La Ley de la gravedad. Científicos sobre la fuerza de gravedad.

Newton fue el primero en establecer que la caída de una piedra sobre la Tierra, el movimiento de los planetas alrededor del Sol, el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra es causado por una fuerza o interacción gravitatoria.

La interacción entre cuerpos a distancia se realiza por medio del campo gravitatorio creado por ellos. Gracias a una serie de hechos experimentales, Newton pudo establecer la dependencia de la fuerza de atracción entre dos cuerpos con respecto a la distancia que los separa. La ley de Newton, llamada ley de atracción universal, establece que dos cuerpos cualesquiera se atraen entre sí con una fuerza proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La ley se llama universal o universal, ya que describe la interacción gravitacional entre un par de cuerpos en el Universo que tienen masa. Estas fuerzas son muy débiles, pero no hay barreras para ellas.

La ley en términos literales es:

Gravedad

El globo informa la misma aceleración g = 9,8 m/s2 a todos los cuerpos que caen a la Tierra, lo que se denomina aceleración de caída libre. Y esto quiere decir que la Tierra actúa, atrae, a todos los cuerpos con una fuerza llamada gravedad. Este es un tipo especial de fuerzas de gravitación universal. La fuerza de gravedad es , depende de la masa corporal m, medida en kilogramos (kg). Se toma como una aproximación el valor g = 9.8m/s2, en diferentes latitudes y en diferentes longitudes su valor cambia ligeramente debido a que:

• el radio de la Tierra varía del polo al ecuador (lo que conduce a una disminución del valor de g en el ecuador en un 0,18%);
• el efecto centrífugo provocado por la rotación depende de la latitud geográfica (reduce el valor en un 0,34%).

Ingravidez

Supongamos que un cuerpo cae bajo la influencia de la gravedad. Otras fuerzas no actúan sobre él. Este movimiento se llama caída libre. En el período de tiempo en que solo Fstrand actúa sobre el cuerpo, el cuerpo estará en ingravidez. En caída libre, el peso de una persona desaparece.

El peso es la fuerza con la que un cuerpo estira una suspensión o actúa sobre un soporte horizontal.

El estado de ingravidez lo experimenta un paracaidista durante un salto, una persona durante un salto de esquí, un pasajero de avión que cae en un agujero de aire. Sentimos la ingravidez solo por un tiempo muy corto, solo unos segundos. Pero los astronautas en una nave espacial que vuela en órbita con los motores apagados experimentan la ingravidez durante mucho tiempo. La nave espacial se encuentra en un estado de caída libre y los cuerpos dejan de actuar sobre el soporte o la suspensión: están en ingravidez.

satélites artificiales de la tierra

Es posible vencer la gravedad de la Tierra si el cuerpo tiene cierta velocidad. Usando la ley de la gravedad, se puede determinar la velocidad a la que un cuerpo de masa m, girando en una órbita circular alrededor del planeta, no caerá sobre él y será su satélite. Considere el movimiento de un cuerpo en un círculo alrededor de la Tierra. El cuerpo se ve afectado por la fuerza gravitacional de la Tierra. De la segunda ley de Newton tenemos:

Como el cuerpo se mueve en un círculo con aceleración centrípeta:

Donde r es el radio de la órbita circular, R = 6400 km es el radio de la Tierra y h es la altura sobre la superficie de la Tierra donde se mueve el satélite. La fuerza F que actúa sobre un cuerpo de masa m es igual a , donde Mz = 5,98 * 1024 kg es la masa de la Tierra.
Tenemos: . expresando la velocidad ella será llamada el primero cósmico es la velocidad más baja, en cuya comunicación con el cuerpo, se convierte en un satélite artificial de la Tierra (AES).

También se le llama circular. Tomamos la altura igual a 0 y encontramos esta velocidad, es aproximadamente igual a:
Es igual a la velocidad de un satélite que gira alrededor de la Tierra en una órbita circular en ausencia de resistencia atmosférica.
De la fórmula se puede ver que la velocidad de un satélite no depende de su masa, lo que significa que cualquier cuerpo puede convertirse en un satélite artificial.
Si le das al cuerpo una mayor velocidad, vencerá la gravedad de la Tierra.

La segunda velocidad cósmica se llama la velocidad más baja, que permite que el cuerpo supere la gravedad de la Tierra sin la influencia de ninguna fuerza adicional y se convierta en un satélite del Sol.

Esta velocidad se denominó parabólica, corresponde a la trayectoria parabólica del cuerpo en el campo gravitatorio de la Tierra (si no hay resistencia atmosférica). Se puede calcular a partir de la fórmula:

Aquí r es la distancia desde el centro de la Tierra hasta el lugar de lanzamiento.
En la superficie de la tierra . Hay una velocidad más, con la que el cuerpo puede salir del sistema solar y navegar por las extensiones del espacio.

La tercera velocidad cósmica, la velocidad más baja que permite a una nave espacial superar la gravedad del Sol y abandonar el sistema solar.

esta velocidad

¿Por qué ley me van a colgar?
- Y colgamos a todos de acuerdo con una ley: la ley de la gravitación universal.

Ley de la gravedad

El fenómeno de la gravedad es la ley de la gravitación universal. Dos cuerpos actúan uno sobre otro con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa y directamente proporcional al producto de sus masas.

Matemáticamente, podemos expresar esta gran ley mediante la fórmula

La gravedad actúa sobre grandes distancias en el universo. Pero Newton argumentó que todos los objetos se atraen mutuamente. ¿Es cierto que dos objetos cualesquiera se atraen? Imagínate, se sabe que la Tierra te atrae sentado en una silla. Pero, ¿alguna vez has pensado en el hecho de que una computadora y un mouse se atraen? ¿O un lápiz y un bolígrafo sobre la mesa? En este caso, sustituimos la masa de la pluma, la masa del lápiz en la fórmula, dividimos por el cuadrado de la distancia entre ellos, teniendo en cuenta la constante gravitacional, obtenemos la fuerza de su atracción mutua. Pero, saldrá tan pequeño (debido a las pequeñas masas de la pluma y el lápiz) que no sentiremos su presencia. Otra cosa es cuando se trata de la Tierra y una silla, o del Sol y la Tierra. Las masas son significativas, lo que significa que ya podemos evaluar el efecto de la fuerza.

Pensemos en la aceleración de caída libre. Esta es la operación de la ley de la atracción. Bajo la acción de una fuerza, el cuerpo cambia de velocidad cuanto más lento, mayor es la masa. Como resultado, todos los cuerpos caen a la Tierra con la misma aceleración.

¿Cuál es la causa de este poder único e invisible? Hasta la fecha, se conoce y está probada la existencia de un campo gravitatorio. Puede obtener más información sobre la naturaleza del campo gravitatorio en el material adicional sobre el tema.

Piensa en lo que es la gravedad. ¿De dónde es? ¿Que representa? Después de todo, ¿no puede ser que el planeta mire al Sol, vea cuánto se aleja, calcule el inverso del cuadrado de la distancia de acuerdo con esta ley?

Dirección de la gravedad

Hay dos cuerpos, digamos cuerpo A y B. El cuerpo A atrae al cuerpo B. La fuerza con la que actúa el cuerpo A comienza sobre el cuerpo B y se dirige hacia el cuerpo A. Es decir, "toma" el cuerpo B y lo atrae hacia sí mismo. . El cuerpo B "hace" lo mismo con el cuerpo A.

Todo cuerpo es atraído por la tierra. La tierra "toma" el cuerpo y lo atrae hacia su centro. Por tanto, esta fuerza siempre estará dirigida verticalmente hacia abajo, y se aplica desde el centro de gravedad del cuerpo, se llama gravedad.

Lo principal para recordar

Algunos métodos de exploración geológica, predicción de mareas y, más recientemente, el cálculo del movimiento de satélites artificiales y estaciones interplanetarias. Cálculo temprano de la posición de los planetas.

¿Podemos organizar un experimento de este tipo nosotros mismos y no adivinar si los planetas, los objetos se atraen?

Una experiencia tan directa hecha Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - físico y químico inglés) utilizando el dispositivo que se muestra en la figura. La idea era colgar una varilla con dos bolas en un hilo de cuarzo muy fino y luego llevar dos bolas grandes de plomo a un lado de ellas. La atracción de las bolas torcerá el hilo ligeramente, ligeramente, porque las fuerzas de atracción entre los objetos ordinarios son muy débiles. Con la ayuda de tal instrumento, Cavendish pudo medir directamente la fuerza, la distancia y la magnitud de ambas masas y, por lo tanto, determinar constante gravitacional G.

El descubrimiento único de la constante gravitacional G, que caracteriza el campo gravitatorio en el espacio, permitió determinar la masa de la Tierra, el Sol y otros cuerpos celestes. Por lo tanto, Cavendish llamó a su experiencia "pesar la Tierra".

Curiosamente, las diversas leyes de la física tienen algunas características comunes. Pasemos a las leyes de la electricidad (fuerza de Coulomb). Las fuerzas eléctricas también son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia, pero ya entre las cargas, y surge involuntariamente el pensamiento de que este patrón tiene un significado profundo. Hasta ahora nadie ha sido capaz de presentar la gravedad y la electricidad como dos manifestaciones diferentes de una misma esencia.

La fuerza aquí también varía inversamente con el cuadrado de la distancia, pero la diferencia en la magnitud de las fuerzas eléctricas y las fuerzas gravitatorias es sorprendente. Al tratar de establecer la naturaleza común de la gravedad y la electricidad, encontramos tal superioridad de las fuerzas eléctricas sobre las fuerzas gravitatorias que es difícil creer que ambas tengan la misma fuente. ¿Cómo puedes decir que uno es más fuerte que el otro? Después de todo, todo depende de cuál es la masa y cuál es la carga. Discutiendo sobre qué tan fuerte actúa la gravedad, no tienes derecho a decir: "Tomemos una masa de tal y tal tamaño", porque la eliges tú mismo. Pero si tomamos lo que la Naturaleza misma nos ofrece (sus propios números y medidas, que nada tienen que ver con nuestras pulgadas, años, nuestras medidas), entonces podemos comparar. Tomaremos una partícula cargada elemental, como por ejemplo un electrón. Dos partículas elementales, dos electrones, debido a la carga eléctrica se repelen con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa, y debido a la gravedad se atraen nuevamente con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

Pregunta: ¿Cuál es la relación entre la fuerza gravitacional y la fuerza eléctrica? La gravitación está relacionada con la repulsión eléctrica como el uno con un número de 42 ceros. Esto es profundamente desconcertante. ¿De dónde podría venir un número tan grande?

La gente está buscando este enorme factor en otros fenómenos naturales. Pasan por todo tipo de números grandes, y si quieres un número grande, ¿por qué no tomar, digamos, la relación entre el diámetro del universo y el diámetro de un protón? Sorprendentemente, este también es un número con 42 ceros. Y dicen: ¿tal vez este coeficiente sea igual a la relación entre el diámetro del protón y el diámetro del universo? Este es un pensamiento interesante, pero a medida que el universo se expande gradualmente, la constante de gravedad también debe cambiar. Aunque esta hipótesis aún no ha sido refutada, no tenemos ninguna evidencia a su favor. Por el contrario, alguna evidencia sugiere que la constante de gravedad no cambió de esta manera. Este enorme número sigue siendo un misterio hasta el día de hoy.

Einstein tuvo que modificar las leyes de la gravedad de acuerdo con los principios de la relatividad. El primero de estos principios dice que la distancia x no puede ser superada instantáneamente, mientras que según la teoría de Newton, las fuerzas actúan instantáneamente. Einstein tuvo que cambiar las leyes de Newton. Estos cambios, los refinamientos son muy pequeños. Una de ellas es esta: como la luz tiene energía, la energía es equivalente a la masa, y todas las masas se atraen, la luz también atrae y, por tanto, al pasar por el Sol, debe ser desviada. Así es como sucede en realidad. La fuerza de la gravedad también está ligeramente modificada en la teoría de Einstein. Pero este ligero cambio en la ley de la gravedad es suficiente para explicar algunas de las aparentes irregularidades en el movimiento de Mercurio.

Los fenómenos físicos en el microcosmos están sujetos a otras leyes que los fenómenos en el mundo de las grandes escalas. Surge la pregunta: ¿cómo se manifiesta la gravedad en un mundo de pequeñas escalas? La teoría cuántica de la gravedad la responderá. Pero todavía no existe una teoría cuántica de la gravedad. La gente aún no ha tenido mucho éxito en la creación de una teoría de la gravedad que sea totalmente consistente con los principios de la mecánica cuántica y con el principio de incertidumbre.

Según las leyes de Newton, el movimiento de un cuerpo con aceleración sólo es posible bajo la acción de una fuerza. Porque Los cuerpos que caen se mueven con una aceleración dirigida hacia abajo, luego son afectados por la fuerza de atracción hacia la Tierra. Pero no sólo la Tierra tiene la propiedad de actuar sobre todos los cuerpos por la fuerza de atracción. Isaac Newton sugirió que las fuerzas de atracción actúan entre todos los cuerpos. Estas fuerzas se llaman fuerzas de gravedad o gravitacional efectivo.

Habiendo extendido las leyes establecidas - la dependencia de la fuerza de atracción de los cuerpos a la Tierra de las distancias entre los cuerpos y de las masas de los cuerpos que interactúan, obtenidas como resultado de las observaciones - Newton descubrió en 1682 ley de la gravedad:Todos los cuerpos se atraen entre sí, la fuerza de gravitación universal es directamente proporcional al producto de las masas de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa:

Los vectores de fuerzas de gravitación universal están dirigidos a lo largo de la línea recta que conecta los cuerpos. El factor de proporcionalidad G se llama constante gravitatoria (constante gravitacional universal) e igual a

.

gravedad llamada fuerza de atracción que actúa desde la Tierra sobre todos los cuerpos:

.

Dejar
es la masa de la tierra y
es el radio de la tierra. Considere la dependencia de la aceleración de la caída libre de la altura del ascenso sobre la superficie de la Tierra:

Peso corporal. Ingravidez

Peso corporal - la fuerza con la que un cuerpo presiona sobre un soporte o suspensión debido a la atracción de este cuerpo por el suelo. El peso del cuerpo se aplica al soporte (suspensión). La cantidad de peso corporal depende de cómo se mueve el cuerpo con apoyo (suspensión).

Peso corporal, es decir la fuerza con la que el cuerpo actúa sobre el soporte y la fuerza elástica con la que el soporte actúa sobre el cuerpo, de acuerdo con la tercera ley de Newton, son iguales en valor absoluto y sentido opuesto.

Si el cuerpo está en reposo sobre un soporte horizontal o se mueve uniformemente, sobre él sólo actúan la fuerza de gravedad y la fuerza elástica del lado del soporte, por lo tanto el peso del cuerpo es igual a la fuerza de gravedad (pero estas fuerzas se aplican a diferentes cuerpos):

.

Con un movimiento acelerado, el peso del cuerpo no será igual a la fuerza de la gravedad. Considere el movimiento de un cuerpo con masa m bajo la acción de la gravedad y la elasticidad con la aceleración. Según la segunda ley de Newton:

Si la aceleración del cuerpo se dirige hacia abajo, entonces el peso del cuerpo es menor que la fuerza de gravedad; si la aceleración del cuerpo se dirige hacia arriba, entonces todos los cuerpos son mayores que la fuerza de gravedad.

El aumento de peso corporal provocado por el movimiento acelerado del soporte o suspensión se denomina sobrecarga.

Si el cuerpo cae libremente, de la fórmula * se deduce que el peso del cuerpo es cero. La desaparición del peso durante el movimiento del soporte con la aceleración de caída libre se denomina ingravidez.

El estado de ingravidez se observa en un avión o nave espacial cuando se mueven con la aceleración de la caída libre, independientemente de la velocidad de su movimiento. Fuera de la atmósfera terrestre, cuando los motores a reacción están apagados, solo la fuerza de la gravitación universal actúa sobre la nave espacial. Bajo la influencia de esta fuerza, la nave espacial y todos los cuerpos en ella se mueven con la misma aceleración; por lo tanto, el fenómeno de la ingravidez se observa en la nave.

El movimiento de un cuerpo bajo la influencia de la gravedad. Movimiento de satélites artificiales. primera velocidad cósmica

Si el módulo de desplazamiento del cuerpo es mucho menor que la distancia al centro de la Tierra, entonces la fuerza de la gravitación universal durante el movimiento puede considerarse constante y el movimiento del cuerpo se acelera uniformemente. El caso más simple de movimiento de un cuerpo bajo la acción de la gravedad es la caída libre con velocidad inicial cero. En este caso, el cuerpo se mueve con la aceleración de la caída libre hacia el centro de la Tierra. Si hay una velocidad inicial que no está dirigida verticalmente, entonces el cuerpo se mueve a lo largo de una trayectoria curva (parábola, si no se tiene en cuenta la resistencia del aire).

A una determinada velocidad inicial, un cuerpo lanzado tangencialmente a la superficie terrestre, bajo la acción de la gravedad en ausencia de atmósfera, puede moverse en círculo alrededor de la Tierra sin caer sobre ella y sin alejarse de ella. Esta velocidad se llama primera velocidad cósmica, y el cuerpo moviéndose de esta manera - Satélite terrestre artificial (AES).

Definamos la primera velocidad cósmica de la Tierra. Si un cuerpo bajo la influencia de la gravedad se mueve alrededor de la Tierra uniformemente en un círculo, entonces la aceleración de caída libre es su aceleración centrípeta:

.

Por lo tanto, la primera velocidad cósmica es

.

La primera velocidad cósmica de cualquier cuerpo celeste se determina de la misma manera. La aceleración de caída libre a una distancia R del centro de un cuerpo celeste se puede encontrar utilizando la segunda ley de Newton y la ley de la gravitación universal:

.

Por tanto, la primera velocidad cósmica a una distancia R del centro de un cuerpo celeste de masa M es igual a

.

Para lanzar un satélite a una órbita cercana a la Tierra, primero debe sacarse de la atmósfera. Por lo tanto, las naves espaciales se lanzan verticalmente. A una altitud de 200 - 300 km de la superficie de la Tierra, donde la atmósfera está enrarecida y casi no tiene efecto sobre el movimiento del satélite, el cohete da un giro e informa al satélite de la primera velocidad cósmica en la dirección perpendicular a la vertical.

Todos caminamos sobre la Tierra porque nos atrae. Si la Tierra no atrajera todos los cuerpos en su superficie, entonces nosotros, al habernos repelido, volaríamos hacia el espacio. Pero esto no sucede, y todos conocen la existencia de la gravedad terrestre.

¿Estamos tirando de la tierra? ¡Luna atrae!

¿Atraemos la tierra hacia nosotros? Pregunta ridícula, ¿verdad? Pero veamos. ¿Sabes qué son las mareas en los mares y océanos? Todos los días, el agua sale de la costa, vaga durante varias horas y luego, como si nada, regresa.

Entonces, el agua en este momento no se desconoce dónde, pero aproximadamente en el medio del océano. Allí se forma algo así como una montaña de agua. Increíble, ¿verdad? El agua, que tiende a esparcirse, no sólo fluye por sí misma, sino que también forma montañas. Y en estas montañas se concentra una enorme masa de agua.

Basta con considerar el volumen total de agua que se aleja de la costa durante las mareas bajas y comprenderá que estamos hablando de cantidades gigantescas. Pero si esto sucede, debe haber alguna razón. Y hay una razón. La razón radica en el hecho de que la luna atrae esta agua.

A medida que gira alrededor de la Tierra, la Luna pasa sobre los océanos y atrae las aguas del océano hacia ella. La luna gira alrededor de la tierra porque es atraída por la tierra. Pero resulta que ella misma al mismo tiempo atrae a la Tierra hacia sí misma. La tierra, sin embargo, es demasiado grande para ella, pero su influencia es suficiente para mover el agua en los océanos.

Fuerza y ​​ley de gravitación universal: concepto y fórmula

Y ahora vayamos más allá y pensemos: si dos cuerpos enormes, estando cerca, ambos se atraen, ¿no es lógico suponer que los cuerpos más pequeños también se atraerán? ¿Es solo que son mucho más pequeños y su fuerza de atracción será pequeña?

Resulta que esta suposición es absolutamente correcta. Absolutamente entre todos los cuerpos del Universo existen fuerzas de atracción o, en otras palabras, fuerzas de gravitación universal.

Isaac Newton fue el primero en descubrir y formular tal fenómeno en forma de ley. La ley de la gravitación universal dice: todos los cuerpos se atraen entre sí, mientras que la fuerza de su atracción es directamente proporcional a la masa de cada uno de los cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa:

F = G * (m_1 * m_2) / r^2 ,

donde F es el valor del vector de fuerza de atracción entre los cuerpos, m_1 y m_2 son las masas de estos cuerpos, r es la distancia entre los cuerpos, G es la constante gravitacional.

La constante gravitatoria es numéricamente igual a la fuerza que existe entre cuerpos de 1 kg de masa, situados a una distancia de 1 metro. Este valor se encuentra experimentalmente: G=6.67*〖10〗^(-11) N* m^2⁄〖kg〗^2 .

Volviendo a nuestra pregunta original, "¿Estamos tirando de la Tierra?", Podemos responder con confianza "sí". Según la tercera ley de Newton, atraemos a la Tierra exactamente con la misma fuerza con la que la Tierra nos atrae a nosotros. Esta fuerza se puede calcular a partir de la ley de la gravitación universal.

Y de acuerdo con la segunda ley de Newton, el impacto de los cuerpos entre sí por cualquier fuerza se expresa en la forma de la aceleración que se imparten entre sí. Pero la aceleración impartida depende de la masa del cuerpo.

La masa de la Tierra es grande y nos da la aceleración de la caída libre. Y nuestra masa es insignificante comparada con la de la Tierra, y por tanto la aceleración que le damos a la Tierra es prácticamente nula. Por eso nos sentimos atraídos por la Tierra y caminamos sobre ella, y no al revés.

No solo los más misteriosos. fuerzas de la naturaleza pero también el más poderoso.

Hombre en camino al progreso

Históricamente, ha sido humano a medida que avanzas caminos de progreso dominado las fuerzas cada vez más poderosas de la naturaleza. Empezó cuando no tenía más que un palo en el puño y su propia fuerza física.

Pero era sabio y puso a su servicio la fuerza física de los animales, haciéndolos domésticos. El caballo aceleró su carrera, el camello hizo transitable el desierto, el elefante la selva pantanosa. Pero las fuerzas físicas, incluso de los animales más fuertes, son inmensamente pequeñas en comparación con las fuerzas de la naturaleza.

La primera persona subyugó al elemento fuego, pero solo en sus versiones más debilitadas. Inicialmente, durante muchos siglos, utilizó solo madera como combustible, un tipo de combustible de muy bajo consumo energético. Un poco más tarde, aprendió a usar la energía eólica de esta fuente de energía, un hombre levantó el ala blanca de la vela en el aire y un barco ligero voló como un pájaro sobre las olas.

Velero sobre las olas

Expuso las aspas del molino de viento a las ráfagas de viento, y las pesadas piedras de las ruedas de molino giraron, las majas de los granos resonaron. Pero está claro para todos que la energía de los chorros de aire está lejos de estar concentrada. Además, tanto la vela como el molino tenían miedo a los golpes de viento: la tormenta rasgó las velas y hundió los barcos, la tormenta rompió las alas y volcó los molinos.

Incluso más tarde, el hombre comenzó a conquistar el agua que fluye. La rueda no solo es el más primitivo de los dispositivos capaces de convertir la energía del agua en movimiento de rotación, sino también el menos potente en comparación con varios.

El hombre avanzaba por la escalera del progreso y necesitaba cada vez más energía.
Comenzó a usar nuevos tipos de combustible, ya que la transición a la quema de carbón aumentó la intensidad energética de un kilogramo de combustible de 2500 kcal a 7000 kcal, casi tres veces. Luego llegó el momento del petróleo y el gas. Una vez más, el contenido energético de cada kilogramo de combustible fósil ha aumentado entre una vez y media y dos veces.

Las máquinas de vapor fueron reemplazadas por turbinas de vapor; Las ruedas de los molinos fueron reemplazadas por turbinas hidráulicas. Entonces el hombre extendió su mano hacia el átomo de uranio fisible. Sin embargo, el primer uso de un nuevo tipo de energía tuvo consecuencias trágicas: la llama nuclear de Hiroshima en 1945 incineró 70 mil corazones humanos en cuestión de minutos.

En 1954, la primera central nuclear soviética del mundo entró en funcionamiento, convirtiendo el poder del uranio en el poder radiante de la corriente eléctrica. Y cabe señalar que un kilogramo de uranio contiene dos millones de veces más energía que un kilogramo del mejor petróleo.

Era un fuego fundamentalmente nuevo, que podría llamarse físico, porque fueron los físicos quienes estudiaron los procesos que llevaron al nacimiento de tan fabulosas cantidades de energía.
El uranio no es el único combustible nuclear. Ya se está utilizando un tipo de combustible más potente: los isótopos de hidrógeno.

Desafortunadamente, el hombre aún no ha podido sofocar la llama nuclear de hidrógeno-helio. Él sabe cómo encender momentáneamente su fuego abrasador, prendiendo fuego a la reacción en una bomba de hidrógeno con un destello de una explosión de uranio. Pero cada vez más cerca, los científicos ven un reactor de hidrógeno, que generará una corriente eléctrica como resultado de la fusión de núcleos de isótopos de hidrógeno en núcleos de helio.

Una vez más, la cantidad de energía que una persona puede tomar de cada kilogramo de combustible se multiplicará casi por diez. Pero, ¿será este paso el último en la historia venidera del poder humano sobre las fuerzas de la naturaleza?

¡No! Adelante: el dominio de la forma de energía gravitacional. Está incluso más prudentemente empaquetado por la naturaleza que incluso la energía de la fusión de hidrógeno y helio. Hoy en día es la forma de energía más concentrada que una persona pueda imaginar.

Todavía no se ve nada más allí, más allá de la vanguardia de la ciencia. Y aunque podemos decir con confianza que las plantas de energía funcionarán para una persona, procesando la energía gravitatoria en corriente eléctrica (o tal vez en una corriente de gas que sale volando de la boquilla de un motor a reacción, o en la transformación planificada de los omnipresentes átomos de silicio y oxígeno en átomos de metales ultra raros), todavía no podemos decir nada sobre los detalles de tal planta de energía (motor de cohete, reactor físico).

La fuerza de la gravitación universal en los orígenes del nacimiento de las galaxias

La fuerza de la gravitación universal está en los orígenes del nacimiento de las galaxias de la materia preestelar, como está convencido el académico V. A. Ambartsumyan. También extingue las estrellas que han consumido su tiempo, habiendo gastado el combustible estelar que les fue asignado al nacer.

Sí, mira a tu alrededor: todo en la Tierra está controlado en gran medida por esta fuerza.

Es ella quien determina la estructura en capas de nuestro planeta: la alternancia de la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera. Es ella quien guarda una espesa capa de gases del aire, en cuyo fondo y gracias a la cual existimos todos.

Si no hubiera gravedad, la Tierra saldría inmediatamente de su órbita alrededor del Sol y el globo mismo se desmoronaría, desgarrado por las fuerzas centrífugas. Es difícil encontrar algo que no dependa, en un grado u otro, de la fuerza de la gravitación universal.

Por supuesto, los antiguos filósofos, gente muy observadora, no podían dejar de notar que una piedra lanzada hacia arriba siempre regresa. Platón en el siglo IV a. C. explicó esto por el hecho de que todas las sustancias del universo tienden a donde se concentran la mayoría de las sustancias similares: una piedra arrojada cae al suelo o va al fondo, el agua derramada se filtra en el estanque más cercano o en un río que se dirige al mar, el humo de un fuego se precipita a sus nubes afines.

Un alumno de Platón, Aristóteles, aclaró que todos los cuerpos tienen propiedades especiales de pesadez y ligereza. Los cuerpos pesados ​​(piedras, metales) corren hacia el centro del universo, la luz (fuego, humo, vapores) hacia la periferia. Esta hipótesis, que explica algunos de los fenómenos asociados a la fuerza de gravitación universal, existe desde hace más de 2 mil años.

Científicos sobre la fuerza de gravedad.

Probablemente el primero en plantear la cuestión de fuerza de gravedad realmente científico, fue el genio del Renacimiento - Leonardo da Vinci. Leonardo proclamó que la gravitación es característica no sólo de la Tierra, que hay muchos centros de gravedad. Y también sugirió que la fuerza de gravedad depende de la distancia al centro de gravedad.

Los trabajos de Copérnico, Galileo, Kepler, Robert Hooke acercaron cada vez más a la idea de la ley de la gravitación universal, pero en su formulación final esta ley se asocia para siempre con el nombre de Isaac Newton.

Isaac Newton sobre la fuerza de la gravedad

Nacido el 4 de enero de 1643. Se graduó de la Universidad de Cambridge, se convirtió en una licenciatura y luego en una maestría en ciencias.

Todo lo que sigue es una riqueza interminable de trabajos científicos. Pero su obra principal son los "Principios matemáticos de la filosofía natural", publicados en 1687 y habitualmente llamados simplemente "Principios". Es en ellos que se formula lo grande. Probablemente todos lo recuerdan de la escuela secundaria.

Todos los cuerpos se atraen entre sí con una fuerza que es directamente proporcional al producto de las masas de estos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa...

Los predecesores de Newton pudieron anticipar algunas disposiciones de esta formulación, pero aún no se le ha dado a nadie en su totalidad. Se necesitó el genio de Newton para ensamblar estos fragmentos en un todo único a fin de extender la atracción de la Tierra a la Luna y el Sol a todo el sistema planetario.

De la ley de la gravitación universal, Newton derivó todas las leyes del movimiento de los planetas, descubiertas antes por Kepler. Eran simplemente sus consecuencias. Además, Newton demostró que no solo las leyes de Kepler, sino también las desviaciones de estas leyes (en el mundo de tres o más cuerpos) son el resultado de la gravitación universal... Este fue un gran triunfo de la ciencia.

Parecía que finalmente se había descubierto y descrito matemáticamente la principal fuerza de la naturaleza, que mueve los mundos, la fuerza a la que están sujetas las moléculas del aire, las manzanas y el sol. Gigante, inconmensurablemente grande fue el paso dado por Newton.

El primer divulgador de la obra de un científico brillante, el escritor francés Francois Marie Arouet, mundialmente famoso bajo el seudónimo de Voltaire, dijo que Newton de repente adivinó la existencia de una ley que lleva su nombre cuando miró una manzana que caía.

El mismo Newton nunca mencionó esta manzana. Y no vale la pena perder el tiempo hoy en la refutación de esta hermosa leyenda. Y, al parecer, Newton llegó a comprender el gran poder de la naturaleza mediante el razonamiento lógico. Es probable que se incluyera en el capítulo correspondiente de los "Inicios".

La fuerza de la gravedad afecta el vuelo del núcleo.

Supongamos que en una montaña muy alta, tan alta que su cima ya está fuera de la atmósfera, hemos colocado una pieza de artillería gigantesca. Su cañón se colocó estrictamente paralelo a la superficie del globo y se disparó. Describiendo el arco el núcleo cae al suelo.

Aumentamos la carga, mejoramos la calidad de la pólvora, de una forma u otra hacemos que el núcleo se mueva a mayor velocidad después del siguiente disparo. El arco descrito por el núcleo se vuelve más plano. El núcleo cae mucho más lejos del pie de nuestra montaña.

También aumentamos la carga y disparamos. El núcleo vuela a lo largo de una trayectoria tan suave que desciende paralelo a la superficie del globo. El núcleo ya no puede caer a la Tierra: con la misma velocidad con la que cae, la Tierra escapa de debajo de él. Y, habiendo descrito el anillo alrededor de nuestro planeta, el núcleo vuelve al punto de partida.

El arma se puede quitar mientras tanto. Después de todo, el vuelo del núcleo alrededor del globo llevará más de una hora. Y luego el núcleo barrerá rápidamente la cima de la montaña e irá a un nuevo círculo alrededor de la Tierra. Caída, si, como acordamos, el núcleo no experimenta ninguna resistencia del aire, nunca podrá hacerlo.

La velocidad central para esto debería estar cerca de los 8 km/seg. ¿Y si aumentas la velocidad de vuelo del núcleo? Primero volará en un arco, más suave que la curvatura de la superficie terrestre, y comenzará a alejarse de la Tierra. Al mismo tiempo, disminuirá su velocidad bajo la influencia de la gravedad de la Tierra.

Y, finalmente, dando la vuelta, comenzará, por así decirlo, a caer de nuevo a la Tierra, pero la pasará volando y ya no completará un círculo, sino una elipse. El núcleo se moverá alrededor de la Tierra exactamente de la misma manera que la Tierra se mueve alrededor del Sol, es decir, a lo largo de una elipse, en uno de cuyos focos se ubicará el centro de nuestro planeta.

Si aumentamos aún más la velocidad inicial del núcleo, la elipse resultará más estirada. Es posible estirar esta elipse de tal manera que el núcleo llegue a la órbita lunar o incluso mucho más lejos. Pero hasta que la velocidad inicial de este núcleo supere los 11,2 km/s, seguirá siendo un satélite de la Tierra.

El núcleo, que recibió una velocidad de más de 11,2 km / s cuando se disparó, se alejará para siempre de la Tierra a lo largo de una trayectoria parabólica. Si una elipse es una curva cerrada, entonces una parábola es una curva que tiene dos ramas que van al infinito. Moviéndonos a lo largo de una elipse, por muy alargada que sea, inevitablemente volveremos sistemáticamente al punto de partida. Moviéndonos a lo largo de una parábola, nunca volveremos al punto de partida.

Pero, habiendo salido de la Tierra con esta velocidad, el núcleo aún no podrá volar hasta el infinito. La poderosa gravitación del Sol doblará la trayectoria de su vuelo, se cerrará sobre sí mismo como la trayectoria de un planeta. El núcleo se convertirá en el hermano de la Tierra, un pequeño planeta en nuestra propia familia de planetas.

Para dirigir el núcleo fuera del sistema planetario, para vencer la atracción solar, es necesario decirle una velocidad superior a 16,7 km/s, y dirigirlo de forma que a esta velocidad se le sume la velocidad del propio movimiento de la Tierra. .

Una velocidad de unos 8 km/s (esta velocidad depende de la altura de la montaña desde la que dispara nuestro arma) se denomina velocidad circular, las velocidades de 8 a 11,2 km/s son elípticas, de 11,2 a 16,7 km/s son parabólicas, y por encima de este número - velocidades liberadoras.

Aquí se debe agregar que los valores dados de estas velocidades son válidos solo para la Tierra. Si viviéramos en Marte, la velocidad circular sería mucho más fácil de lograr para nosotros: allí es solo alrededor de 3,6 km / s, y la velocidad parabólica es solo un poco más de 5 km / s.

Por otro lado, sería mucho más difícil enviar el núcleo en un vuelo espacial desde Júpiter que desde la Tierra: ¡la velocidad circular en este planeta es de 42,2 km/s, y la velocidad parabólica es incluso de 61,8 km/s!

Sería muy difícil para los habitantes del Sol dejar su mundo (si, por supuesto, tal pudiera existir). La velocidad circular de este gigante debería ser 437,6 y la velocidad de separación: ¡618,8 km / s!

Así Newton a finales del siglo XVII, cien años antes del primer vuelo del globo aerostático lleno de aire caliente de los hermanos Montgolfier, doscientos años antes de los primeros vuelos del aeroplano de los hermanos Wright, y casi una cuarta parte de un milenio antes del despegue de los primeros cohetes líquidos, señaló el camino hacia el cielo para satélites y naves espaciales.

La fuerza de la gravedad es inherente a cada esfera.

Mediante el uso ley de la gravedad se descubrieron planetas desconocidos, se crearon hipótesis cosmogónicas sobre el origen del sistema solar. La fuerza principal de la naturaleza, que controla las estrellas, los planetas, las manzanas en el jardín y las moléculas de gas en la atmósfera, ha sido descubierta y descrita matemáticamente.

Pero no conocemos el mecanismo de la gravitación universal. La gravitación newtoniana no explica, pero representa visualmente el estado actual del movimiento planetario.

No sabemos qué causa la interacción de todos los cuerpos del Universo. Y no se puede decir que a Newton no le interesara este motivo. Durante muchos años reflexionó sobre su posible mecanismo.

Por cierto, este es de hecho un poder extremadamente misterioso. Una fuerza que se manifiesta a través de cientos de millones de kilómetros de espacio, desprovista de formaciones materiales a primera vista, con la ayuda de la cual se podría explicar la transferencia de interacción.

las hipótesis de newton

Y newton recurrido a hipótesis sobre la existencia de cierto éter que supuestamente llena todo el Universo. En 1675, explicó la atracción hacia la Tierra por el hecho de que el éter que llena todo el Universo se precipita hacia el centro de la Tierra en corrientes continuas, capturando todos los objetos en este movimiento y creando una fuerza gravitatoria. El mismo flujo de éter se precipita hacia el Sol y, arrastrando a los planetas, cometas, asegura sus trayectorias elípticas...

No era una hipótesis muy convincente, aunque absolutamente matemáticamente lógica. Pero ahora, en 1679, Newton creó una nueva hipótesis que explica el mecanismo de la gravedad. Esta vez dota al éter de la propiedad de tener una concentración diferente cerca de los planetas y lejos de ellos. Cuanto más lejos del centro del planeta, supuestamente más denso es el éter. Y tiene la propiedad de exprimir todos los cuerpos materiales fuera de sus capas más densas en otras menos densas. Y todos los cuerpos son exprimidos hacia la superficie de la Tierra.

En 1706, Newton niega rotundamente la existencia misma del éter. En 1717 vuelve de nuevo a la hipótesis del éter exprimiendo.

El ingenioso cerebro de Newton peleó por la solución del gran misterio y no la encontró. Esto explica un lanzamiento tan brusco de un lado a otro. Newton solía decir:

No hago hipótesis.

Y aunque, como sólo hemos podido comprobar, esto no es del todo cierto, definitivamente podemos afirmar algo más: Newton fue capaz de distinguir claramente las cosas que son indiscutibles de las hipótesis inestables y controvertidas. Y en los Elementos hay una fórmula de la gran ley, pero no se intenta explicar su mecanismo.
El gran físico legó este enigma al hombre del futuro. Murió en 1727.
No se ha resuelto aún hoy.

La discusión sobre la esencia física de la ley de Newton tomó dos siglos. Y tal vez esta discusión no se referiría a la esencia misma de la ley, si respondiera exactamente a todas las preguntas que se le hicieron.

Pero el hecho es que con el tiempo resultó que esta ley no es universal. Que hay casos en los que no puede explicar tal o cual fenómeno. Demos ejemplos.

La fuerza de la gravedad en los cálculos de Seeliger

La primera de ellas es la paradoja de Seeliger. Considerando que el Universo es infinito y uniformemente lleno de materia, Seeliger trató de calcular, de acuerdo con la ley de Newton, la fuerza gravitatoria universal creada por toda la masa infinitamente grande del Universo infinito en algún punto de él.

No fue una tarea fácil desde el punto de vista de las matemáticas puras. Habiendo superado todas las dificultades de las transformaciones más complejas, Seeliger descubrió que la fuerza de gravitación universal deseada es proporcional al radio del Universo. Y dado que este radio es igual a infinito, entonces la fuerza gravitacional debe ser infinitamente grande. Sin embargo, no vemos esto en la práctica. Esto significa que la ley de la gravitación universal no se aplica a todo el universo.

Sin embargo, también son posibles otras explicaciones de la paradoja. Por ejemplo, podemos suponer que la materia no llena uniformemente todo el Universo, sino que su densidad disminuye gradualmente y, finalmente, en algún lugar muy lejano no hay materia en absoluto. Pero imaginar tal imagen significa admitir la posibilidad de la existencia del espacio sin materia, lo cual es generalmente absurdo.

Podemos suponer que la fuerza de la gravedad se debilita más rápido de lo que aumenta el cuadrado de la distancia. Pero esto pone en duda la sorprendente armonía de la ley de Newton. No, y esta explicación no satisfizo a los científicos. La paradoja siguió siendo una paradoja.

Observaciones del movimiento de Mercurio

Otro hecho, la acción de la fuerza de gravitación universal, no explicada por la ley de Newton, trajo observación del movimiento de Mercurio- más cercano al planeta. Los cálculos exactos de acuerdo con la ley de Newton mostraron que el perehelio, el punto de la elipse a lo largo del cual Mercurio se mueve más cerca del Sol, debería cambiar 531 segundos de arco en 100 años.

Y los astrónomos han encontrado que este cambio es igual a 573 segundos de arco. Este exceso, 42 segundos de arco, tampoco pudo ser explicado por los científicos, utilizando solo fórmulas derivadas de la ley de Newton.

Explicó tanto la paradoja de Seeliger como el desplazamiento del perhelio de Mercurio y muchos otros fenómenos paradójicos y hechos inexplicables. Albert Einstein, uno de los más grandes, si no el más grande físico de todos los tiempos. Entre las pequeñas cosas molestas estaba la cuestión de viento etéreo.

Experimentos de Albert Michelson

Parecía que esta pregunta no se relacionaba directamente con el problema de la gravitación. Se relacionó con la óptica, con la luz. Más precisamente, a la definición de su velocidad.

El astrónomo danés fue el primero en determinar la velocidad de la luz. olaf remer viendo el eclipse de las lunas de Júpiter. Esto sucedió ya en 1675.

físico estadounidense albert michelson a finales del siglo XVIII realizó una serie de determinaciones de la velocidad de la luz en condiciones terrestres, utilizando el aparato que había diseñado.

En 1927, dio la velocidad de la luz como 299796 + 4 km/s, que era una precisión excelente para aquellos tiempos. Pero la esencia del asunto es diferente. En 1880 decidió investigar el viento etéreo. Quería finalmente establecer la existencia de ese mismo éter, por cuya presencia intentaron explicar tanto la transmisión de la interacción gravitacional como la transmisión de ondas de luz.

Michelson fue probablemente el experimentador más notable de su tiempo. Tenía un excelente equipo. Y estaba casi seguro del éxito.

esencia de la experiencia

Una experiencia fue concebido así. La tierra se mueve en su órbita a una velocidad de unos 30 km/seg.. Se mueve por el aire. Esto significa que la velocidad de la luz de una fuente que está delante del receptor en relación con el movimiento de la Tierra debe ser mayor que la de una fuente que está del otro lado. En el primer caso, la velocidad del viento etéreo debe sumarse a la velocidad de la luz; en el segundo caso, la velocidad de la luz debe disminuir en este valor.

Por supuesto, la velocidad de la Tierra en su órbita alrededor del Sol es sólo una diezmilésima parte de la velocidad de la luz. Encontrar un término tan pequeño es muy difícil, pero Michelson fue llamado el rey de la precisión por una razón. Usó una forma ingeniosa de captar la diferencia "escurridiza" en las velocidades de los rayos de luz.

Dividió el rayo en dos corrientes iguales y las dirigió en direcciones mutuamente perpendiculares: a lo largo del meridiano y a lo largo del paralelo. Reflejados por los espejos, los rayos regresaron. Si el rayo que va a lo largo del paralelo experimentó la influencia del viento etéreo, cuando se agregó al rayo meridional, deberían haber surgido franjas de interferencia, las ondas de los dos rayos se habrían desfasado.

Sin embargo, a Michelson le resultó difícil medir las trayectorias de ambos rayos con tanta precisión como para que fueran exactamente iguales. Por lo tanto, construyó el aparato para que no hubiera franjas de interferencia y luego lo giró 90 grados.

El haz meridional se volvió latitudinal y viceversa. ¡Si hay un viento etéreo, deberían aparecer rayas negras y claras debajo del ocular! Pero no lo fueron. Quizás, al girar el dispositivo, el científico lo movió.

Lo instaló al mediodía y lo arregló. Después de todo, además del hecho de que también gira alrededor de su eje. Y por lo tanto, en diferentes momentos del día, el rayo latitudinal ocupa una posición diferente en relación con el viento etéreo que se aproxima. Ahora bien, cuando el aparato está estrictamente inmóvil, uno puede estar convencido de la precisión del experimento.

No hubo franjas de interferencia de nuevo. El experimento se realizó muchas veces, y Michelson, y con él todos los físicos de la época, quedaron asombrados. ¡El viento etéreo no fue detectado! ¡La luz viajó en todas direcciones a la misma velocidad!

Nadie ha sido capaz de explicar esto. Michelson repitió el experimento una y otra vez, mejoró el equipo y finalmente logró una precisión de medición casi increíble, un orden de magnitud mayor que la necesaria para el éxito del experimento. ¡Y de nuevo nada!

Experimentos de Albert Einstein

El siguiente gran paso en conocimiento de la fuerza de gravedad hizo Albert Einstein.
Una vez le preguntaron a Albert Einstein:

¿Cómo llegaste a tu teoría especial de la relatividad? ¿Bajo qué circunstancias se te ocurrió una idea brillante? El científico respondió: “Siempre me pareció que este es el caso.

Tal vez no quería ser franco, tal vez quería deshacerse del molesto interlocutor. Pero es difícil imaginar que la idea de Einstein de las conexiones entre el tiempo, el espacio y la velocidad fuera innata.

No, por supuesto, al principio hubo una corazonada, brillante como un rayo. Entonces comenzó el desarrollo. No, no hay contradicciones con los fenómenos conocidos. Y luego aparecieron esas cinco páginas llenas de fórmulas, que se publicaron en un diario físico. Páginas que abrieron una nueva era en la física.

Imagina una nave espacial volando por el espacio. Te avisamos enseguida: la nave estelar es muy peculiar, de esas que no has leído en las historias de ciencia ficción. Su longitud es de 300 mil kilómetros, y su velocidad es, bueno, digamos de 240 mil km/s. Y esta nave espacial pasa volando por una de las plataformas intermedias en el espacio, sin detenerse en ella. A toda velocidad.

Uno de los pasajeros está parado en la cubierta de la nave estelar con un reloj. Y usted y yo, lector, estamos parados en una plataforma: su longitud debe corresponder al tamaño de una nave estelar, es decir, 300 mil kilómetros, de lo contrario no podrá adherirse a ella. Y también tenemos un reloj en nuestras manos.

Notamos que en el momento en que la proa de la nave estelar alcanzó el borde trasero de nuestra plataforma, una linterna brilló sobre ella, iluminando el espacio que la rodeaba. Un segundo después, un rayo de luz alcanzó el borde frontal de nuestra plataforma. No lo dudamos, porque conocemos la velocidad de la luz y hemos logrado señalar exactamente el momento correspondiente en el reloj. Y en una nave estelar...

Pero la nave estelar también voló hacia el haz de luz. Y definitivamente vimos que la luz iluminaba su popa en el momento en que estaba en algún lugar cerca del medio de la plataforma. Definitivamente vimos que el haz de luz no cubrió 300 mil kilómetros desde la proa hasta la popa del barco.

Pero los pasajeros en la cubierta de la nave estelar están seguros de otra cosa. Están seguros de que su haz cubrió toda la distancia de proa a popa de 300 mil kilómetros. Después de todo, pasó un segundo entero en ello. Ellos también lo registraron con absoluta precisión en sus relojes. Y como no podía ser de otra manera: al fin y al cabo, la velocidad de la luz no depende de la velocidad de la fuente...

¿Cómo es eso? ¿Vemos una cosa desde una plataforma fija, y otra a ellos en la cubierta de una nave estelar? ¿Qué pasa?

La teoría de la relatividad de Einstein

Cabe señalar de inmediato: La teoría de la relatividad de Einstein a primera vista, contradice absolutamente nuestra idea establecida de la estructura del mundo. Podemos decir que también contradice el sentido común, como estamos acostumbrados a presentarlo. Esto ha sucedido muchas veces en la historia de la ciencia.

Pero el descubrimiento de la esfericidad de la Tierra fue contrario al sentido común. ¿Cómo puede la gente vivir en el lado opuesto y no caer en el abismo?

Para nosotros, la esfericidad de la Tierra es un hecho indudable, y desde el punto de vista del sentido común, cualquier otra suposición es absurda y descabellada. Pero da un paso atrás en tu tiempo, imagina la primera aparición de esta idea y comprenderás lo difícil que sería aceptarla.

Bueno, ¿era más fácil admitir que la Tierra no está inmóvil, sino que vuela a lo largo de su trayectoria docenas de veces más rápido que una bala de cañón?

Todos estos fueron restos de sentido común. Por lo tanto, los físicos modernos nunca se refieren a él.

Ahora volvamos a la teoría especial de la relatividad. El mundo la reconoció por primera vez en 1905 a partir de un artículo firmado por un nombre poco conocido: Albert Einstein. Y solo tenía 26 años en ese momento.

Einstein hizo una suposición muy simple y lógica a partir de esta paradoja: desde el punto de vista de un observador en la plataforma, ha pasado menos tiempo en un automóvil en movimiento del que mide su reloj de pulsera. En el automóvil, el paso del tiempo se hizo más lento en comparación con el tiempo en la plataforma estacionaria.

De esta suposición se desprendían lógicamente cosas bastante sorprendentes. Resultó que una persona que viaja al trabajo en un tranvía, en comparación con un peatón que va por el mismo camino, no solo ahorra tiempo debido a la velocidad, sino que también va más lento para él.

Sin embargo, no intentes conservar la eterna juventud de esta manera: aunque te hagas carruaje y pases un tercio de tu vida en un tranvía, en 30 años ganarás poco más de una millonésima de segundo. Para que la ganancia en el tiempo sea perceptible, es necesario moverse a una velocidad cercana a la velocidad de la luz.

Resulta que el aumento de la velocidad de los cuerpos se refleja en su masa. Cuanto más se acerca la velocidad de un cuerpo a la velocidad de la luz, mayor es su masa. A la velocidad de un cuerpo igual a la velocidad de la luz, su masa es igual al infinito, es decir, es mayor que la masa de la Tierra, el Sol, la Galaxia, todo nuestro Universo... Esta es la cantidad de masa se puede concentrar en un simple adoquín, acelerándolo a la velocidad
¡Sveta!

Esto impone una limitación que no permite que ningún cuerpo material desarrolle una velocidad igual a la velocidad de la luz. Después de todo, a medida que crece la masa, se vuelve cada vez más difícil dispersarla. Y una masa infinita no puede ser movida por ninguna fuerza.

Sin embargo, la naturaleza ha hecho una excepción muy importante a esta ley para toda una clase de partículas. Por ejemplo, para fotones. Pueden moverse a la velocidad de la luz. Más precisamente, no pueden moverse a ninguna otra velocidad. Es impensable imaginar un fotón inmóvil.

Cuando está parado, no tiene masa. Además, los neutrinos no tienen masa en reposo, y además están condenados a un eterno vuelo desenfrenado por el espacio a la máxima velocidad posible en nuestro Universo, sin alcanzar a la luz y seguirle el ritmo.

¿No es cierto que cada una de las consecuencias de la teoría de la relatividad especial enumeradas por nosotros es sorprendente, paradójica? ¡Y cada uno, por supuesto, es contrario al "sentido común"!

Pero esto es lo interesante: no en su forma concreta, sino como una posición filosófica amplia, todas estas sorprendentes consecuencias fueron predichas por los fundadores del materialismo dialéctico. ¿Qué dicen estas implicaciones? Sobre las conexiones que interconectan energía y masa, masa y velocidad, velocidad y tiempo, velocidad y longitud de un objeto en movimiento…

El descubrimiento de la interdependencia de Einstein, como el cemento (más:), conectando refuerzos o piedras de cimentación, conectó cosas y fenómenos que antes parecían independientes unos de otros y creó la base sobre la cual se construyó por primera vez en la historia de la ciencia. posible construir un edificio armonioso. Este edificio es una representación de cómo funciona nuestro universo.

Pero primero, al menos unas palabras sobre la teoría general de la relatividad, también creada por Albert Einstein.

Este nombre, la teoría general de la relatividad, no se corresponde del todo con el contenido de la teoría, que se discutirá. Establece la interdependencia entre el espacio y la materia. Aparentemente sería más correcto llamarlo teoría del espacio-tiempo, o teoría de la gravedad.

Pero este nombre se ha acercado tanto a la teoría de Einstein que incluso plantear la cuestión de reemplazarlo ahora parece indecente para muchos científicos.

La teoría general de la relatividad estableció la interdependencia entre la materia y el tiempo y el espacio que la contienen. Resultó que el espacio y el tiempo no solo no pueden imaginarse como existiendo por separado de la materia, sino que sus propiedades también dependen de la materia que los llena.

Punto de partida de la discusión

Por lo tanto, sólo se puede especificar punto de partida de la discusión y sacar algunas conclusiones importantes.

Al comienzo del viaje espacial, una catástrofe inesperada destruyó la biblioteca, el fondo de películas y otros depósitos de la mente, la memoria de las personas que vuelan por el espacio. Y la naturaleza del planeta natal se olvida en el cambio de los siglos. Incluso se olvida la ley de la gravitación universal, porque el cohete vuela en el espacio intergaláctico, donde casi no se siente.

Sin embargo, los motores del barco funcionan magníficamente, el suministro de energía en las baterías es prácticamente ilimitado. La mayor parte del tiempo, la nave se mueve por inercia, y sus habitantes están acostumbrados a la ingravidez. Pero a veces encienden los motores y ralentizan o aceleran el movimiento del barco. Cuando las boquillas de los chorros arden en el vacío con una llama incolora y la nave se mueve a un ritmo acelerado, los habitantes sienten que sus cuerpos se vuelven pesados, se ven obligados a caminar alrededor de la nave y no volar por los pasillos.

Y ahora el vuelo está cerca de completarse. La nave vuela hasta una de las estrellas y cae en las órbitas del planeta más adecuado. Las naves espaciales salen, caminando sobre suelo verde fresco, experimentando constantemente la misma sensación de pesadez, familiar desde el momento en que la nave se movía a un ritmo acelerado.

Pero el planeta se mueve uniformemente. ¡No puede volar hacia ellos con una aceleración constante de 9,8 m/s2! Y tienen la primera suposición de que el campo gravitacional (fuerza gravitatoria) y la aceleración dan el mismo efecto, y quizás tienen una naturaleza común.

Ninguno de nuestros contemporáneos terrícolas realizó un vuelo tan largo, pero muchas personas sintieron el fenómeno de "pesar" y "aligerar" sus cuerpos. Ya un ascensor ordinario, cuando se mueve a un ritmo acelerado, crea esta sensación. Al descender sientes una pérdida de peso repentina, al ascender, por el contrario, el suelo presiona tus piernas con más fuerza de lo habitual.

Pero un sentimiento no prueba nada. Después de todo, las sensaciones intentan convencernos de que el Sol se mueve en el cielo alrededor de la Tierra inmóvil, que todas las estrellas y los planetas están a la misma distancia de nosotros, en el firmamento, etc.

Los científicos sometieron las sensaciones a verificación experimental. Incluso Newton pensó en la extraña identidad de los dos fenómenos. Trató de darles características numéricas. Habiendo medido el gravitatorio y , estaba convencido de que sus valores son siempre estrictamente iguales entre sí.

De cualquier material hizo los péndulos de la planta piloto: de plata, plomo, vidrio, sal, madera, agua, oro, arena, trigo. El resultado fue el mismo.

Principio de equivalencia, de la que estamos hablando, es la base de la teoría general de la relatividad, aunque la interpretación moderna de la teoría ya no necesita este principio. Omitiendo las deducciones matemáticas que se derivan de este principio, pasemos directamente a algunas consecuencias de la teoría general de la relatividad.

La presencia de grandes masas de materia afecta en gran medida al espacio circundante. Conduce a tales cambios en él, que pueden definirse como falta de homogeneidad del espacio. Estas faltas de homogeneidad dirigen el movimiento de cualquier masa que esté cerca del cuerpo de atracción.

Por lo general, recurre a tal analogía. Imagine un lienzo estirado firmemente sobre un marco paralelo a la superficie de la tierra. Ponle un gran peso encima. Esta será nuestra gran masa de atracción. Ella, por supuesto, doblará el lienzo y terminará en algún hueco. Ahora haga rodar la pelota sobre este lienzo de tal manera que parte de su camino quede junto a la masa atrayente. Dependiendo de cómo se lanzará la pelota, hay tres opciones posibles.

1. La pelota volará lo suficientemente lejos del hueco creado por la desviación de la lona y no cambiará su movimiento.
2. La bola tocará el hueco y las líneas de su movimiento se doblarán hacia la masa atrayente.
3. La bola caerá en este agujero, no podrá salir de él y dará una o dos vueltas alrededor de la masa gravitante.

¿No es cierto que la tercera opción modela muy bellamente la captura por parte de una estrella o un planeta de un cuerpo extraño volado descuidadamente hacia su campo de atracción?

¡Y el segundo caso es la flexión de la trayectoria de un cuerpo que vuela a una velocidad superior a la posible velocidad de captura! El primer caso es similar a volar fuera del alcance práctico del campo gravitatorio. Sí, es práctico, porque teóricamente el campo gravitatorio es ilimitado.

Por supuesto, esta es una analogía muy lejana, principalmente porque nadie puede imaginar realmente la desviación de nuestro espacio tridimensional. Cuál es el significado físico de esta desviación o curvatura, como suele decirse, nadie lo sabe.

De la teoría general de la relatividad se sigue que cualquier cuerpo material puede moverse en un campo gravitatorio solo a lo largo de líneas curvas. Solo en casos particulares, especiales, la curva se convierte en una línea recta.

El rayo de luz también obedece a esta regla. Después de todo, consiste en fotones que tienen cierta masa en vuelo. Y el campo gravitatorio tiene su efecto sobre él, así como sobre una molécula, un asteroide o un planeta.

Otra conclusión importante es que el campo gravitatorio también cambia el curso del tiempo. Cerca de una gran masa atrayente, en un fuerte campo gravitatorio creado por ella, el paso del tiempo debería ser más lento que lejos de ella.

Verá, y la teoría general de la relatividad está plagada de conclusiones paradójicas que pueden anular nuestras ideas de "sentido común" una y otra vez.

Colapso gravitatorio

Hablemos de un fenómeno asombroso de naturaleza cósmica: el colapso gravitatorio (compresión catastrófica). Este fenómeno se da en gigantescas acumulaciones de materia, donde las fuerzas gravitatorias alcanzan magnitudes tan enormes que ninguna otra fuerza existente en la naturaleza puede resistirlas.

Recuerda la famosa fórmula de Newton: cuanto mayor es la fuerza de la gravedad, menor es el cuadrado de la distancia entre los cuerpos que gravitan. Así, cuanto más densa se vuelve la formación material, más pequeño es su tamaño, más rápidamente aumentan las fuerzas gravitatorias, más inevitable es su abrazo destructivo.

Existe una técnica astuta mediante la cual la naturaleza lucha con la compresión aparentemente ilimitada de la materia. Para hacer esto, detiene el curso mismo del tiempo en la esfera de acción de las fuerzas gravitatorias supergigantes, y las masas encadenadas de materia son, por así decirlo, desconectadas de nuestro Universo, congeladas en un extraño sueño letárgico.

Probablemente ya se haya descubierto el primero de estos "agujeros negros" del cosmos. Según la suposición de los científicos soviéticos O. Kh. Huseynov y A. Sh. Novruzova, es el delta de Géminis, una estrella doble con un componente invisible.

El componente visible tiene una masa de 1,8 solar, y su "compañero" invisible debería ser, según los cálculos, cuatro veces más masivo que el visible. Pero no hay rastros de él: es imposible ver la creación más sorprendente de la naturaleza, el "agujero negro".

El científico soviético Profesor K.P. Stanyukovich, como se dice, “en la punta de un bolígrafo”, demostró a través de construcciones puramente teóricas que las partículas de “materia congelada” pueden tener tamaños muy diversos.

• Sus gigantescas formaciones son posibles, similares a los cuásares, irradiando continuamente tanta energía como la que irradian los 100 mil millones de estrellas de nuestra galaxia.
• Son posibles grupos mucho más modestos, iguales a solo unas pocas masas solares. Tanto esos como otros objetos pueden surgir a partir de materia ordinaria, no "dormida".
• Y son posibles formaciones de una clase completamente diferente, proporcionales en masa a las partículas elementales.

Para que surjan, primero es necesario someter la materia que los compone a una presión gigantesca y conducirla hasta los límites de la esfera de Schwarzschild, una esfera donde el tiempo para un observador externo se detiene por completo. E incluso si después de eso se elimina la presión, las partículas para las que el tiempo se ha detenido seguirán existiendo independientemente de nuestro Universo.

tablones

Los plankeons son una clase muy especial de partículas. Poseen, según K.P. Stanyukovich, una propiedad extremadamente interesante: llevan la materia en sí mismos en una forma sin cambios, tal como era hace millones y miles de millones de años. Mirando dentro del plankeon, pudimos ver la materia tal como era en el momento del nacimiento de nuestro universo. Según cálculos teóricos, hay alrededor de 1080 plankeons en el Universo, aproximadamente un plankeon en un cubo de espacio con un lado de 10 centímetros. Por cierto, al mismo tiempo que Stanyukovich y (independientemente de él, el académico M.A. Markov presentó la hipótesis de los plankeons. Solo Markov les dio un nombre diferente: maximons.

Las propiedades especiales de los plankeons también se pueden utilizar para explicar las transformaciones a veces paradójicas de las partículas elementales. Se sabe que cuando dos partículas chocan nunca se forman fragmentos, sino que surgen otras partículas elementales. Esto es realmente sorprendente: en el mundo ordinario, al romper un jarrón, nunca obtendremos copas enteras o incluso rosetas. Pero supongamos que en el fondo de cada partícula elemental hay una plancha, una o varias, ya veces muchas planchas.

En el momento de la colisión de partículas, la "bolsa" fuertemente atada del plankeon se abre ligeramente, algunas partículas "caerán" en ella y, en lugar de "saltar", aquellas que consideramos que han surgido durante la colisión. Al mismo tiempo, el plankeon, como un contador diligente, asegurará todas las "leyes de conservación" adoptadas en el mundo de las partículas elementales.
Bueno, ¿qué tiene que ver el mecanismo de la gravitación universal con esto?

Los "responsables" de la gravitación, según la hipótesis de K. P. Stanyukovich, son partículas diminutas, los llamados gravitones, emitidos continuamente por partículas elementales. Los gravitones son mucho más pequeños que estos últimos, como una mota de polvo que baila en un rayo de sol es más pequeña que el globo.

La radiación de los gravitones obedece a una serie de regularidades. En particular, son más fáciles de volar a esa región del espacio. Que contiene menos gravitones. Esto significa que si hay dos cuerpos celestes en el espacio, ambos irradiarán gravitones predominantemente “hacia afuera”, en direcciones opuestas entre sí. Esto crea un impulso que hace que los cuerpos se acerquen, se atraigan.