Η βαρύτητα και η δύναμη της παγκόσμιας βαρύτητας. Βαρύτητα: τύπος, ορισμός Εξάρτηση της δύναμης της παγκόσμιας βαρύτητας

Ο Obi-Wan Kenobi είπε ότι η δύναμη κρατά τον γαλαξία ενωμένο. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τη βαρύτητα. Γεγονός: Η βαρύτητα μας επιτρέπει να περπατάμε στη Γη, η Γη να περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο και ο Ήλιος να κινείται γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας. Πώς να κατανοήσετε τη βαρύτητα; Αυτό συζητείται στο άρθρο μας.

Ας πούμε αμέσως ότι δεν θα βρείτε εδώ μια μοναδική σωστή απάντηση στην ερώτηση "Τι είναι η βαρύτητα". Γιατί πολύ απλά δεν υπάρχει! Η βαρύτητα είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη φαινόμενα, για το οποίο οι επιστήμονες προβληματίζονται και ακόμα δεν μπορούν να εξηγήσουν πλήρως τη φύση της.

Υπάρχουν πολλές υποθέσεις και απόψεις. Υπάρχουν περισσότερες από δώδεκα θεωρίες βαρύτητας, εναλλακτικές και κλασικές. Θα δούμε τα πιο ενδιαφέροντα, σχετικά και σύγχρονα.

Θέλετε περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες και τα τελευταία νέα κάθε μέρα; Ελάτε μαζί μας στο τηλεγράφημα.

Η βαρύτητα είναι μια φυσική θεμελιώδης αλληλεπίδραση

Υπάρχουν 4 θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φυσική. Χάρη σε αυτούς, ο κόσμος είναι ακριβώς αυτό που είναι. Η βαρύτητα είναι μία από αυτές τις αλληλεπιδράσεις.

Βασικές αλληλεπιδράσεις:

• βαρύτητα;
• ηλεκτρομαγνητισμός?
• ισχυρή αλληλεπίδραση?
• αδύναμη αλληλεπίδραση.

Επί του παρόντος, η τρέχουσα θεωρία που περιγράφει τη βαρύτητα είναι η GTR (γενική σχετικότητα). Προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915-1916.

Ωστόσο, γνωρίζουμε ότι είναι πολύ νωρίς για να μιλήσουμε για την απόλυτη αλήθεια. Εξάλλου, αρκετούς αιώνες πριν από την εμφάνιση της γενικής σχετικότητας στη φυσική, η θεωρία του Νεύτωνα κυριάρχησε για να περιγράψει τη βαρύτητα, η οποία επεκτάθηκε σημαντικά.

Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, είναι επί του παρόντος αδύνατο να εξηγηθούν και να περιγραφούν όλα τα ζητήματα που σχετίζονται με τη βαρύτητα.

Πριν από τον Νεύτωνα, πιστευόταν ευρέως ότι η βαρύτητα στη γη και η βαρύτητα στον ουρανό ήταν διαφορετικά πράγματα. Πιστεύεται ότι οι πλανήτες κινούνται σύμφωνα με τους δικούς τους ιδανικούς νόμους, διαφορετικούς από αυτούς στη Γη.

Ο Νεύτων ανακάλυψε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης το 1667. Φυσικά, αυτός ο νόμος υπήρχε και την εποχή των δεινοσαύρων και πολύ νωρίτερα.

Οι αρχαίοι φιλόσοφοι σκέφτηκαν την ύπαρξη της βαρύτητας. Ο Γαλιλαίος υπολόγισε πειραματικά την επιτάχυνση της βαρύτητας στη Γη, ανακαλύπτοντας ότι είναι η ίδια για σώματα οποιασδήποτε μάζας. Ο Κέπλερ μελέτησε τους νόμους της κίνησης των ουράνιων σωμάτων.

Ο Newton κατάφερε να διατυπώσει και να γενικεύσει τα αποτελέσματα των παρατηρήσεών του. Να τι πήρε:

Δύο σώματα έλκονται μεταξύ τους με μια δύναμη που ονομάζεται βαρυτική δύναμη ή βαρύτητα.

Τύπος για τη δύναμη έλξης μεταξύ των σωμάτων:

G είναι η σταθερά βαρύτητας, m είναι η μάζα των σωμάτων, r είναι η απόσταση μεταξύ των κέντρων μάζας των σωμάτων.

Ποια είναι η φυσική σημασία της σταθεράς βαρύτητας; Είναι ίση με τη δύναμη με την οποία δρουν τα σώματα με μάζα 1 κιλού το καθένα μεταξύ τους και βρίσκονται σε απόσταση 1 μέτρου το ένα από το άλλο.

Σύμφωνα με τη θεωρία του Νεύτωνα, κάθε αντικείμενο δημιουργεί ένα βαρυτικό πεδίο. Η ακρίβεια του νόμου του Νεύτωνα έχει δοκιμαστεί σε αποστάσεις μικρότερες από ένα εκατοστό. Φυσικά, για τις μικρές μάζες αυτές οι δυνάμεις είναι ασήμαντες και μπορούν να παραμεληθούν.

Ο τύπος του Νεύτωνα είναι εφαρμόσιμος τόσο για τον υπολογισμό της δύναμης έλξης πλανητών προς τον ήλιο όσο και για μικρά αντικείμενα. Απλώς δεν παρατηρούμε τη δύναμη με την οποία έλκονται, ας πούμε, οι μπάλες σε ένα τραπέζι μπιλιάρδου. Ωστόσο, αυτή η δύναμη υπάρχει και μπορεί να υπολογιστεί.

Η δύναμη της έλξης δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων στο Σύμπαν. Η επίδρασή του εκτείνεται σε οποιαδήποτε απόσταση.

Ο νόμος του Νεύτωνα για την παγκόσμια έλξη δεν εξηγεί τη φύση της δύναμης της βαρύτητας, αλλά θεσπίζει ποσοτικούς νόμους. Η θεωρία του Νεύτωνα δεν έρχεται σε αντίθεση με το GTR. Είναι αρκετά επαρκής για την επίλυση πρακτικών προβλημάτων σε γήινη κλίμακα και για τον υπολογισμό της κίνησης των ουράνιων σωμάτων.

Η βαρύτητα στη γενική σχετικότητα

Παρά το γεγονός ότι η θεωρία του Νεύτωνα είναι αρκετά εφαρμόσιμη στην πράξη, έχει μια σειρά από μειονεκτήματα. Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης είναι μια μαθηματική περιγραφή, αλλά δεν παρέχει εικόνα για τη θεμελιώδη φυσική φύση των πραγμάτων.

Σύμφωνα με τον Νεύτωνα, η δύναμη της βαρύτητας δρα σε οποιαδήποτε απόσταση. Και λειτουργεί αμέσως. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ταχύτερη ταχύτητα στον κόσμο είναι η ταχύτητα του φωτός, υπάρχει μια απόκλιση. Πώς μπορεί η βαρύτητα να δράσει ακαριαία σε οποιαδήποτε απόσταση, όταν το φως δεν χρειάζεται μια στιγμή, αλλά αρκετά δευτερόλεπτα ή και χρόνια για να τα ξεπεράσει;

Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, η βαρύτητα δεν θεωρείται ως δύναμη που δρα στα σώματα, αλλά ως καμπυλότητα του χώρου και του χρόνου υπό την επίδραση της μάζας. Επομένως, η βαρύτητα δεν είναι αλληλεπίδραση δύναμης.

Ποια είναι η επίδραση της βαρύτητας; Ας προσπαθήσουμε να το περιγράψουμε χρησιμοποιώντας μια αναλογία.

Ας φανταστούμε τον χώρο με τη μορφή ενός ελαστικού φύλλου. Εάν τοποθετήσετε ένα ελαφρύ μπαλάκι του τένις, η επιφάνεια θα παραμείνει επίπεδη. Αλλά αν τοποθετήσετε ένα μεγάλο βάρος δίπλα στην μπάλα, θα πιέσει μια τρύπα στην επιφάνεια και η μπάλα θα αρχίσει να κυλά προς το μεγάλο, μεγάλο βάρος. Αυτή είναι η «βαρύτητα».

Παρεμπιπτόντως! Για τους αναγνώστες μας υπάρχει τώρα έκπτωση 10%. κάθε είδους εργασία

Ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων

Τα βαρυτικά κύματα είχαν προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916, αλλά ανακαλύφθηκαν μόνο εκατό χρόνια αργότερα, το 2015.

Τι είναι τα βαρυτικά κύματα; Ας κάνουμε πάλι μια αναλογία. Εάν ρίξετε μια πέτρα σε ήρεμο νερό, θα εμφανιστούν κύκλοι στην επιφάνεια του νερού από όπου πέφτει. Τα βαρυτικά κύματα είναι οι ίδιοι κυματισμοί, διαταραχές. Απλώς όχι στο νερό, αλλά στον παγκόσμιο χωροχρόνο.

Αντί για νερό υπάρχει χωροχρόνος και αντί για πέτρα, ας πούμε, μια μαύρη τρύπα. Οποιαδήποτε επιταχυνόμενη κίνηση μάζας δημιουργεί ένα βαρυτικό κύμα. Εάν τα σώματα βρίσκονται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης, όταν περάσει ένα βαρυτικό κύμα, η απόσταση μεταξύ τους θα αλλάξει.

Δεδομένου ότι η βαρύτητα είναι μια πολύ ασθενής δύναμη, η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων έχει συσχετιστεί με μεγάλες τεχνικές δυσκολίες. Οι σύγχρονες τεχνολογίες έχουν καταστήσει δυνατή την ανίχνευση έκρηξης βαρυτικών κυμάτων μόνο από υπερμεγέθεις πηγές.

Ένα κατάλληλο γεγονός για την ανίχνευση ενός βαρυτικού κύματος είναι η συγχώνευση μαύρων οπών. Δυστυχώς ή ευτυχώς, αυτό συμβαίνει αρκετά σπάνια. Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να καταγράψουν ένα κύμα που κυριολεκτικά κύλησε σε όλο το διάστημα του Σύμπαντος.

Για την καταγραφή των βαρυτικών κυμάτων κατασκευάστηκε ένας ανιχνευτής διαμέτρου 4 χιλιομέτρων. Κατά τη διάρκεια της διέλευσης του κύματος, καταγράφηκαν δονήσεις κατόπτρων σε αναρτήσεις στο κενό και η παρεμβολή του φωτός που ανακλάται από αυτές.

Τα βαρυτικά κύματα επιβεβαίωσαν την εγκυρότητα της γενικής σχετικότητας.

Βαρύτητα και στοιχειώδη σωματίδια

Στο τυπικό μοντέλο, ορισμένα στοιχειώδη σωματίδια είναι υπεύθυνα για κάθε αλληλεπίδραση. Μπορούμε να πούμε ότι τα σωματίδια είναι φορείς αλληλεπιδράσεων.

Το graviton, ένα υποθετικό σωματίδιο χωρίς μάζα με ενέργεια, είναι υπεύθυνο για τη βαρύτητα. Παρεμπιπτόντως, στο ξεχωριστό μας υλικό, διαβάστε περισσότερα για το μποζόνιο Higgs, το οποίο έχει προκαλέσει πολύ θόρυβο, και άλλα στοιχειώδη σωματίδια.

Τέλος, εδώ είναι μερικά ενδιαφέροντα στοιχεία για τη βαρύτητα.

10 γεγονότα για τη βαρύτητα

1. Για να ξεπεράσει τη δύναμη της βαρύτητας της Γης, ένα σώμα πρέπει να έχει ταχύτητα 7,91 km/s. Αυτή είναι η πρώτη ταχύτητα διαφυγής. Αρκεί ένα σώμα (για παράδειγμα, ένας διαστημικός ανιχνευτής) να κινηθεί σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη.
2. Για να ξεφύγει από το βαρυτικό πεδίο της Γης, το διαστημόπλοιο πρέπει να έχει ταχύτητα τουλάχιστον 11,2 km/s. Αυτή είναι η δεύτερη ταχύτητα διαφυγής.
3. Τα αντικείμενα με την ισχυρότερη βαρύτητα είναι οι μαύρες τρύπες. Η βαρύτητά τους είναι τόσο ισχυρή που προσελκύουν ακόμη και το φως (φωτόνια).
4. Δεν θα βρείτε τη δύναμη της βαρύτητας σε καμία εξίσωση της κβαντικής μηχανικής. Το γεγονός είναι ότι όταν προσπαθείτε να συμπεριλάβετε τη βαρύτητα στις εξισώσεις, χάνουν τη σημασία τους. Αυτό είναι ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής.
5. Η λέξη βαρύτητα προέρχεται από το λατινικό «gravis», που σημαίνει «βαρύ».
6. Όσο πιο μαζικό είναι το αντικείμενο, τόσο ισχυρότερη είναι η βαρύτητα. Εάν ένα άτομο που ζυγίζει 60 κιλά στη Γη ζυγιστεί στον Δία, η ζυγαριά θα δείξει 142 κιλά.
7. Οι επιστήμονες της NASA προσπαθούν να αναπτύξουν μια δέσμη βαρύτητας που θα επιτρέπει στα αντικείμενα να μετακινούνται χωρίς επαφή, ξεπερνώντας τη δύναμη της βαρύτητας.
8. Οι αστροναύτες σε τροχιά βιώνουν επίσης τη βαρύτητα. Πιο συγκεκριμένα, η μικροβαρύτητα. Μοιάζουν να πέφτουν ατελείωτα μαζί με το πλοίο στο οποίο βρίσκονται.
9. Η βαρύτητα πάντα έλκει και ποτέ δεν απωθεί.
10. Η μαύρη τρύπα, στο μέγεθος μιας μπάλας του τένις, έλκει αντικείμενα με την ίδια δύναμη όπως ο πλανήτης μας.

Τώρα γνωρίζετε τον ορισμό της βαρύτητας και μπορείτε να πείτε ποιος τύπος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της δύναμης έλξης. Εάν ο γρανίτης της επιστήμης σας πιέζει στο έδαφος πιο δυνατά από τη βαρύτητα, επικοινωνήστε με την φοιτητική μας υπηρεσία. Θα σας βοηθήσουμε να μελετήσετε εύκολα κάτω από τα πιο βαριά φορτία!

Όλα τα σώματα πέφτουν στη Γη. Ο λόγος για αυτό είναι η επίδραση της βαρύτητας. Η δύναμη με την οποία η Γη έλκει ένα σώμα προς τον εαυτό της ονομάζεται βαρύτητα. Ονομάζεται F βαρύ. Κατευθύνεται πάντα προς τα κάτω.

Η δύναμη της βαρύτητας είναι ευθέως ανάλογη με τη μάζα αυτού του σώματος:

, F = mg

Η κίνηση ενός σώματος υπό την επίδραση της βαρύτητας ονομάζεται ελεύθερη πτώση. Αρχικά μελετήθηκε από τον Γ. Γαλιλαίο. Διαπίστωσε ότι αν τα σώματα που πέφτουν επηρεάζονται μόνο από τη βαρύτητα και όχι από την αντίσταση του αέρα, τότε όλα κινούνται με τον ίδιο τρόπο, δηλ. με την ίδια επιτάχυνση. Ονομάστηκε επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης (g).Αυτή η τιμή μπορεί να προσδιοριστεί πειραματικά μετρώντας τις κινήσεις του σώματος που πέφτει σε τακτά χρονικά διαστήματα. Οι υπολογισμοί το δείχνουν g = 9,8 m/s 2.

Η υδρόγειος είναι ελαφρώς πεπλατυσμένη στους πόλους. Επομένως στον πόλο σολλίγο περισσότερο από ό,τι στον ισημερινό ή σε άλλα γεωγραφικά πλάτη.

Γύρω από κάθε σώμα υπάρχει ένας ειδικός τύπος ύλης με τη βοήθεια της οποίας αλληλεπιδρούν τα σώματα. Ονομάζεται βαρυτικό πεδίο.

Η Γη προσελκύει όλα τα σώματα: σπίτια, ανθρώπους, τη Σελήνη, τον Ήλιο, το νερό στις θάλασσες και τους ωκεανούς κ.λπ. Και όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους. Η έλξη όλων των σωμάτων στο Σύμπαν μεταξύ τους ονομάζεται καθολική βαρύτητα.Το 1687, ο I. Newton ήταν ο πρώτος που απέδειξε και καθιέρωσε νόμος της παγκόσμιας έλξης.

Δύο σώματα έλκονται μεταξύ τους με δύναμη ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης.

Αυτή η δύναμη ονομάζεται δύναμη της βαρύτητας (ή δύναμη βαρύτητας).

Όρια εφαρμογής του νόμου: για υλικά σημεία.

G – σταθερά βαρύτητας G=6,67∙10 –11,

Η αριθμητική τιμή της σταθεράς βαρύτητας προσδιορίζεται πειραματικά. Αυτό έγινε για πρώτη φορά από τον Άγγλο επιστήμονα Cavendish χρησιμοποιώντας ένα στρεπτικό δυναμόμετρο (στρεπτική ισορροπία). Φυσική έννοια: δύο υλικά σημεία βάρους 1 kg το καθένα, που βρίσκονται σε απόσταση 1 m το ένα από το άλλο, έλκονται αμοιβαία από μια βαρυτική δύναμη ίση με 6,67 10 -11 N.

Από τον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας προκύπτει ότι η δύναμη της βαρύτητας και η επιτάχυνση της βαρύτητας που προκαλείται από αυτήν μειώνονται όσο αυξάνεται η απόσταση από τη Γη. Σε ύψος h από την επιφάνεια της Γης, ο συντελεστής βαρυτικής επιτάχυνσης καθορίζεται από τον τύπο

Η δύναμη της βαρύτητας εκδηλώνεται με δύο τρόπους: α) εάν το σώμα δεν έχει στήριγμα, τότε η δύναμη της βαρύτητας μεταδίδει την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης στο σώμα. β) αν ένα σώμα έχει στήριγμα, τότε, έλκόμενο από τη Γη, ενεργεί πάνω στο στήριγμα. Η δύναμη με την οποία ένα σώμα δρα σε ένα στήριγμα λόγω έλξης προς τη Γη ονομάζεται βάρος. Το βάρος εφαρμόζεται στο στήριγμα.

Εάν το στήριγμα δεν έχει επιτάχυνση, τότε το μέτρο βάρους είναι ίσο με το μέτρο βαρύτητας. P=F βαρύ Εάν το στήριγμα έχει επιτάχυνση προς τα πάνω, τότε ο συντελεστής βάρους είναι μεγαλύτερος από τον συντελεστή βαρύτητας. P=F σκέλος +ma. Εάν το στήριγμα έχει επιτάχυνση κατευθυνόμενη προς τα κάτω, τότε το μέτρο βάρους είναι μικρότερο από το μέτρο βαρύτητας. P=F βαρύ -μα. Εάν το στήριγμα και το σώμα πέφτουν ελεύθερα, τότε το βάρος θα είναι μηδέν. P=0. Αυτή η κατάσταση ονομάζεται έλλειψη βαρύτητας.

Χρησιμοποιώντας το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, μπορεί να υπολογιστεί η πρώτη ταχύτητα διαφυγής.

mg=ma; g=a; a=v 2 /R; g=v2/R; v2 =gR; v = √gR., όπου R είναι η ακτίνα του πλανήτη.

Εισιτήριο Νο 5. Πειραματική τεκμηρίωση των βασικών διατάξεων της μοριακής κινητικής θεωρίας της δομής της ύλης. Ιδανικό αέριο. Βασική εξίσωση της μοριακής κινητικής θεωρίας ιδανικού αερίου. Η θερμοκρασία και η αλλαγή της. Απόλυτη θερμοκρασία.

Όλα τα σώματα αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια - άτομα και μόρια. Με άλλα λόγια, η ουσία έχει μια διακριτή δομή. Με βάση τη θεωρία της διακριτής δομής της ύλης, μια σειρά από τις ιδιότητές της μπορούν να εξηγηθούν και να προβλεφθούν.

Βασικές αρχές του ΜΚΤ(θεωρία μοριακής κινητικής)

1. Όλες οι ουσίες αποτελούνται από μόρια (άτομα).

2. Τα μόρια (άτομα) κινούνται συνεχώς και χαοτικά.

3. Τα μόρια (άτομα) αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

4. Υπάρχουν κενά ανάμεσα στα μόρια (άτομα).

Αυτές οι διατάξεις των ΤΠΕ έχουν πειραματική βάση. Η διάχυση και η κίνηση Brown επιβεβαιώνουν αυτές τις θέσεις. Διάχυση – αμοιβαία διείσδυση σωματιδίων μιας ουσίας μεταξύ σωματιδίων άλλης ουσίας όταν έρχονται σε επαφή. Λόγος Brownian κίνησηείναι η θερμική κίνηση μορίων υγρού (ή αερίου) και οι συγκρούσεις τους με ένα σωματίδιο Brown.

Η τυχαία κίνηση των σωματιδίων που αποτελούν τα σώματα ονομάζεται θερμική κίνηση.Όλα τα μόρια του σώματος συμμετέχουν στη θερμική κίνηση, επομένως, με μια αλλαγή στη θερμική κίνηση, αλλάζει και η κατάσταση του σώματος και οι ιδιότητές του. Μια ουσία μπορεί να βρίσκεται σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης - στερεή, υγρή και αέρια. Η κατάσταση συσσωμάτωσης καθορίζεται από τη θερμοκρασία και την εξωτερική πίεση.

Μια κατάσταση στην οποία μια ουσία δεν έχει το δικό της σχήμα και δεν διατηρεί όγκο ονομάζεται αέρια, η οποία με τη σειρά της χωρίζεται σε αέριο και ατμό. Ένα αέριο είναι μια αέρια κατάσταση σε θερμοκρασία πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία. Τα αέρια που υπάρχουν στη φύση ονομάζονται πραγματικά. Όταν μελετούν τις ιδιότητες των αερίων στη φυσική, χρησιμοποιούν ένα μοντέλο αερίου που δεν υπάρχει στη φύση. Αυτό το μοντέλο ονομάζεται ιδανικό αέριο. Ικανοποιεί τις ακόλουθες προϋποθέσεις: 1) τα μόριά του δεν καταλαμβάνουν όγκο. 2) όντας σε αποστάσεις, τα μόρια ενός ιδανικού αερίου δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. 3) μοριακές αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν μόνο κατά τη διάρκεια απολύτως ελαστικών κρούσεων. 4) ο ελεύθερος χρόνος ταξιδιού είναι πολύ μεγαλύτερος από τον χρόνο σύγκρουσης.

Οποιοδήποτε αέριο προσδιορίζεται από τρεις μακροπαραμέτρους.

Α) πίεση (p) είναι ο λόγος της δύναμης προς την περιοχή. p=F/S)

Β) ο όγκος (V) είναι ένα μέτρο ενός περιορισμένου μέρους του χώρου.

Γ) η θερμοκρασία (Τ) είναι μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας της μεταφορικής κίνησης των μορίων.

Για τις θερμικές διεργασίες αυτό ισχύει βασική εξίσωση ΜΚΤ, που έχει ως εξής:

Σχετική πληροφορία.

Στη φύση, υπάρχουν διάφορες δυνάμεις που χαρακτηρίζουν την αλληλεπίδραση των σωμάτων. Ας εξετάσουμε τις δυνάμεις που εμφανίζονται στη μηχανική.

Βαρυτικές δυνάμεις.Πιθανώς η πρώτη δύναμη της οποίας ο άνθρωπος συνειδητοποίησε την ύπαρξη ήταν η δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί σε σώματα από τη Γη.

Και χρειάστηκαν πολλοί αιώνες για να καταλάβουν οι άνθρωποι ότι η δύναμη της βαρύτητας δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων. Και χρειάστηκαν πολλοί αιώνες για να καταλάβουν οι άνθρωποι ότι η δύναμη της βαρύτητας δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων. Ο Άγγλος φυσικός Newton ήταν ο πρώτος που κατάλαβε αυτό το γεγονός. Αναλύοντας τους νόμους που διέπουν την κίνηση των πλανητών (νόμοι του Κέπλερ), κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι παρατηρούμενοι νόμοι κίνησης των πλανητών μπορούν να εκπληρωθούν μόνο εάν υπάρχει ελκτική δύναμη μεταξύ τους, ευθέως ανάλογη με τη μάζα τους και αντιστρόφως ανάλογη με την τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

Newton διατυπώθηκε νόμος της παγκόσμιας έλξης. Οποιαδήποτε δύο σώματα ελκύουν το ένα το άλλο. Η δύναμη έλξης μεταξύ των σημειακών σωμάτων κατευθύνεται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που τα συνδέει, είναι ευθέως ανάλογη με τις μάζες και των δύο και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους:

Σε αυτή την περίπτωση, σημειακά σώματα νοούνται ως σώματα των οποίων οι διαστάσεις είναι πολλές φορές μικρότερες από την απόσταση μεταξύ τους.

Οι δυνάμεις της παγκόσμιας βαρύτητας ονομάζονται δυνάμεις βαρύτητας. Ο συντελεστής αναλογικότητας G ονομάζεται σταθερά βαρύτητας. Η τιμή του προσδιορίστηκε πειραματικά: G = 6,7 10¯11 N m2 / kg2.

Βαρύτηταπου δρα κοντά στην επιφάνεια της Γης κατευθύνεται προς το κέντρο της και υπολογίζεται από τον τύπο:

όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας (g = 9,8 m/s²).

Ο ρόλος της βαρύτητας στη ζωντανή φύση είναι πολύ σημαντικός, καθώς το μέγεθος, το σχήμα και οι αναλογίες των ζωντανών όντων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθός της.

Σωματικό βάρος.Ας εξετάσουμε τι συμβαίνει όταν κάποιο φορτίο τοποθετείται σε οριζόντιο επίπεδο (στήριγμα). Την πρώτη στιγμή μετά τη μείωση του φορτίου, αρχίζει να κινείται προς τα κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας (Εικ. 8).

Το επίπεδο κάμπτεται και εμφανίζεται μια ελαστική δύναμη (αντίδραση υποστήριξης) που κατευθύνεται προς τα πάνω. Αφού η ελαστική δύναμη (Fу) εξισορροπήσει τη δύναμη της βαρύτητας, το χαμήλωμα του σώματος και η απόκλιση του στηρίγματος θα σταματήσουν.

Η εκτροπή του υποστηρίγματος προέκυψε υπό τη δράση του σώματος, επομένως, μια ορισμένη δύναμη (P) δρα στο στήριγμα από την πλευρά του σώματος, η οποία ονομάζεται βάρος του σώματος (Εικ. 8, β). Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, το βάρος ενός σώματος είναι ίσο σε μέγεθος με τη δύναμη αντίδρασης του εδάφους και κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

P = - Fу = Βαρύ.

Σωματικό βάρος ονομάζεται η δύναμη P με την οποία ένα σώμα ενεργεί σε ένα οριζόντιο στήριγμα που είναι ακίνητο σε σχέση με αυτό.

Δεδομένου ότι η δύναμη της βαρύτητας (βάρος) εφαρμόζεται στο στήριγμα, αυτό παραμορφώνεται και, λόγω της ελαστικότητάς του, εξουδετερώνει τη δύναμη της βαρύτητας. Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται σε αυτή την περίπτωση από την πλευρά του στηρίγματος ονομάζονται δυνάμεις αντίδρασης υποστήριξης και το ίδιο το φαινόμενο της ανάπτυξης της αντεπίδρασης ονομάζεται αντίδραση υποστήριξης. Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, η δύναμη αντίδρασης υποστήριξης είναι ίση σε μέγεθος με τη δύναμη της βαρύτητας του σώματος και αντίθετη ως προς την κατεύθυνση.

Εάν ένα άτομο σε ένα στήριγμα κινείται με την επιτάχυνση των μερών του σώματός του που κατευθύνονται από το στήριγμα, τότε η δύναμη αντίδρασης του στηρίγματος αυξάνεται κατά το ποσό ma, όπου m είναι η μάζα του ατόμου και είναι η επιτάχυνση με την οποία μέρη του σώματός του κινούνται. Αυτά τα δυναμικά φαινόμενα μπορούν να καταγραφούν χρησιμοποιώντας συσκευές μέτρησης καταπόνησης (δυναμογράμματα).

Το βάρος δεν πρέπει να συγχέεται με το σωματικό βάρος. Η μάζα ενός σώματος χαρακτηρίζει τις αδρανείς ιδιότητές του και δεν εξαρτάται ούτε από τη δύναμη της βαρύτητας ούτε από την επιτάχυνση με την οποία κινείται.

Το βάρος ενός σώματος χαρακτηρίζει τη δύναμη με την οποία δρα στο στήριγμα και εξαρτάται τόσο από τη δύναμη της βαρύτητας όσο και από την επιτάχυνση της κίνησης.

Για παράδειγμα, στη Σελήνη το βάρος ενός σώματος είναι περίπου 6 φορές μικρότερο από το βάρος ενός σώματος στη Γη, η μάζα και στις δύο περιπτώσεις είναι η ίδια και καθορίζεται από την ποσότητα της ύλης στο σώμα.

Στην καθημερινή ζωή, την τεχνολογία και τον αθλητισμό, το βάρος συχνά υποδεικνύεται όχι σε Newton (N), αλλά σε κιλά δύναμης (kgf). Η μετάβαση από τη μια μονάδα στην άλλη πραγματοποιείται σύμφωνα με τον τύπο: 1 kgf = 9,8 N.

Όταν το στήριγμα και το σώμα είναι ακίνητα, τότε η μάζα του σώματος είναι ίση με τη βαρύτητα αυτού του σώματος. Όταν το στήριγμα και το σώμα κινούνται με κάποια επιτάχυνση, τότε, ανάλογα με την κατεύθυνσή του, το σώμα μπορεί να βιώσει είτε έλλειψη βαρύτητας είτε υπερφόρτωση. Όταν η επιτάχυνση συμπίπτει ως προς την κατεύθυνση και είναι ίση με την επιτάχυνση της βαρύτητας, το βάρος του σώματος θα είναι μηδέν, επομένως προκύπτει κατάσταση έλλειψης βαρύτητας (ISS, ανελκυστήρας υψηλής ταχύτητας κατά το κατέβασμα). Όταν η επιτάχυνση της κίνησης στήριξης είναι αντίθετη από την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, το άτομο βιώνει υπερφόρτωση (εκτόξευση επανδρωμένου διαστημικού σκάφους από την επιφάνεια της Γης, ανελκυστήρας υψηλής ταχύτητας που ανεβαίνει προς τα πάνω).

Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα το 1687 ενώ μελετούσε την κίνηση του δορυφόρου της Σελήνης γύρω από τη Γη. Ο Άγγλος φυσικός διατύπωσε ξεκάθαρα ένα αξίωμα που χαρακτηρίζει τις δυνάμεις έλξης. Επιπλέον, αναλύοντας τους νόμους του Κέπλερ, ο Νεύτων υπολόγισε ότι οι βαρυτικές δυνάμεις πρέπει να υπάρχουν όχι μόνο στον πλανήτη μας, αλλά και στο διάστημα.

Ιστορικό

Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης δεν γεννήθηκε αυθόρμητα. Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι μελετούσαν τον ουρανό, κυρίως για να συντάξουν γεωργικά ημερολόγια, να υπολογίσουν σημαντικές ημερομηνίες και θρησκευτικές γιορτές. Οι παρατηρήσεις έδειξαν ότι στο κέντρο του «κόσμου» υπάρχει ένας Φωτεινός (Ήλιος), γύρω από τον οποίο περιστρέφονται τα ουράνια σώματα σε τροχιές. Στη συνέχεια, τα δόγματα της εκκλησίας δεν επέτρεψαν να ληφθεί υπόψη αυτό και οι άνθρωποι έχασαν τη γνώση που συσσωρεύτηκαν εδώ και χιλιάδες χρόνια.

Τον 16ο αιώνα, πριν την εφεύρεση των τηλεσκοπίων, εμφανίστηκε ένας γαλαξίας αστρονόμων που κοίταζαν τον ουρανό με επιστημονικό τρόπο, απορρίπτοντας τις απαγορεύσεις της εκκλησίας. Ο Τ. Μπράχε, έχοντας παρατηρήσει το διάστημα για πολλά χρόνια, συστηματοποίησε τις κινήσεις των πλανητών με ιδιαίτερη προσοχή. Αυτά τα εξαιρετικά ακριβή δεδομένα βοήθησαν τον I. Kepler να ανακαλύψει στη συνέχεια τους τρεις νόμους του.

Την εποχή που ο Ισαάκ Νεύτων ανακάλυψε τον νόμο της βαρύτητας (1667), το ηλιοκεντρικό σύστημα του κόσμου του Ν. Κοπέρνικου καθιερώθηκε τελικά στην αστρονομία. Σύμφωνα με αυτήν, καθένας από τους πλανήτες του συστήματος περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο σε τροχιές που, με επαρκή προσέγγιση για πολλούς υπολογισμούς, μπορούν να θεωρηθούν κυκλικές. Στις αρχές του 17ου αι. Ο I. Kepler, αναλύοντας τα έργα του T. Brahe, καθιέρωσε κινηματικούς νόμους που χαρακτηρίζουν τις κινήσεις των πλανητών. Η ανακάλυψη έγινε το θεμέλιο για την αποσαφήνιση της δυναμικής της κίνησης των πλανητών, δηλαδή των δυνάμεων που καθορίζουν ακριβώς αυτό το είδος της κίνησής τους.

Περιγραφή της αλληλεπίδρασης

Σε αντίθεση με τις αδύναμες και ισχυρές αλληλεπιδράσεις μικρής περιόδου, η βαρύτητα και τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία έχουν ιδιότητες μεγάλης εμβέλειας: η επιρροή τους εκδηλώνεται σε τεράστιες αποστάσεις. Τα μηχανικά φαινόμενα στον μακρόκοσμο επηρεάζονται από δύο δυνάμεις: την ηλεκτρομαγνητική και τη βαρυτική. Η επίδραση των πλανητών στους δορυφόρους, η πτήση ενός εκτοξευόμενου αντικειμένου, η αιώρηση ενός σώματος σε ένα υγρό - σε κάθε ένα από αυτά τα φαινόμενα δρουν βαρυτικές δυνάμεις. Αυτά τα αντικείμενα έλκονται από τον πλανήτη και έλκονται προς αυτόν, εξ ου και η ονομασία «νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας».

Έχει αποδειχθεί ότι υπάρχει σίγουρα μια δύναμη αμοιβαίας έλξης μεταξύ των φυσικών σωμάτων. Φαινόμενα όπως η πτώση αντικειμένων στη Γη, η περιστροφή της Σελήνης και των πλανητών γύρω από τον Ήλιο, που συμβαίνουν υπό την επίδραση των δυνάμεων της παγκόσμιας βαρύτητας, ονομάζονται βαρυτικά.

Νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας: τύπος

Η παγκόσμια βαρύτητα διατυπώνεται ως εξής: οποιαδήποτε δύο υλικά αντικείμενα έλκονται μεταξύ τους με μια ορισμένη δύναμη. Το μέγεθος αυτής της δύναμης είναι ευθέως ανάλογο με το γινόμενο των μαζών αυτών των αντικειμένων και αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους:

Στον τύπο, m1 και m2 είναι οι μάζες των υλικών αντικειμένων που μελετώνται. r είναι η απόσταση που προσδιορίζεται μεταξύ των κέντρων μάζας των υπολογιζόμενων αντικειμένων. Το G είναι ένα σταθερό βαρυτικό μέγεθος που εκφράζει τη δύναμη με την οποία συμβαίνει η αμοιβαία έλξη δύο αντικειμένων βάρους 1 kg το καθένα, που βρίσκονται σε απόσταση 1 m.

Από τι εξαρτάται η δύναμη της έλξης;

Ο νόμος της βαρύτητας λειτουργεί διαφορετικά ανάλογα με την περιοχή. Δεδομένου ότι η δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται από τις τιμές του γεωγραφικού πλάτους σε μια συγκεκριμένη περιοχή, ομοίως, η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει διαφορετικές τιμές σε διαφορετικά σημεία. Η δύναμη της βαρύτητας και, κατά συνέπεια, η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης έχουν μέγιστη τιμή στους πόλους της Γης - η δύναμη της βαρύτητας σε αυτά τα σημεία είναι ίση με τη δύναμη έλξης. Οι ελάχιστες τιμές θα είναι στον ισημερινό.

Η υδρόγειος είναι ελαφρώς πεπλατυσμένη, η πολική της ακτίνα είναι περίπου 21,5 km μικρότερη από την ισημερινή ακτίνα. Ωστόσο, αυτή η εξάρτηση είναι λιγότερο σημαντική σε σύγκριση με την καθημερινή περιστροφή της Γης. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι λόγω της επιμήκυνσης της Γης στον ισημερινό, το μέγεθος της επιτάχυνσης λόγω της βαρύτητας είναι ελαφρώς μικρότερο από την τιμή της στον πόλο κατά 0,18% και μετά την καθημερινή περιστροφή - κατά 0,34%.

Ωστόσο, στο ίδιο σημείο στη Γη, η γωνία μεταξύ των διανυσμάτων κατεύθυνσης είναι μικρή, επομένως η απόκλιση μεταξύ της δύναμης έλξης και της δύναμης της βαρύτητας είναι ασήμαντη και μπορεί να αγνοηθεί στους υπολογισμούς. Δηλαδή, μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι μονάδες αυτών των δυνάμεων είναι οι ίδιες - η επιτάχυνση της βαρύτητας κοντά στην επιφάνεια της Γης είναι η ίδια παντού και είναι περίπου 9,8 m/s².

συμπέρασμα

Ο Ισαάκ Νεύτων ήταν ένας επιστήμονας που έκανε μια επιστημονική επανάσταση, ανοικοδόμησε πλήρως τις αρχές της δυναμικής και, στη βάση τους, δημιούργησε μια επιστημονική εικόνα του κόσμου. Η ανακάλυψή του επηρέασε την ανάπτυξη της επιστήμης και τη δημιουργία υλικού και πνευματικού πολιτισμού. Έπεσε στη μοίρα του Νεύτωνα να αναθεωρήσει τα αποτελέσματα της ιδέας του κόσμου. Τον 17ο αιώνα Οι επιστήμονες ολοκλήρωσαν το μεγαλειώδες έργο της οικοδόμησης των θεμελίων μιας νέας επιστήμης - της φυσικής.