitație este Jupiter, deci forța sa de atracție este de trei ori mai mare decât cea a Pământului. Pluto are cel mai mic parametru.

Pentru claritate, să o notăm astfel, în teorie, pe Soare, o persoană medie ar cântări aproximativ două tone, dar pe cea mai mică planetă din sistemul nostru - doar patru kilograme.

Ceea ce determină gravitația planetei

Atragerea gravitațională, așa cum am menționat deja mai sus, este puterea cu care planeta trage spre sine obiectele aflate pe suprafața sa.

Forța de atracție depinde de gravitația obiectului, de planeta însăși și de distanța dintre ele. Dacă sunt mulți kilometri, gravitația este scăzută, dar încă menține obiectele conectate.

Câteva aspecte importante și fascinante legate de gravitație și proprietățile sale care merită explicate unui copil:

1. Fenomenul atrage totul, dar nu respinge niciodată - acest lucru îl deosebește de alte fenomene fizice.
2. Nu există indicator zero. Este imposibil de simulat o situație în care presiunea nu acționează, adică gravitația nu funcționează.
3. Pământul cade cu o viteză medie de 11,2 kilometri pe secundă, atingând această viteză, poți părăsi bine atracția planetei.
4. Faptul existenței undelor gravitaționale nu a fost dovedit științific, aceasta este doar o presupunere. Dacă vor deveni vreodată vizibile, atunci multe mistere ale cosmosului legate de interacțiunea corpurilor vor fi dezvăluite omenirii.

Conform teoriei relativității de bază a unui om de știință precum Einstein, gravitația este o curbură a parametrilor de bază ai existenței lumii materiale, care stă la baza universului.

Gravitația este atracția reciprocă a două obiecte. Forța de interacțiune depinde de gravitația corpurilor și de distanța dintre ele. Până acum, nu au fost dezvăluite toate secretele fenomenului, dar astăzi există câteva zeci de teorii care descriu conceptul și proprietățile sale.

Complexitatea obiectelor studiate afectează timpul studiului. În cele mai multe cazuri, dependența de masă și distanță este pur și simplu luată.

Gravitația este „curbura” spațiului. Cu cât masa este mai mare, cu atât este mai mare „curbura” spațiului și, în consecință, obiectele mai ușoare „se rostogolesc” în această „curbură”. Toate obiectele care se învârt în jurul Soarelui sunt ținute pe orbitele lor de gravitație. Dar nu numai că îndeplinește funcțiile unui fel de legătură, ci a devenit și forța care a creat aceste obiecte. Forța gravitațională nu permite planetelor să aleagă calea pe care o aleasă, făcând bucla pe orbite. Dar dependența de această forță scade exponențial - la o distanță de două ori, impactul este slăbit cu un factor de patru, iar o triplare a distanței slăbește forța cu un factor de nouă.

Newton a asociat direct gravitația cu gravitația. O forță gravitațională este aplicată corpului, a cărei sursă este un alt corp (sau corpuri), iar câmpul gravitațional, ca atare, pur și simplu nu există. Deoarece gravitația se referă la interacțiunea directă a corpurilor, aceasta este determinată de legea gravitației universale. Câmpului gravitațional i se dă un caracter condiționat, necesar doar pentru calcule. Pentru condiții terestre, acest lucru este destul de acceptabil.

Gravitația de la Einstein

Influența gravitațională a fost descrisă de Aristotel. El credea că viteza de cădere a unui obiect depinde de masa acestuia. Dar numai Galileo a putut înțelege că orice corp are o valoare egală a accelerației. Și Einstein a dezvoltat această afirmație în teoria sa a relativității, descriind gravitația cu conceptul de geometrie spațiu-timp.

În reprezentarea clasică, forța interacțiunii gravitaționale a două puncte are forma dependenței masei acestor puncte de distanța la pătrat dintre ele. Cu cât corpul este mai mare, cu atât câmpul gravitațional pe care îl poate crea este mai mare.

Deși gravitația - interacțiunea este foarte slabă, dar acțiunea sa se extinde la orice distanță.

Atracția gravitațională este universală prin natura impactului asupra materiei, nu există obiecte care să nu o aibă. Einstein a postulat că efectele gravitaționale sunt cauzate nu de efectele de forță ale unui corp sau câmp situat în spațiu-timp, ci de schimbările în spațiu-timp în sine. Toate acestea se datorează prezenței masei-energie. Conform teoriei lui Einstein, masa și energia sunt un singur parametru al corpurilor. Ele sunt conectate prin formula binecunoscută: E = m s² Două corpuri masive, care interacționează între ele, vor îndoi spațiul. Dar de ce apare această curbură, Einstein nu a putut da un răspuns. Gravitația, datorită naturii sale globale, este responsabilă pentru fenomene la scară largă. Acestea sunt structuri, un univers în expansiune. Dar și faptele simple ale astronomiei, orbitele planetare, Gravitația terestră, căderea corpurilor, sunt și ele dependente de gravitație.

Mecanica cerească

Această parte a mecanicii studiază mișcarea corpurilor situate în spațiul gol, care sunt afectate doar de gravitație. Cea mai simplă sarcină a secțiunii este de a fundamenta influența gravitațională a două corpuri, punctuale sau sferice, în spațiul gol. Dacă există mai multe corpuri care interacționează între ele, sarcina devine mai complicată. Soluția numerică duce la instabilitatea soluțiilor din condițiile inițiale. Adică, aplicând-o sistemului nostru planetar, nu vom putea prezice mișcări planetare pentru perioade care depășesc o sută de milioane de ani. Nu este încă posibil să descriem comportamentul pe termen lung al unui sistem format din multe corpuri de atragere cu mase similare. Acest lucru este împiedicat de conceptul: haos dinamic.

Valuri gravitationale

Undele gravitaționale sunt modificări ale câmpului gravitațional care se propagă ca undele. Sunt radiați de mase în mișcare, dar după radiație se desprind de ele și există independent de aceste mase. Este legat din punct de vedere matematic de perturbarea metricii spațiu-timp și poate fi descris ca „unduri spațiu-timp”. Undele gravitaționale sunt prezise de teoria generală a relativității. Ele au fost detectate pentru prima dată direct în septembrie 2015 de către două detectoare gemene de la observatorul LIGO, care au înregistrat unde gravitaționale, probabil ca urmare a fuziunii a două găuri negre și a formării uneia mai masive găuri negre rotative.

graviton

Deoarece interacțiunea gravitațională este prezentă, ea trebuie cumva să fie transferată. În anii 1930, gravitonul a devenit un candidat pentru transportatori. Această particulă este încă ipotetică, dar ar trebui să aibă un spin de 2 și două direcții posibile de polarizare. Unii fizicieni resping cu încăpățânare existența acestei particule. Ei sugerează: dacă există gravitoni, atunci ar trebui să fie emiși de găurile negre, iar acest lucru contrazice relativitatea generală. Dar încercările de a extinde modelul standard cu astfel de particule sunt pline de dificultăți reale în regiunea cu energie înaltă. Unele dintre teoriile gravitației cuantice în curs de dezvoltare se bazează pe soluția acestei probleme. În funcție de pozițiile lor, gravitonii sunt starea șirurilor și în niciun caz particule punctiforme. Dar energiile lor scăzute sunt încă clasificate ca particule punctiforme. Până acum, gravitonii nu au fost descoperiți, deoarece influențele lor gravitaționale sunt neobișnuit de slabe.

gravitația cuantică

O teorie cuantică universală care să explice însuși conceptul de gravitație nu a fost încă dezvoltată. Pentru a reprezenta interacțiunea gravitațională, ar fi plauzibil să se propună un schimb graviton în care gravitonii acționează ca bosoni gauge cu spin 2. Dar o astfel de teorie nu este considerată satisfăcătoare. În prezent, există mai multe abordări care permit cuantificarea gravitației. Aceste abordări sunt considerate destul de promițătoare.

• Teoria corzilor.Înlocuiește particulele de fundal spațiu-timp cu și brane (similar cu șirurile). Pentru a rezolva probleme multidimensionale, branele sunt văzute ca particule deja multidimensionale, dar în același timp sunt structuri de spațiu-timp. Gravitonii devin aici starea șirurilor, nu particule individuale. Deși energiile lor scăzute sunt incluse printre ele.
• Gravitație cuantică în buclă. Aici timpul și spațiul sunt părți discrete. Ele nu sunt legate de fundalul spațiu-timp, fiind celule spațiale cuantice. Ele sunt interconectate în așa fel încât la scară mică de timp apar ca o structură discretă a spațiului. Când scara este mărită, piesele devin fără probleme spațiu-timp continuu. Gravitația în buclă este capabilă să descrie esența Big Bang-ului, precum și să facă lumină asupra pragului său. Îți permite chiar să faci fără implicare.

Câmpuri gravitaționale puternice

În câmpuri gravitaționale foarte puternice, pot exista manifestări ale unor efecte GR:

• legea gravitaţiei se abate de la Newtonian
• apar undele gravitaţionale
• există efecte neliniare
• spațiu-timp vizibil își schimbă geometria
• este posibilă apariția singularităților și nașterea găurilor negre.

Dar astfel de manifestări pot avea loc numai dacă gravitația are o forță infinit de mare. Până acum, cele mai dense obiecte din Univers care au fost detectate sunt.Într-una dintre numeroasele teorii, câmpul gravitațional este considerat ca bază pentru orice câmp - magnetic, electric, gluon. În acest caz, gravitonii devin elementele de bază ale materiei. Ei bine, o gaură neagră este una gravitonică, unde absolut toate particulele elementare, cu excepția gravitonilor, sunt distruse de gravitație. Și există o singură proprietate - gravitația.

Colapsul gravitațional

Când un corp masiv, care experimentează forțe gravitaționale, se micșorează catastrofal rapid, se prăbușește. Deci viața unei stele cu o masă mai mare de trei mase solare se poate termina. Când stelele rămân fără combustibil pentru a continua procesul termonuclear, stabilitatea lor mecanică este ruptă și are loc o comprimare rapidă, cu accelerare, spre partea centrală. Dacă presiunea din interiorul stelei, care este în continuă creștere, poate opri compresia, atunci partea centrală a stelei se va transforma într-o stea neutronică. În acest caz, coaja este aruncată și o supernova explodă. Dar când steaua depășește masa determinată de limita Oppenheimer-Volkov, prăbușirea se va încheia cu transformarea sa într-o gaură neagră. Sens limită dată nu a fost încă stabilit definitiv.

Unele paradoxuri

1. Un satelit care se rotește în jurul Pământului, în raport cu planeta, este lipsit de greutate. Și tot ceea ce este în el este, de asemenea, fără greutate. , relativ, este din nou imponderabil, dar corpurile de pe suprafața sa au deja greutate. Același lucru este valabil și cu Pământul. Este relativ lipsit de greutate, dar simțim greutate pe el. Soarele este, de asemenea, lipsit de greutate în raport cu miezul galactic. Și așa - la infinit.
2. În stele, în procesul reacțiilor termonucleare, se creează o presiune enormă. Dar este reținut de forțele gravitaționale. Adică existența unei stele este posibilă deoarece există un echilibru dinamic: temperatură-presiune - forțe gravitaționale.
3. Într-o gaură neagră, toate procesele se opresc, cu excepția unuia - gravitația. Nimic nu o poate înghiți sau distorsiona.