ما هي قوة الجاذبية التفاعل. قوة الجاذبية

على السؤال "ما هي القوة؟" تجيب الفيزياء على النحو التالي: "القوة هي مقياس لتفاعل الأجسام المادية مع بعضها البعض أو بين الأجسام وغيرها الأشياء المادية - المجالات المادية". يمكن تصنيف جميع القوى في الطبيعة إلى أربعة الأنواع الأساسيةالتفاعلات: قوية ، ضعيفة ، كهرومغناطيسية وجاذبية. تتحدث مقالتنا عن ماهية قوى الجاذبية - مقياس لآخر وربما أكثر أنواع هذه التفاعلات انتشارًا في الطبيعة.

لنبدأ بجاذبية الأرض

يعرف كل من يعيش أن هناك قوة تسحب الأشياء إلى الأرض. يشار إليه عادة بالجاذبية أو قوة الجاذبية أو جاذبية. بفضل وجوده ، يمتلك الشخص مفهومي "أعلى" و "لأسفل" ، والتي تحدد اتجاه الحركة أو موقع شيء ما بالنسبة إلى سطح الأرض. لذلك في حالة معينة ، على سطح الأرض أو بالقرب منها ، تظهر قوى الجاذبية نفسها ، والتي تجذب الأجسام ذات الكتلة لبعضها البعض ، وتظهر تأثيرها في أي مسافات ، سواء كانت صغيرة أو كبيرة جدًا ، حتى بالمعايير الكونية.

الجاذبية وقانون نيوتن الثالث

كما تعلم ، فإن أي قوة ، إذا تم اعتبارها مقياسًا لتفاعل الأجسام المادية ، يتم تطبيقها دائمًا على أحدها. لذلك في التفاعل الثقالي للأجسام مع بعضها البعض ، كل واحد منهم يواجه مثل هذه الأنواع من قوى الجاذبية التي تسببها تأثير كل منها. إذا كان هناك جسمان فقط (يُفترض أنه يمكن إهمال عمل كل الآخرين) ، فكل منهما ، وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، سوف يجذب جسمًا آخر بنفس القوة. وهكذا ، يجذب القمر والأرض بعضهما البعض ، مما يؤدي إلى مد وتدفق بحار الأرض.

كل كوكب في النظام الشمسييواجه العديد من قوى الجذب من الشمس والكواكب الأخرى في وقت واحد. بالطبع ، إنه يحدد شكل وحجم مداره بدقة قوة الجاذبيةالشمس ، ولكن أيضا تأثير البقية الأجرام السماويةيأخذ علماء الفلك في الاعتبار مساراتهم في حساباتهم.

ما الذي سيسقط على الأرض أسرع من ارتفاع؟

السمة الرئيسية لهذه القوة هي أن جميع الأجسام تسقط على الأرض بنفس السرعة ، بغض النظر عن كتلتها. ذات مرة ، حتى القرن السادس عشر ، كان يُعتقد أن العكس هو الصحيح - يجب أن تسقط الأجسام الثقيلة أسرع من الأجسام الخفيفة. لتبديد هذا المفهوم الخاطئ ، كان على جاليليو جاليلي أن يقوم بتجربته الشهيرة المتمثلة في إسقاط قذيفتي مدفع بأوزان مختلفة في نفس الوقت من برج بيزا المائل. على عكس توقعات شهود التجربة ، وصلت النواتان إلى السطح في نفس الوقت. اليوم ، يعرف كل تلميذ أن هذا حدث بسبب حقيقة ذلك جاذبيةيضفي على أي جسم نفس تسارع الجاذبية g = 9.81 m / s 2 ، بغض النظر عن الكتلة m لهذا الجسم ، وقيمته ، وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، هي F = mg.

قوى الجاذبية على القمر والكواكب الأخرى معان مختلفةهذا التسارع. ومع ذلك ، فإن طبيعة عمل الجاذبية عليهم هي نفسها.

الجاذبية ووزن الجسم

إذا تم تطبيق القوة الأولى مباشرة على الجسم نفسه ، فإن القوة الثانية على دعمها أو تعليقها. في هذه الحالة ، تعمل القوى المرنة دائمًا على الأجسام من جانب الدعامات والمعلقات. قوى الجاذبية المطبقة على نفس الأجسام تعمل تجاههم.

تخيل وزن معلق فوق الأرض في نبع. يتم تطبيق قوتين عليه: القوة المرنة لنابض ممتد وقوة الجاذبية. وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، يعمل الحمل على الزنبرك بقوة مساوية لقوة المرونة ومعاكسة لها. هذه القوة ستكون وزنها. بالنسبة لحمولة تزن 1 كجم ، يكون الوزن P \ u003d 1 كجم ∙ 9.81 م / ث 2 \ u003d 9.81 نيوتن (نيوتن).

قوى الجاذبية: التعريف

أول نظرية كمية للجاذبية ، مبنية على ملاحظات حركة الكواكب ، صاغها إسحاق نيوتن في عام 1687 في كتابه الشهير مبادئ الفلسفة الطبيعية. كتب أن القوى الجذابة التي تعمل على الشمس والكواكب تعتمد على كمية المادة التي تحتويها. تنطبق على مسافات طويلةوتقل دائمًا كمقلوب لمربع المسافة. كيف يمكن حساب قوى الجاذبية هذه؟ صيغة القوة F بين جسمين كتلتهما m 1 و m 2 تقعان على مسافة r هي:

• F \ u003d جم 1 م 2 / ص 2 ،
  حيث G هو ثابت التناسب ، ثابت الجاذبية.

الآلية الفيزيائية للجاذبية

لم يكن نيوتن راضيًا تمامًا عن نظريته ، لأنها تضمنت التفاعل بين الأجسام الجاذبة عن بعد. كان الإنجليزي العظيم نفسه مقتنعًا بأنه يجب أن يكون هناك عامل مادي مسؤول عن نقل عمل جسد إلى آخر ، وهو ما تحدث عنه بوضوح تام في إحدى رسائله. لكن الوقت الذي تم فيه تقديم مفهوم مجال الجاذبية ، والذي يتخلل كل الفضاء ، جاء بعد أربعة قرون فقط. اليوم ، بالحديث عن الجاذبية ، يمكننا التحدث عن تفاعل أي جسم (كوني) مع مجال الجاذبية للأجسام الأخرى ، والذي يكون قياسه هو قوى الجاذبية الناشئة بين كل زوج من الأجسام. يظل قانون الجاذبية الكونية ، الذي صاغه نيوتن في الشكل أعلاه ، صحيحًا وتؤكده العديد من الحقائق.

نظرية الجاذبية وعلم الفلك

لقد تم تطبيقه بنجاح كبير في حل المشكلات ميكانيكا سماويةخلال 18 و التاسع عشر في وقت مبكرقرن. على سبيل المثال ، اقترح عالما الرياضيات D. أشاروا إلى موقعه المفترض ، وسرعان ما اكتشف عالم الفلك آي جالي نبتون هناك.

كانت هناك مشكلة واحدة على الرغم من. حسب لو فيرييه في عام 1845 أن مدار عطارد سبقه 35 "" لكل قرن ، على عكس القيمة الصفرية لهذه المبادرة التي تم الحصول عليها من نظرية نيوتن. أعطت القياسات اللاحقة المزيد القيمة الدقيقة 43 "". (المقدار المرصود هو في الواقع 570 "" / قرن ، ولكن الحساب المضني لطرح التأثير من جميع الكواكب الأخرى ينتج عنه قيمة 43 "".)

لم يكن ألبرت أينشتاين قادرًا حتى عام 1915 على تفسير هذا التناقض من حيث نظريته في الجاذبية. اتضح أن الشمس الضخمة ، مثل أي جسم ضخم آخر ، تنحني الزمكان في جوارها. تسبب هذه التأثيرات انحرافات في مدارات الكواكب ، لكن عطارد ، باعتباره الكوكب الأصغر والأقرب إلى نجمنا ، يظهرون بقوة أكبر.

الكتل بالقصور الذاتي والجاذبية

كما لوحظ أعلاه ، كان جاليليو أول من لاحظ سقوط الأجسام على الأرض بنفس السرعة ، بغض النظر عن كتلتها. في معادلات نيوتن ، يأتي مفهوم الكتلة من اثنين معادلات مختلفة. ينص قانونه الثاني على أن القوة F المطبقة على جسم كتلته m تعطي تسارعًا وفقًا للمعادلة F = ma.

ومع ذلك ، فإن قوة الجاذبية F المطبقة على الجسم تفي بالصيغة F = mg ، حيث تعتمد g على جسم آخر يتفاعل مع الجسم المعني (من الأرض ، عادةً عندما نتحدث عن الجاذبية). في كلتا المعادلتين ، m عامل تناسب ، لكن في الحالة الأولى تكون كتلة قصور ذاتية ، وفي الحالة الثانية هي جاذبية ، ولا يوجد سبب واضحأنه يجب أن تكون هي نفسها لأي كائن مادي.

ومع ذلك ، تظهر جميع التجارب أن هذا هو الحال بالفعل.

نظرية الجاذبية لأينشتاين

لقد أخذ حقيقة المساواة بين كتل القصور الذاتي والجاذبية كنقطة انطلاق لنظريته. تمكن من بناء معادلات مجال الجاذبية ، معادلات مشهورةأينشتاين واستخدامها في الحساب القيمة الصحيحةلدوران مدار عطارد. كما أنها تعطي قيمة مُقاسة لانحراف أشعة الضوء التي تمر بالقرب من الشمس ، ولا شك في أن النتائج الصحيحة للجاذبية العيانية تتبعها. تعتبر نظرية الجاذبية لأينشتاين ، أو النسبية العامة (GR) كما أسماها ، واحدة من أعظم الانتصارات العلم الحديث.

قوى الجاذبية هي التسارع؟

إذا كنت لا تستطيع التمييز بين كتلة القصور الذاتي وكتلة الجاذبية ، فلا يمكنك التمييز بين الجاذبية والتسارع. يمكن بدلاً من ذلك إجراء تجربة في مجال الجاذبية في مصعد سريع الحركة في غياب الجاذبية. عندما يتسارع رائد فضاء في صاروخ مبتعدًا عن الأرض ، فإنه يواجه قوة جاذبية أكبر بعدة مرات من قوة الأرض ، وتأتي الغالبية العظمى منها من التسارع.

إذا لم يتمكن أحد من التمييز بين الجاذبية والتسارع ، فيمكن دائمًا إعادة إنتاج الأول بالتسارع. يسمى النظام الذي يحل فيه التسارع محل الجاذبية بالقصور الذاتي. لذلك ، يمكن أيضًا اعتبار القمر في مدار قريب من الأرض كنظام بالقصور الذاتي. ومع ذلك ، سيختلف هذا النظام من نقطة إلى أخرى مع تغير مجال الجاذبية. (في مثال القمر ، يغير مجال الجاذبية الاتجاه من نقطة إلى أخرى.) يُطلق على المبدأ القائل بأنه يمكن للمرء دائمًا أن يجد إطارًا بالقصور الذاتي في أي نقطة في المكان والزمان حيث تخضع الفيزياء للقوانين في حالة عدم وجود الجاذبية. التكافؤ.

الجاذبية كمظهر من مظاهر الخصائص الهندسية للزمكان

حقيقة أنه يمكن النظر إلى قوى الجاذبية على أنها تسارع في أنظمة بالقصور الذاتيآه الإحداثيات ، والتي تختلف من نقطة إلى نقطة ، تعني أن الجاذبية مفهوم هندسي.

نقول أن الزمكان منحني. ضع في اعتبارك الكرة سطح مستو. سوف يرتاح أو يتحرك بشكل موحد إذا لم يكن هناك احتكاك في حالة عدم وجود أي قوى تعمل عليه. إذا كان السطح منحنيًا ، فسوف تتسارع الكرة وتتحرك إلى أدنى نقطة باختيارها أقصر طريق. وبالمثل ، تنص نظرية أينشتاين على أن الزمكان رباعي الأبعاد منحني ، ويتحرك الجسم في هذا الفضاء المنحني على طول الخط الجيوديسي، والذي يتوافق مع أقصر طريق. لذلك ، مجال الجاذبية والقوى المؤثرة فيه أجساد ماديةقوى الجاذبية هي كميات هندسية تعتمد على خصائص الزمكان ، والتي تتغير بشدة بالقرب من الأجسام الضخمة.

6.7 الطاقة الكامنة لجاذبية الجاذبية.

كل الأجسام ذات الكتلة تنجذب لبعضها البعض بقوة تطيع القانون جاذبيةأنا نيوتن. لذلك ، تمتلك الأجسام الجاذبة طاقة تفاعلية.

سوف نظهر أن عمل قوى الجاذبية لا يعتمد على شكل المسار ، أي أن قوى الجاذبية هي أيضًا محتملة. للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك حركة جسم صغير ذي كتلة مالتفاعل مع الآخر جسم ضخمالجماهير م، والتي سنفترض أنها ثابتة (الشكل 90). على النحو التالي من قانون نيوتن ، يتم توجيه القوة \ (~ \ vec F \) التي تعمل بين الأجسام على طول الخط الذي يربط بين هذه الأجسام. لذلك عندما يتحرك الجسم معلى طول قوس دائرة متمركزة عند النقطة التي يوجد فيها الجسم م، عمل قوة الجاذبية هو صفر ، لأن متجهات القوة والإزاحة تظل متعامدة بشكل متبادل طوال الوقت. عند التحرك على طول مقطع موجه إلى مركز الجسم م، نواقل الإزاحة والقوة متوازية ، لذلك ، في هذه الحالة ، عندما تقترب الأجسام من بعضها البعض ، يكون عمل قوة الجاذبية موجبًا ، وعندما تتحرك الأجسام بعيدًا ، يكون سالبًا. علاوة على ذلك ، نلاحظ أنه أثناء الحركة الشعاعية ، يعتمد عمل القوة الجذابة فقط على المسافات الأولية والنهائية بين الأجسام. لذلك عند التحرك على طول المقاطع (انظر الشكل 91) DEو د 1 ه 1 الأعمال الكاملة متساوية ، لأن قوانين تغيير القوى من مسافة على كلا الجزأين هي نفسها. أخيرًا ، مسار الجسم التعسفي ميمكن تقسيمها إلى مجموعة من المقاطع القوسية والشعاعية (على سبيل المثال ، خط متقطع ABCDE). عند التحرك على طول الأقواس ، يكون العمل مساويًا للصفر ، وعند التحرك على طول المقاطع الشعاعية ، لا يعتمد العمل على موضع هذا المقطع - وبالتالي ، فإن عمل قوة الجاذبية يعتمد فقط على المسافات الأولية والنهائية بين الأجسام ، الذي كان مطلوبًا لإثباته.

لاحظ أنه في إثبات الإمكانية ، استخدمنا فقط حقيقة أن قوى الجاذبية مركزية ، أي أنها موجهة على طول الخط المستقيم الذي يربط الأجسام ، ولم نذكر شكل ملموسالقوة مقابل المسافة. لذلك، الجميع القوات المركزيةمحتملة.

لقد أثبتنا إمكانية قوة التفاعل الثقالي بين اثنين الهيئات نقطة. لكن بالنسبة لتفاعلات الجاذبية ، فإن مبدأ التراكب صالح - القوة المؤثرة على الجسم من جانب نظام الأجسام النقطية تساوي مجموع قوى التفاعلات الزوجية ، كل منها محتمل ، وبالتالي فإن مجموعها هو المحتملة أيضا. في الواقع ، إذا كان عمل كل قوة من قوى التفاعل الزوجي لا يعتمد على المسار ، فإن مجموعها أيضًا لا يعتمد على شكل المسار. هكذا، كل قوى الجاذبية محتملة.

يبقى لنا أن نحصل على تعبير ملموس عن الطاقة الكامنةتفاعل الجاذبية.

لحساب عمل القوة الجذابة بين جسمين نقطيين ، يكفي حساب هذا الشغل عند التحرك على طول مقطع شعاعي مع تغيير في المسافة من ص 1 ل ص 2 (الشكل 92).

في المرة القادمة سوف نستخدم طريقة الرسم، والتي من أجلها نبني اعتماد قوة الجذب \ (~ F = G \ frac (mM) (r ^ 2) \) على المسافة صبين الجثث ، ثم المنطقة تحت الرسم البياني لهذا الاعتماد في حدود محددةوستكون مساوية للعمل المطلوب (الشكل 93). حساب هذه المنطقة ليس كذلك مهمة صعبة، والتي ، مع ذلك ، تتطلب بعض المعرفة الرياضيةوالمهارات. دون الخوض في تفاصيل هذا الحساب ، نقدم النتيجة النهائية، بالنسبة لاعتماد معين للقوة على المسافة ، يتم تحديد المساحة الموجودة أسفل الرسم البياني أو عمل القوة الجذابة بواسطة الصيغة

\ (~ A_ (12) = GmM \ يسار (\ frac (1) (r_2) - \ frac (1) (r_1) \ يمين) \).

نظرًا لأننا أثبتنا أن قوى الجاذبية محتملة ، فإن هذا العمل يساوي الانخفاض في الطاقة الكامنة للتفاعل ، أي

\ (~ A_ (12) = GmM \ left (\ frac (1) (r_2) - \ frac (1) (r_1) \ right) = - \ Delta U = - (U_2 - U_1) \).

من هذا التعبير ، يمكن تحديد التعبير عن الطاقة الكامنة لتفاعل الجاذبية

\ (~ U (r) = - G \ فارك (مم) (r) \). (1)

مع هذا التعريف ، تكون الطاقة الكامنة سالبة وتميل إلى الصفر على مسافة لا نهائية بين الأجسام \ (~ U (\ infty) = 0 \). تحدد الصيغة (1) الشغل الذي ستؤديه القوة جاذبية الجاذبيةمع زيادة المسافة من صإلى اللانهاية ، لأنه مع مثل هذه الحركة يتم توجيه نواقل القوة والإزاحة الأطراف المقابلة، فهذا العمل سلبي. مع الحركة المعاكسة ، عندما تقترب الأجسام من مسافة لا نهائية إلى مسافة ، سيكون عمل قوة الجذب موجبًا. يمكن حساب هذا العمل من خلال تعريف الطاقة الكامنة \ (~ A _ (\ infty \ to r) U (r) = - (U (\ infty) - U (r)) = G \ frac (mM) (r) \).

نؤكد أن الطاقة الكامنة هي سمة من سمات تفاعل جسمين على الأقل. من المستحيل أن نقول إن طاقة التفاعل "تنتمي" إلى أحد الأجسام ، أو كيفية "تقسيم هذه الطاقة بين الأجسام". لذلك ، عندما نتحدث عن تغيير في الطاقة الكامنة ، فإننا نعني تغييرًا في طاقة نظام من الأجسام المتفاعلة. ومع ذلك ، في بعض الحالات ، لا يزال من الجائز التحدث عن تغيير في الطاقة الكامنة لجسم واحد. لذلك ، عند وصف حركة جسم صغير ، مقارنة بالأرض ، في مجال جاذبية الأرض ، نتحدث عن القوة المؤثرة على الجسم من الأرض ، كقاعدة عامة ، دون ذكر وعدم مراعاة القوة المتساوية المؤثرة من الجسد على الأرض. الحقيقة هي أنه مع الكتلة الهائلة للأرض ، فإن التغيير في سرعتها ضئيل للغاية. لذلك ، يؤدي التغيير في الطاقة الكامنة للتفاعل إلى تغيير ملحوظ الطاقة الحركيةالجسم وتغير متناهي الصغر في الطاقة الحركية للأرض. في مثل هذه الحالة ، يجوز التحدث عن الطاقة الكامنة لجسم بالقرب من سطح الأرض ، أي "عزو" كل طاقة تفاعل الجاذبية إلى جسم صغير. في الحالة العامةيمكن للمرء أن يتحدث عن الطاقة الكامنة لجسم فردي إذا كانت الأجسام الأخرى المتفاعلة بلا حراك.

لقد أكدنا مرارًا وتكرارًا على النقطة التي يتم فيها قبول الطاقة الكامنة صفر، يتم اختياره بشكل تعسفي. في هذه القضيةهذه النقطة تبين أنها لا نهائية نقطة بعيدة. بمعنى ما ، يمكن التعرف على هذا الاستنتاج غير العادي على أنه معقول: في الواقع ، يختفي التفاعل على مسافة غير محدودة - تختفي الطاقة الكامنة أيضًا. من وجهة النظر هذه ، تبدو علامة الطاقة الكامنة منطقية أيضًا. في الواقع ، من أجل فصل جسمين جاذبين ، يجب أن تقوم القوى الخارجية بعمل إيجابي ، لذلك ، في مثل هذه العملية ، يجب أن تزداد الطاقة الكامنة للنظام: هنا تزداد وتزيد و ... تصبح مساوية للصفر! إذا كانت الأجسام الجاذبة على اتصال ، فإن قوة الجذب لا يمكنها القيام بعمل إيجابي ، ولكن إذا تم فصل الأجسام ، فيمكن القيام بهذا العمل عندما تقترب الأجسام من بعضها البعض. لذلك ، كثيرا ما يقال ذلك جذب الهيئات الطاقة السلبية، وطاقة الأجساد المتنافرة إيجابية. هذه العبارة صحيحة فقط إذا تم اختيار المستوى الصفري للطاقة الكامنة عند اللانهاية.

لذلك إذا كان جسمان متصلين بواسطة زنبرك ، فعند زيادة المسافة بين الجسمين ، ستعمل قوة جذابة بينهما ، ومع ذلك ، فإن طاقة تفاعلهما تكون إيجابية. لا تنسي ذلك مستوى الصفرتتوافق الطاقة الكامنة مع حالة الربيع غير المشوه (بدلاً من اللانهاية).

1 المقدمة

تتعرض جميع الأجسام الثقيلة للجاذبية بشكل متبادل ، وتحدد هذه القوة حركة الكواكب حول الشمس والأقمار الصناعية حول الكواكب. وقفت نظرية الجاذبية - النظرية التي وضعها نيوتن ، في مهد العلم الحديث. نظرية أخرى للجاذبية طورها أينشتاين هي أعظم إنجاز للفيزياء النظرية في القرن العشرين. خلال قرون من التنمية البشرية ، لاحظ الناس هذه الظاهرة الجذب المتبادلالجثث وقياس حجمها ؛ لقد حاولوا وضع هذه الظاهرة في خدمتهم ، لتجاوز تأثيرها ، وأخيراً ، إلى غاية مؤخرااحسبها بدقة متناهية خلال الخطوات الأولى في عمق الكون.

يرجع التعقيد اللامحدود للأجسام المحيطة بنا في المقام الأول إلى مثل هذا الهيكل متعدد المراحل ، والعناصر النهائية منها - الجسيمات الأولية - لها نسبيًا عدد كبيرأنواع التفاعل. لكن هذه الأنواع من التفاعل تختلف بشدة في قوتها. ترتبط الجسيمات التي تتكون منها النوى الذرية معًا بأقوى القوى المعروفة لدينا ؛ من أجل فصل هذه الجسيمات عن بعضها البعض ، من الضروري إنفاق كمية هائلة من الطاقة. ترتبط الإلكترونات في الذرة بالنواة بواسطة قوى كهرومغناطيسية. يكفي منحهم طاقة متواضعة للغاية (كقاعدة عامة ، طاقة كافية تفاعل كيميائي) حيث أن الإلكترونات مفصولة بالفعل عن النواة. إذا تحدثنا عن الجسيمات الأوليةالفأس والذرات ، فأضعف تفاعل بالنسبة لهم هو تفاعل الجاذبية.

عند مقارنتها بتفاعل الجسيمات الأولية ، تكون قوى الجاذبية ضعيفة جدًا بحيث يصعب تخيلها. ومع ذلك ، فهم وحدهم ينظمون بشكل كامل حركة الأجرام السماوية. هذا لأن الجاذبية تجمع بين سمتين تزيدان من تأثيرها عندما ننتقل إلى أجسام كبيرة. على النقيض من التفاعل الذري ، فإن قوى الجاذبية يمكن ملاحظتها حتى على مسافات كبيرة من الأجسام التي تخلقها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قوى الجاذبية هي دائمًا قوى جذب ، أي أن الأجسام تنجذب دائمًا إلى بعضها البعض.

حدث تطور نظرية الجاذبية في بداية تكوين العلم الحديث على مثال تفاعل الأجرام السماوية. تم تسهيل المهمة من خلال حقيقة أن الأجرام السماوية تتحرك في فراغ الفضاء العالمي دون الآثار الجانبية للقوى الأخرى. مهد علماء الفلك اللامعون - جاليليو وكبلر - الطريق لمزيد من الاكتشافات في هذا المجال. إضافي نيوتن العظيمتمكنت من ابتكار نظرية شمولية وإعطائها شكلاً رياضيًا.

2. نيوتن وأسلافه

من بين جميع القوى الموجودة في الطبيعة ، تختلف قوة الجاذبية في المقام الأول من حيث أنها تتجلى في كل مكان. جميع الأجسام لها كتلة ، والتي تُعرَّف بأنها نسبة القوة المؤثرة على الجسم إلى التسارع الذي يكتسبه الجسم تحت تأثير هذه القوة. تعتمد قوة الجذب المؤثرة بين أي جسمين على كتلة كلا الجسمين ؛ إنه يتناسب مع ناتج جماهير الهيئات المدروسة. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز قوة الجاذبية بحقيقة أنها تخضع لقانون التناسب العكسي مع مربع المسافة. قد تعتمد القوى الأخرى على المسافة بشكل مختلف تمامًا ؛ العديد من هذه القوى معروفة.

لقد خدم أحد جوانب الجاذبية الكونية - الدور المزدوج المذهل الذي تلعبه الكتلة حجر الأساسلبناء النظرية العامة للنسبية. وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، الكتلة هي خاصية مميزة لأي جسم ، مما يوضح كيف سيتصرف الجسم عند تطبيق قوة عليه ، بغض النظر عما إذا كانت الجاذبية أو قوة أخرى. نظرًا لأن جميع الأجسام ، وفقًا لنيوتن ، تتسارع (تغير سرعتها) كاستجابة لقوة خارجية ، فإن كتلة الجسم تحدد مقدار التسارع الذي يختبره الجسم عند تطبيق قوة معينة عليه. إذا تم تطبيق نفس القوة على دراجة وسيارة ، فسيصل كل منهما إلى سرعة معينة في أوقات مختلفة.

ولكن فيما يتعلق بالجاذبية ، تلعب الكتلة أيضًا دورًا آخر ، لا يشبه على الإطلاق الدور الذي لعبته كنسبة القوة إلى التسارع: الكتلة هي مصدر الجذب المتبادل للأجسام ؛ إذا أخذنا جسدين ورأينا القوة التي يؤثران بها على جسم ثالث يقع على نفس المسافة ، أولاً من أحدهما ثم من جسم آخر ، فسنجد أن نسبة هاتين القوتين تساوي نسبة أول كتلتين . في الواقع ، اتضح أن هذه القوة تتناسب مع كتلة المصدر. وبالمثل ، وفقًا لقانون نيوتن الثالث ، فإن قوى الجذب التي يختبرها اثنان مختلف الهيئاتوتحت تأثير نفس مصدر الجذب (على نفس المسافة منه) ، تتناسب مع نسبة كتل هذه الأجسام. في العلوم الهندسية والحياة اليومية ، يُشار إلى القوة التي ينجذب بها الجسم إلى الأرض بوزن الجسم.

لذا تدخل الكتلة في العلاقة الموجودة بين القوة والتسارع ؛ من ناحية أخرى ، تحدد الكتلة مقدار قوة الجذب. يؤدي هذا الدور المزدوج للكتلة إلى حقيقة أن تسارع الأجسام المختلفة في نفس مجال الجاذبية هو نفسه. في الواقع ، لنأخذ جسمين مختلفين كتلتهما m و M على التوالي. دع كلاهما يسقطان بحرية على الأرض. نسبة القوى الجذابة التي تختبرها هذه الأجسام تساوي نسبة كتل هذه الأجسام م / م. ومع ذلك ، فإن التسارع الذي حصلوا عليه هو نفسه. وهكذا ، فإن التسارع المكتسب من قبل الأجسام في مجال الجاذبية يتضح أنه هو نفسه لجميع الأجسام في نفس مجال الجاذبية ولا يعتمد على الإطلاق على الخصائص المحددة للأجسام الساقطة. يعتمد هذا التسارع فقط على كتل الأجسام التي تخلق مجال الجاذبية ، وعلى موقع هذه الأجسام في الفضاء. يُعرف الدور المزدوج للكتلة والمساواة الناتجة في تسارع جميع الأجسام في نفس مجال الجاذبية بمبدأ التكافؤ. هذا العنوان له أصل تاريخي، مع التأكيد على حقيقة أن تأثيرات الجاذبية والقصور الذاتي متكافئة إلى حد ما.

على سطح الأرض ، يكون التسارع الناتج عن الجاذبية حوالي 10 م / ث 2. تزداد سرعة الجسم الساقط بحرية ، إذا لم نأخذ في الاعتبار مقاومة الهواء أثناء السقوط ، بمقدار 10 م / ث. كل ثانية. على سبيل المثال ، إذا بدأ الجسم في السقوط بحرية من السكون ، فعند نهاية الثانية الثالثة ستكون سرعته 30 م / ث. عادة التسارع السقوط الحريشار إليها بالحرف g. نظرًا لحقيقة أن شكل الأرض لا يتطابق تمامًا مع الكرة ، فإن قيمة g على الأرض ليست هي نفسها في كل مكان ؛ يكون أكبر عند القطبين منه عند خط الاستواء ، وأقل على قمم الجبال الكبيرة منه في الوديان. إذا تم تحديد قيمة g بدقة كافية ، فعندئذٍ حتى التركيب الجيولوجي. وهذا يفسر حقيقة أن الطرق الجيولوجية للتنقيب عن النفط والمعادن الأخرى تتضمن أيضًا تحديدًا دقيقًا لقيمة g.

مادا في هذا المكانتختبر جميع الأجسام نفس التسارع ، وهي سمة مميزة للجاذبية ؛ لا توجد قوة أخرى تمتلك مثل هذه الخصائص. وعلى الرغم من أن نيوتن لم يكن لديه خيار سوى وصف هذه الحقيقة ، فقد فهم عالمية ووحدة تسارع الجاذبية. كان للفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين (1870 - 1955) شرف اكتشاف المبدأ الذي يمكن على أساسه تفسير خاصية الجاذبية هذه ، مبدأ التكافؤ. يمتلك أينشتاين أيضًا أسس الفهم الحديث لطبيعة المكان والزمان.

3. النسبية الخاصة

منذ عهد نيوتن ، كان يُعتقد أن جميع الأنظمة المرجعية عبارة عن مجموعة من القضبان الصلبة أو بعض الأشياء الأخرى التي تسمح لك بضبط موضع الأجسام في الفضاء. بالطبع ، في كل إطار مرجعي تم اختيار هذه الهيئات على طريقتها الخاصة. في الوقت نفسه ، كان من المفترض أن يكون لجميع المراقبين نفس الوقت. بدا هذا الافتراض بديهيًا لدرجة أنه لم يتم ذكره على وجه التحديد. في الممارسة اليومية على الأرض ، تم تأكيد هذا الافتراض من خلال جميع تجاربنا.

لكن أينشتاين كان قادرًا على إظهار تلك المقارنات بين قراءات الساعة ، إذا تم أخذها في الاعتبار الحركة النسبية، لا يتطلب انتباه خاصفقط عندما سرعات نسبيةساعات أقل بكثير من سرعة الضوء في الفراغ. لذلك ، كانت النتيجة الأولى لتحليل أينشتاين هي إنشاء نسبية التزامن: حدثان يقعان على مسافة كافية من بعضهما البعض قد يتضح أنهما متزامنان لمراقب واحد ، وبالنسبة لمراقب يتحرك بالنسبة إليه ، يحدث في نقاط مختلفة في الوقت المناسب. لذلك ، لا يمكن تبرير افتراض الوقت الموحد: من المستحيل تحديد إجراء معين يسمح لأي مراقب بإثبات مثل هذا التوقيت العالميبغض النظر عن الحركة التي يشارك فيها. في الإطار المرجعي ، يجب أن تكون هناك أيضًا ساعة تتحرك مع المراقب وتتزامن مع ساعة المراقب.

كانت الخطوة التالية التي اتخذها أينشتاين هي إنشاء علاقات جديدة بين نتائج قياس المسافات والوقت في إطارين مرجعيين مختلفين بالقصور الذاتي. إن النظرية النسبية الخاصة بدلاً من "الأطوال المطلقة" و "الوقت المطلق" قد سلطت الضوء على "قيمة مطلقة" أخرى ، والتي تسمى عادةً فاصل الزمكان الثابت. بالنسبة لحدثين معينين يقعان على مسافة ما من بعضهما البعض ، فإن المسافة المكانية بينهما ليست قيمة مطلقة (أي مستقلة عن الإطار المرجعي) حتى في مخطط نيوتن ، إذا كان هناك فاصل زمني معين بين حدوث هذه الأحداث. في الواقع ، إذا لم يحدث حدثان في وقت واحد ، يمكن للمراقب الذي يتحرك بإطار مرجعي معين في نفس الاتجاه ويجد نفسه في النقطة التي وقع فيها الحدث الأول ، في الفترة الزمنية التي تفصل بين هذين الحدثين ، أن ينتهي به الأمر في المكان مكان وقوع الحدث الثاني ؛ بالنسبة لهذا المراقب ، سيحدث كلا الحدثين في نفس المكان في الفضاء ، على الرغم من انتقال المراقب إليه الاتجاه المعاكس، قد يبدو أنها حدثت على مسافة كبيرة من بعضها البعض.

4. النسبية والجاذبية

أعمق يذهبون بحث علميفي المكونات النهائية للمادة ، وكلما قل عدد الجسيمات والقوى التي تعمل فيما بينها ، كلما زادت إصرارًا على مطالب الفهم الشامل لعمل وبنية كل مكون من مكونات المادة. ولهذا السبب ، عندما اقتنع أينشتاين وغيره من الفيزيائيين بأن نظرية النسبية الخاصة قد حلت محل الفيزياء النيوتونية ، بدأوا من جديد الخصائص الأساسيةالجسيمات ومجالات القوة. معظم كائن مهمكانت الجاذبية تتطلب المراجعة.

لكن لماذا لا نحل التناقض بين نسبية الزمن وقانون الجاذبية لنيوتن كما هو الحال في الديناميكا الكهربائية؟ سيكون من الضروري تقديم مفهوم مجال الجاذبية ، والذي ينتشر تقريبًا بنفس الطريقة مثل كهربائي و حقل مغناطيسي، والذي سيتحول إلى وسيط في تفاعل الجاذبية للأجسام ، وفقًا لأفكار نظرية النسبية. سيتم تقليل هذا التفاعل الثقالي إلى قانون الجاذبية النيوتوني ، عندما تكون السرعات النسبية للأجسام المدروسة صغيرة مقارنة بسرعة الضوء. حاول أينشتاين بناء نظرية نسبية للجاذبية على هذا الأساس ، لكن ظرفًا واحدًا منعه من تحقيق هذه النية: لم يعرف أحد شيئًا عن انتشار تفاعل الجاذبية مع السرعه العاليه، لم يكن هناك سوى بعض المعلومات حول التأثيرات المرتبطة بسرعات عالية لمصادر مجال الجاذبية - الكتل.

يختلف تأثير السرعات العالية على الجماهير عن تأثير السرعات العالية على الشحنات. لو الشحنة الكهربائيةتبقى الأجسام كما هي بالنسبة لجميع المراقبين ، وتعتمد كتلة الأجسام على سرعتها بالنسبة إلى المراقب. كلما زادت السرعة ، زادت الكتلة المرصودة. بالنسبة لجسم معين ، سيتم تحديد أصغر كتلة بواسطة المراقب بالنسبة إلى الجسم الذي يكون في حالة راحة. تسمى قيمة الكتلة هذه الكتلة المتبقية من الجسم. بالنسبة لجميع المراقبين الآخرين ، ستكون الكتلة أكبر من الكتلة الباقية بقيمة مساوية للطاقة الحركية للجسم مقسومة على c. ستصبح قيمة الكتلة لا نهائية في الإطار المرجعي الذي ستصبح فيه سرعة الجسم سرعة متساويةسفيتا. يمكن للمرء أن يتحدث عن مثل هذا النظام المرجعي فقط بشروط. نظرًا لأن حجم مصدر الجاذبية يعتمد بشكل كبير على الإطار المرجعي الذي يتم فيه تحديد قيمته ، يجب أن يكون المجال الذي تولده الكتلة أكثر تعقيدًا من المجال الكهرومغناطيسي. استنتج أينشتاين ، بالتالي ، أن مجال الجاذبية هو على ما يبدو ما يسمى مجال موتر ، موصوف بعدد أكبر من المكونات من المجال الكهرومغناطيسي.

كمبدأ البداية التالي ، افترض أينشتاين أنه يجب الحصول على قوانين مجال الجاذبية على أساس إجراء رياضي مشابه للإجراء المؤدي إلى القوانين. النظرية الكهرومغناطيسية؛ يجب أن تكون قوانين مجال الجاذبية التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة مماثلة في شكلها لقوانين الكهرومغناطيسية. ولكن حتى مع الأخذ في الاعتبار كل هذه الاعتبارات ، وجد أينشتاين أنه يمكنه بناء العديد من النظريات المختلفة ، والتي في بالتساوييلبي جميع المتطلبات. كانت هناك حاجة إلى وجهة نظر مختلفة من أجل الوصول بشكل لا لبس فيه إلى توري النسبية للجاذبية. وجد أينشتاين هذا نقطة جديدةرأي في مبدأ التكافؤ ، والذي بموجبه لا يعتمد التسارع الذي يكتسبه الجسم في مجال قوى الجاذبية على خصائص هذا الجسم.

5. نسبية السقوط الحر

في نظرية خاصةالنسبية ، كما هو الحال في الفيزياء النيوتونية ، تفترض وجود إطارات مرجعية بالقصور الذاتي ، أي الأنظمة المتعلقة بالأجسام التي تتحرك دون تسارع عندما لا تعمل عليها قوى خارجية. يعتمد الاكتشاف التجريبي لمثل هذا النظام على ما إذا كان بإمكاننا وضع أجسام اختبار في مثل هذه الظروف عندما لا تعمل عليها قوى خارجية ، ويجب أن يكون هناك تأكيد تجريبي لغياب مثل هذه القوى. ولكن إذا كان من الممكن اكتشاف وجود ، على سبيل المثال ، مجال كهربائي (أو أي قوة أخرى) من خلال الاختلاف في تأثير هذه الحقول على جسيمات اختبار مختلفة ، فإن كل جسيمات الاختبار الموضوعة في نفس مجال الجاذبية تكتسب نفس التسارع .

ومع ذلك ، حتى في وجود مجال الجاذبية ، هناك فئة معينة من الأنظمة المرجعية التي يمكن تمييزها عن طريق التجارب المحلية البحتة. بما أن كل تسارع الجاذبية عند نقطة معينة ( منطقة صغيرة) بالنسبة لجميع الأجسام هي نفسها من حيث الحجم والاتجاه ، فستكون جميعها مساوية للصفر فيما يتعلق بالإطار المرجعي ، والذي يتم تسريعه مع الأجسام المادية الأخرى التي تخضع لتأثير الجاذبية فقط. يسمى هذا الإطار المرجعي إطارًا مرجعيًا يسقط بحرية. لا يمكن أن يمتد مثل هذا النظام إلى أجل غير مسمى ليشمل كل الفضاء وكل لحظات الزمن. يمكن تحديده بشكل فريد فقط بالقرب من نقطة عالمية ، في منطقة محدودة من الفضاء ولفترة زمنية محدودة. في هذا المعنى ، يمكن أن تسمى الأطر المرجعية المتساقطة بحرية الأطر المرجعية المحلية. فيما يتعلق بالأطر المرجعية المتساقطة بحرية ، فإن الأجسام المادية ، التي لا تتأثر بأي قوى أخرى غير قوى الجاذبية ، لا تتعرض للتسارع.

الأطر المرجعية المتساقطة بحرية في غياب مجالات الجاذبية متطابقة مع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ؛ في هذه الحالة تكون قابلة للتمديد بشكل لا نهائي. لكن مثل هذا التوزيع غير المحدود للأنظمة يصبح مستحيلاً عند وجوده حقول الجاذبية. حقيقة أن أنظمة السقوط الحر موجودة بشكل عام ، حتى لو كانت فقط كأطر مرجعية محلية ، هي نتيجة مباشرة لمبدأ التكافؤ الذي تخضع له جميع تأثيرات الجاذبية. لكن نفس المبدأ مسؤول عن حقيقة أنه لا توجد إجراءات محلية يمكنها بناء إطارات مرجعية بالقصور الذاتي في وجود حقول الجاذبية.

اعتبر أينشتاين مبدأ التكافؤ كأهم خاصية أساسية للجاذبية. لقد أدرك أن فكرة الأطر المرجعية بالقصور الذاتي القابلة للتوسيع إلى أجل غير مسمى يجب التخلي عنها لصالح الأطر المرجعية المحلية السقوط بحرية ؛ وفقط من خلال القيام بذلك يمكن للمرء أن يقبل مبدأ التكافؤ كجزء أساسي من أساس الفيزياء. مكن هذا النهج علماء الفيزياء من النظر بشكل أعمق في طبيعة الجاذبية. تبين أن وجود حقول الجاذبية يعادل استحالة الانتشار في المكان والزمان لإطار مرجعي محلي يسقط بحرية ؛ وهكذا ، عند دراسة مجالات الجاذبية ، يجب أن يتركز الاهتمام ليس على الحجم المحلي للحقل بقدر تركيزه على عدم تجانس مجالات الجاذبية. تكمن قيمة هذا النهج ، الذي ينكر في نهاية المطاف عالمية وجود الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ، في حقيقة أنه يظهر بوضوح ما يلي: لا يوجد سبب لقبول دون انعكاس إمكانية بناء أطر مرجعية بالقصور الذاتي ، على الرغم من حقيقة أن هذه الإطارات قد استخدمت لعدة قرون.

6. الجاذبية في الزمان والمكان

في نظرية الجاذبية لنيوتن ، فإن تسارع الجاذبية بسبب كتلة كبيرة معينة يتناسب مع تلك الكتلة ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة من تلك الكتلة. يمكن صياغة نفس القانون بشكل مختلف قليلاً ، لكن في نفس الوقت يمكننا الوصول إليه قانون النسبيةجاذبية. تعتمد هذه الصيغة المختلفة على مفهوم مجال الجاذبية كشيء مطبوع بالقرب من كتلة جاذبية كبيرة. يمكن وصف المجال بالكامل من خلال تحديد متجه في كل نقطة في الفضاء ، حيث يتوافق حجمها واتجاهها مع ذلك تسارع الجاذبية. والتي يتم الحصول عليها من قبل أي هيئة اختبار موضوعة في هذه المرحلة. من الممكن وصف مجال الجاذبية بيانياً برسم منحنيات فيه ، المماس الذي يتطابق عند كل نقطة في الفضاء مع اتجاه مجال الجاذبية المحلي (التسارع) ؛ يتم رسم هذه المنحنيات بكثافة ( عدد معينمنحنيات لكل وحدة مساحة المقطع العرضي، أرز. 2) مساوية لقيمة الحقل المحلي. إذا تم أخذ كتلة واحدة كبيرة في الاعتبار ، فإن هذه المنحنيات - تسمى خطوط القوة - تتحول إلى خطوط مستقيمة ؛ تشير هذه الخطوط مباشرة إلى الجسم الذي يخلق مجال الجاذبية.

خلف الاعتماد النسبيمن مربع المسافة يتم التعبير عنها بيانياً على النحو التالي: الكل خطوط القوةتبدأ من اللانهاية وتنتهي عند جماهير كبيرة. إذا كانت كثافة خطوط المجال مساوية لحجم العجلة ، فإن عدد الخطوط المارة سطح كروي، التي يقع مركزها على كتلة كبيرة ، يساوي فقط كثافة خطوط المجال ، مضروبة في مساحة سطح كروي نصف قطر r ؛ تتناسب مساحة السطح الكروي مع مربع نصف قطره. بشكل عام ، يمكن إعطاء قانون نيوتن للمسافة المربعة العكسية في شكل ينطبق بالتساوي على مصدر الجاذبية في شكل كتلة واحدة كبيرة وعلى التوزيع التعسفيالكتل: تبدأ جميع خطوط قوة مجال الجاذبية من اللانهاية وتنتهي عند الكتل نفسها. العدد الإجمالي لخطوط المجال المنتهية في بعض المناطق التي تحتوي على كتل يتناسب مع الوزن الإجماليالمغلقة في هذه المنطقة. بالإضافة إلى ذلك ، يعد مجال الجاذبية مجالًا محافظًا: لا يمكن لخطوط القوة أن تتخذ شكل منحنيات مغلقة ، ولا يمكن أن يؤدي تحريك جسم اختبار على طول منحنى مغلق إلى اكتساب أو فقدان للطاقة.

في النظرية النسبية للجاذبية ، يتم تعيين دور المصادر لتوليفات الكتلة والزخم (يعمل الزخم كحلقة وصل بين حالة نفس الكائن في أنظمة مرجعية مختلفة رباعية الأبعاد أو لورينتز). يتم وصف عدم تجانس مجال الجاذبية النسبي بواسطة موتر الانحناء. الموتر هو كائن رياضي يتم الحصول عليه من خلال تعميم مفهوم المتجهات. في مشعب موصوف من حيث الإحداثيات ، يمكن ربط الموترات بالمكونات التي تحدد الموتر تمامًا. تربط النظرية النسبية موتر الانحناء بالموتر الذي يصف سلوك مصادر الجاذبية. هذه الموترات تتناسب مع بعضها البعض. يتم تحديد معامل التناسب من المطلب: يجب تخفيض قانون الجاذبية في شكل موتر إلى قانون الجاذبية النيوتوني لحقول الجاذبية الضعيفة وعند السرعات المنخفضة للأجسام ؛ معامل التناسب هذا ، حتى الثوابت العالمية ، يساوي ثابت الجاذبية لنيوتن. بهذه الخطوة ، أكمل أينشتاين بناء نظرية الجاذبية ، التي يطلق عليها النظرية العامةالنسبية.

7. الخاتمة

جعلت النظرية العامة للنسبية من الممكن إلقاء نظرة مختلفة إلى حد ما على القضايا المتعلقة بتفاعلات الجاذبية. شملت جميع ميكانيكا نيوتن فقط حالة خاصةبسرعات منخفضة لحركة الأجسام. هذا فتح أوسع مساحة لدراسة الكون ، حيث تلعب قوى الجاذبية دورًا حاسمًا.

الأدب:

بيرجمان "لغز الجاذبية" لوغونوف "نظرية الجاذبية النسبية"

فلاديميروف "الفضاء والوقت والجاذبية"

يتجلى تفاعل الجاذبية في جذب الأجسام لبعضها البعض. يفسر هذا التفاعل بوجود مجال جاذبية حول كل جسم.

معامل قوة تفاعل الجاذبية بين نقطتين مادتين كتلتهما م 1 وم 2 تقعان على مسافة ص من بعضهما البعض

(2.49)

حيث F 1،2 ، F 2،1 - قوى التفاعل الموجهة على طول الوصلة المستقيمة النقاط المادية ، G= 6,67
هو ثابت الجاذبية.

العلاقة (2.3) يسمى قانون الجاذبيةاكتشفه نيوتن.

يكون تفاعل الجاذبية صالحًا لنقاط المواد والأجسام ذات توزيع الكتلة المتماثل كرويًا ، والتي تُقاس المسافة بينها من مراكزها.

إذا تم اعتبار أحد الأجسام المتفاعلة هو الأرض ، والثاني هو جسم كتلته m تقع بالقرب من سطحه أو على سطحه ، فعندئذ تعمل قوة جذب بينهما

, (2.50)

حيث M 3، R 3 هي كتلة الأرض ونصف قطرها.

نسبة
- ثابتيساوي 9.8 م / ث 2 ، يُشار إليه بـ g ، له أبعاد تسارع ويسمى تسارع السقوط الحر.

حاصل ضرب كتلة الجسم م وتسارع السقوط الحر ، يسمى جاذبية

. (2.51)

على النقيض من قوة الجاذبية التفاعل معامل الجاذبية
يعتمد على خط العرض الجغرافيموقع الجسم على الأرض. في القطبين
بينما يتناقص عند خط الاستواء بنسبة 0.36٪. يرجع هذا الاختلاف إلى حقيقة أن الأرض تدور حول محورها.

مع إزالة الجسم نسبة إلى سطح الأرض إلى ارتفاع تقل قوة الجاذبية

, (2.52)

أين
هو تسارع السقوط الحر على ارتفاع h من الأرض.

الكتلة في الصيغ (2.3-2.6) هي مقياس لتفاعل الجاذبية.

إذا قمت بتعليق جسد أو وضعه على دعامة ثابتة ، فسيظل مستقرًا بالنسبة إلى الأرض ، لأن. يتم موازنة قوة الجاذبية من خلال قوة رد الفعل المؤثرة على الجسم من جانب الدعم أو التعليق.

قوة رد الفعل- القوة التي تعمل بها أجسام أخرى على جسم معين ، مما يحد من حركته.

قوة رد فعل طبيعييدعمتعلق على الجسم وتوجه عموديًا على مستوى الدعم.

قوة رد فعل الخيط(تعليق) موجه على طول الخيط (التعليق)

وزن الجسم –القوة التي يضغط بها الجسم على الدعامة أو يمتد خيط التعليق ويتم تطبيقه على الدعم أو التعليق.

الوزن عدديا يساوي القوةالجاذبية إذا كان الجسم على سطح دعم أفقي في حالة راحة أو حركة مستقيمة منتظمة. في حالات أخرى ، لا يتساوى وزن الجسم والجاذبية في القيمة المطلقة.

2.6.3 قوى الاحتكاك

قوى الاحتكاك تنشأ نتيجة تفاعل الأجسام المتحركة والراحة على اتصال مع بعضها البعض.

يميز بين الاحتكاك الخارجي (الجاف) والداخلي (اللزج).

الاحتكاك الجاف الخارجيمقسومًا على:

تتوافق الأنواع المدرجة من الاحتكاك الخارجي مع قوى الاحتكاك ، والراحة ، والانزلاق ، والدحرجة.

مع

الطمي الاحتكاك الساكن

إذا تم تطبيق قوة خارجية متزايدة على جسم على اتصال بجسم آخر ، بالتوازي مع مستوى التلامس (الشكل 2.2.a) ، ثم عند التغيير من الصفر إلى بعض القيمة
لا توجد حركة جسدية. يبدأ الجسم في التحرك عند F F tr. الأعلى.

قوة قصوىالاحتكاك الساكن

, (2.53)

أين هو معامل الاحتكاك الساكن ، N هو معامل قوة رد الفعل الطبيعي للدعم.

معامل الاحتكاك الساكن يمكن تحديده بشكل تجريبي من خلال إيجاد ظل زاوية الميل لأفق السطح الذي يبدأ منه الجسم في التدحرج تحت تأثير جاذبيته.

عندما F>
تنزلق الأجسام بالنسبة لبعضها البعض بسرعة معينة (الشكل 2.11 ب).

قوة الاحتكاك الانزلاقي موجهة ضد السرعة . يُحسب معامل قوة الاحتكاك الانزلاقي عند السرعات المنخفضة وفقًا لقانون أمونتون

, (2.54)

أين هو معامل الاحتكاك المنزلق بلا أبعاد ، اعتمادًا على المادة وحالة سطح الأجسام الملامسة ، ودائمًا ما يكون أقل .

تحدث قوة الاحتكاك المتدحرج عندما يتدحرج جسم على شكل أسطوانة أو كرة نصف قطرها R على طول سطح الدعامة. يتم تحديد القيمة العددية لقوة الاحتكاك المتداول وفقًا لـ قانون كولوم

, (2.55)

حيث k [م] هو معامل الاحتكاك المتداول.