כוח משיכה

למרות העובדה שכוח המשיכה הוא האינטראקציה החלשה ביותר בין עצמים ביקום, חשיבותו בפיזיקה ובאסטרונומיה היא עצומה, שכן היא מסוגלת להשפיע על עצמים פיזיים בכל מרחק בחלל.

אם אתה חובב אסטרונומיה, בטח חשבת על השאלה מה זה מושג כמו כוח משיכה או חוק הכבידה האוניברסלית. כוח הכבידה הוא אינטראקציה בסיסית אוניברסלית בין כל העצמים ביקום.

גילוי חוק הכבידה מיוחס לפיזיקאי האנגלי המפורסם אייזק ניוטון. כנראה, רבים מכם מכירים את סיפורו של תפוח שנפל על ראשו של מדען מפורסם. עם זאת, אם אתה מסתכל לעומק ההיסטוריה, אתה יכול לראות שהנוכחות של כוח הכבידה חשבה הרבה לפני תקופתו על ידי פילוסופים ומדענים מהעת העתיקה, למשל, אפיקורוס. אף על פי כן, היה זה ניוטון שתיאר לראשונה את האינטראקציה הגרביטציונית בין גופים פיזיקליים במסגרת המכניקה הקלאסית. התיאוריה שלו פותחה על ידי מדען מפורסם אחר - אלברט איינשטיין, שבתורת היחסות הכללית שלו תיאר בצורה מדויקת יותר את השפעת הכבידה במרחב, כמו גם את תפקידה ברצף המרחב-זמן.

חוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון אומר שכוח המשיכה הכבידה בין שתי נקודות מסה המופרדות במרחק הוא פרופורציונלי הפוך לריבוע המרחק ויחסי ישיר לשתי המסות. כוח הכבידה הוא ארוך טווח. כלומר, ללא קשר לאופן שבו גוף בעל מסה נע, במכניקה הקלאסית פוטנציאל הכבידה שלו יהיה תלוי אך ורק במיקומו של עצם זה ברגע נתון בזמן. ככל שהמסה של עצם גדולה יותר, כך שדה הכבידה שלו גדול יותר - כוח הכבידה שלו חזק יותר. לעצמים קוסמיים כמו גלקסיות, כוכבים וכוכבי לכת יש את כוח המשיכה הגדול ביותר ובהתאם לכך, שדות כבידה חזקים למדי.

שדות כבידה

שדה הכבידה של כדור הארץ

שדה הכבידה הוא המרחק שבו מתרחשת אינטראקציית הכבידה בין עצמים ביקום. ככל שהמסה של עצם גדולה יותר, שדה הכבידה שלו חזק יותר - כך ההשפעה שלו על גופים פיזיקליים אחרים בתוך חלל מסוים בולטת יותר. שדה הכבידה של עצם הוא פוטנציאלי. המהות של ההצהרה הקודמת היא שאם נכניס את האנרגיה הפוטנציאלית של משיכה בין שני גופים, היא לא תשתנה לאחר שהאחרון ינוע לאורך קו מתאר סגור. מכאן יוצא עוד חוק מפורסם של שימור של סכום האנרגיה הפוטנציאלית והקינטית במעגל סגור.

בעולם החומרי יש חשיבות רבה לשדה הכבידה. הוא מוחזק על ידי כל העצמים החומריים ביקום בעלי מסה. שדה הכבידה יכול להשפיע לא רק על החומר, אלא גם על האנרגיה. בשל השפעתם של שדות הכבידה של עצמים גדולים כל כך בחלל כמו חורים שחורים, קוואזרים וכוכבים על-מסיביים נוצרות מערכות שמש, גלקסיות וצבירים אסטרונומיים אחרים, המאופיינים במבנה לוגי.

הנתונים המדעיים העדכניים ביותר מראים כי ההשפעה המפורסמת של התפשטות היקום מבוססת גם על חוקי האינטראקציה הגרביטציונית. בפרט, התפשטות היקום מתאפשרת על ידי שדות כבידה רבי עוצמה, הן העצמים הקטנים והן הגדולים ביותר שלו.

קרינת כבידה במערכת בינארית

קרינת כבידה או גל כבידה הוא מונח שהוכנס לראשונה לפיזיקה ולקוסמולוגיה על ידי המדען המפורסם אלברט איינשטיין. קרינת כבידה בתורת הכבידה נוצרת על ידי תנועה של עצמים חומריים בעלי תאוצה משתנה. בזמן האצת העצם, גל הכבידה, כביכול, "מתנתק" ממנו, מה שמוביל לתנודות בשדה הכבידה במרחב שמסביב. זה נקרא אפקט גל הכבידה.

למרות שגלי כבידה חזויים על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, כמו גם תיאוריות אחרות של כוח הכבידה, הם מעולם לא זוהו ישירות. זה נובע בעיקר מהקטנות המופלגת שלהם. עם זאת, ישנן עדויות נסיבתיות באסטרונומיה שיכולות לאשר את ההשפעה הזו. לפיכך, ניתן לראות את ההשפעה של גל כבידה על הדוגמה של התקרבות כוכבים בינארים. תצפיות מאשרות שקצב ההתקרבות של כוכבים בינארים תלוי במידה מסוימת באובדן האנרגיה של עצמים בחלל אלה, המושקעת ככל הנראה על קרינת כבידה. מדענים יוכלו לאשר באופן אמין השערה זו בעתיד הקרוב בעזרת דור חדש של טלסקופים מתקדמים LIGO ו-VIRGO.

בפיזיקה המודרנית, ישנם שני מושגים של מכניקה: קלאסי וקוונטי. מכניקת הקוונטים נגזרה יחסית לאחרונה והיא שונה מהותית מהמכניקה הקלאסית. במכניקת הקוונטים, לאובייקטים (קוואנטה) אין מיקומים ומהירויות מוגדרות, הכל כאן מבוסס על הסתברות. כלומר, עצם יכול לתפוס מקום מסוים במרחב בנקודת זמן מסוימת. אי אפשר לקבוע בצורה מהימנה לאן הוא יעבור הלאה, אלא רק במידת סבירות גבוהה.

השפעה מעניינת של כוח הכבידה היא שהיא יכולה לכופף את רצף המרחב-זמן. התיאוריה של איינשטיין אומרת שבמרחב שמסביב לחבורה של אנרגיה או כל חומר חומרי, המרחב-זמן מתעקל. בהתאם לכך משתנה מסלולם של חלקיקים הנופלים תחת השפעת שדה הכבידה של חומר זה, מה שמאפשר לחזות את מסלול תנועתם במידת הסתברות גבוהה.

תיאוריות של כוח הכבידה

כיום, מדענים מכירים למעלה מתריסר תיאוריות שונות של כוח הכבידה. הם מחולקים לתיאוריות קלאסיות ואלטרנטיביות. הנציג המפורסם ביותר של הראשון הוא תורת הכבידה הקלאסית מאת אייזק ניוטון, שהומצאה על ידי הפיזיקאי הבריטי המפורסם עוד ב-1666. המהות שלו טמונה בעובדה שגוף מסיבי במכניקה מייצר סביבו שדה כבידה, המושך אליו עצמים קטנים יותר. בתורו, לאחרונים יש גם שדה כבידה, כמו לכל אובייקט חומרי אחר ביקום.

התיאוריה הפופולרית הבאה של כוח הכבידה הומצאה על ידי המדען הגרמני המפורסם בעולם אלברט איינשטיין בתחילת המאה ה-20. איינשטיין הצליח לתאר בצורה מדויקת יותר את כוח המשיכה כתופעה, וגם להסביר את פעולתה לא רק במכניקה הקלאסית, אלא גם בעולם הקוונטים. תורת היחסות הכללית שלו מתארת ​​את יכולתו של כוח כמו כוח משיכה להשפיע על רצף המרחב-זמן, כמו גם על מסלולם של חלקיקים יסודיים במרחב.

בין התיאוריות האלטרנטיביות של כוח הכבידה, התיאוריה הרלטיביסטית, שהומצאה על ידי בן ארצנו, הפיזיקאי המפורסם א.א. לוגונוב. בניגוד לאיינשטיין, לוגונוב טען שכוח המשיכה אינו שדה כוח פיזי גיאומטרי, אלא שדה כוח פיזי חזק למדי. בין התיאוריות האלטרנטיביות של כוח הכבידה, ידועות גם סקלריות, בימטריות, מעין-לינאריות ואחרות.

1. לאנשים שהיו בחלל וחזרו לכדור הארץ, די קשה בהתחלה להתרגל לכוח ההשפעה הכבידה של הפלנטה שלנו. לפעמים זה לוקח כמה שבועות.
2. הוכח שגוף האדם במצב של חוסר משקל יכול לאבד עד 1% ממסת מח העצם בחודש.
3. מבין כוכבי הלכת, למאדים יש את כוח המשיכה הנמוך ביותר במערכת השמש, ולצדק יש את הגדול ביותר.
4. חיידקי הסלמונלה המוכרים, שהם הגורמים למחלות מעיים, מתנהגים בצורה פעילה יותר במצב של חוסר משקל ויכולים לגרום הרבה יותר נזק לגוף האדם.
5. מבין כל העצמים האסטרונומיים הידועים ביקום, לחורים השחורים יש את כוח הכבידה הגדול ביותר. חור שחור בגודל של כדור גולף יכול להיות בעל אותו כוח כבידה כמו כל כוכב הלכת שלנו.
6. כוח הכבידה על כדור הארץ אינו זהה בכל פינות הפלנטה שלנו. לדוגמה, באזור מפרץ ההדסון בקנדה, הוא נמוך יותר מאשר באזורים אחרים של הגלובוס.