תופעת הכבידה היא חוק הכבידה האוניברסלית. שני גופים פועלים זה על זה בכוח שהוא ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם וביחס ישר למכפלת המסות שלהם.
מבחינה מתמטית, אנו יכולים לבטא את החוק הגדול הזה באמצעות הנוסחה
כוח הכבידה פועל על פני מרחקים עצומים ביקום. אבל ניוטון טען שכל העצמים נמשכים הדדית. האם זה נכון ששני אובייקטים כלשהם מושכים זה את זה? רק תארו לעצמכם, ידוע שכדור הארץ מושך אתכם יושבים על כיסא. אבל האם אי פעם חשבת על העובדה שמחשב ועכבר מושכים זה את זה? או עיפרון ועט על השולחן? במקרה זה, אנו מחליפים את מסת העט, את מסת העיפרון בנוסחה, מחלקים בריבוע המרחק ביניהם, תוך התחשבות בקבוע הכבידה, נקבל את כוח המשיכה ההדדית שלהם. אבל, הוא ייצא כל כך קטן (בשל המסות הקטנות של העט והעיפרון) שלא נרגיש בנוכחותו. דבר נוסף הוא כשמדובר בכדור הארץ ובכיסא, או בשמש ובכדור הארץ. ההמונים משמעותיים, מה שאומר שאנחנו כבר יכולים להעריך את השפעת הכוח.
בואו נחשוב על האצת נפילה חופשית. זוהי פעולת חוק המשיכה. תחת פעולת כוח, הגוף משנה מהירות ככל שהמסה לאט יותר. כתוצאה מכך, כל הגופים נופלים לכדור הארץ באותה תאוצה.
מה הסיבה לכוח הייחודי הבלתי נראה הזה? עד היום, קיומו של שדה כבידה ידוע ומוכח. ניתן ללמוד עוד על אופי שדה הכבידה בחומר הנוסף בנושא.
תחשוב מה זה כוח הכבידה. מאיפה זה? מה זה מייצג? הרי לא יכול להיות שכוכב הלכת מסתכל על השמש, רואה עד כמה היא מרוחקת, מחשב את הריבוע ההפוך של המרחק בהתאם לחוק הזה?
כיוון כוח המשיכה
יש שני גופים, נניח גוף A ו-B. גוף A מושך את גוף B. הכוח שבו פועל גוף A מתחיל על גוף B ומכוון לגוף A. כלומר, הוא "לוקח" את גוף B ומושך אותו לכיוונו . גוף B "עושה" את אותו הדבר עם גוף A.
כל גוף נמשך לכדור הארץ. כדור הארץ "לוקח" את הגוף ומושך אותו לכיוון מרכזו. לכן, כוח זה תמיד יהיה מכוון אנכית כלפי מטה, והוא מופעל ממרכז הכובד של הגוף, זה נקרא כוח משיכה.
העיקר לזכור
1) חוק ונוסחה;
2) כיוון כוח המשיכה
כמה שיטות של חקר גיאולוגי, חיזוי גאות ושפל, ולאחרונה, חישוב התנועה של לוויינים מלאכותיים ותחנות בין-כוכביות. חישוב מוקדם של מיקומם של כוכבי הלכת.
האם אנחנו יכולים להקים ניסוי כזה בעצמנו, ולא לנחש אם כוכבי לכת, עצמים נמשכים?
חוויה ישירה כזו שנעשתה קוונדיש (הנרי קוונדיש (1731-1810) - פיזיקאי וכימאי אנגלי)באמצעות המכשיר המוצג באיור. הרעיון היה לתלות מוט עם שני כדורים על חוט קוורץ דק מאוד ואז להביא שני כדורי עופרת גדולים לצדם. המשיכה של הכדורים תסובב מעט את החוט - מעט, כי כוחות המשיכה בין עצמים רגילים חלשים מאוד. בעזרת מכשיר כזה, קוונדיש הצליח למדוד ישירות את הכוח, המרחק והגודל של שתי המסות ובכך לקבוע קבוע כבידה G.
הגילוי הייחודי של קבוע הכבידה G, המאפיין את שדה הכבידה בחלל, אפשר לקבוע את מסת כדור הארץ, השמש וגרמי שמים נוספים. לכן, קוונדיש כינה את החוויה שלו "שוקלת כדור הארץ".
מעניין לציין שלחוקי הפיזיקה השונים יש כמה תכונות משותפות. נפנה לחוקי החשמל (כוח קולומב). כוחות חשמליים גם הם ביחס הפוך לריבוע המרחק, אבל כבר בין המטענים, ומתעוררת מחשבה לא רצונית שלתבנית זו יש משמעות עמוקה. עד עכשיו, איש לא הצליח להציג את כוח הכבידה והחשמל כשני ביטויים שונים של אותה מהות.
הכוח כאן גם משתנה הפוך לריבוע המרחק, אבל ההבדל בגודל הכוחות החשמליים וכוחות הכבידה בולט. בניסיון לבסס את האופי המשותף של כוח הכבידה והחשמל, אנו מוצאים עדיפות כזו של כוחות חשמליים על כוחות כבידה, עד שקשה להאמין שלשניהם יש אותו מקור. איך אתה יכול להגיד שאחד חזק מהשני? הרי הכל תלוי מה המסה ומה המטען. בוויכוח על האופן שבו פועל כוח הכבידה, אין לך זכות לומר: "בוא ניקח מסה בגודל כזה ואחר", כי אתה בוחר אותה בעצמך. אבל אם ניקח את מה שהטבע עצמה מציעה לנו (המספרים והמידות שלה, שאין להם שום קשר לסנטימטרים, השנים, המידות שלנו), אז נוכל להשוות. ניקח חלקיק טעון יסודי, כמו למשל, אלקטרון. שני חלקיקים יסודיים, שני אלקטרונים, בשל המטען החשמלי דוחים זה את זה בכוח פרופורציונלי הפוך לריבוע המרחק ביניהם, ובשל כוח הכבידה הם נמשכים זה לזה שוב בכוח ביחס הפוך לריבוע של מֶרְחָק.
שאלה: מה היחס בין כוח הכבידה לכוח החשמלי? גרביטציה קשורה לדחייה חשמלית כפי שאחד קשור למספר עם 42 אפסים. זה מעורר תמיהה עמוקה. מאיפה יכול להגיע מספר עצום כזה?
אנשים מחפשים את הגורם העצום הזה בתופעות טבע אחרות. הם עוברים כל מיני מספרים גדולים, ואם רוצים מספר גדול, למה לא לקחת, נגיד, את היחס בין קוטר היקום לקוטר של פרוטון – למרבה ההפתעה, זה גם מספר עם 42 אפסים. והם אומרים: אולי המקדם הזה שווה ליחס בין קוטר הפרוטון לקוטר היקום? זוהי מחשבה מעניינת, אך ככל שהיקום מתרחב בהדרגה, גם קבוע הכבידה חייב להשתנות. למרות שהשערה זו טרם הופרכה, אין לנו כל ראיה לטובתה. להיפך, כמה עדויות מצביעות על כך שקבוע הכבידה לא השתנה בדרך זו. המספר העצום הזה נותר בגדר תעלומה עד היום.
איינשטיין היה צריך לשנות את חוקי הכבידה בהתאם לעקרונות היחסות. הראשון מבין העקרונות הללו אומר שלא ניתן להתגבר על המרחק x באופן מיידי, בעוד שלפי התיאוריה של ניוטון, כוחות פועלים באופן מיידי. איינשטיין היה צריך לשנות את חוקי ניוטון. שינויים אלה, חידודים קטנים מאוד. אחד מהם הוא זה: מכיוון שלאור יש אנרגיה, אנרגיה שווה למסה, וכל המסות מושכות, גם האור מושך, ולכן, עובר ליד השמש, חייב להיות מוטה. כך זה קורה בפועל. כוח הכבידה שונה מעט גם בתיאוריה של איינשטיין. אבל השינוי הקל מאוד הזה בחוק הכבידה מספיק רק כדי להסביר כמה מהאי-סדירות הנראית לעין בתנועתו של מרקורי.
תופעות פיזיקליות במיקרוקוסמוס כפופות לחוקים אחרים מאשר תופעות בעולם של קנה מידה גדול. נשאלת השאלה: כיצד מתבטא כוח הכבידה בעולם של קנה מידה קטן? תורת הקוונטים של כוח הכבידה תענה על כך. אבל אין עדיין תורת קוונטים של כוח הכבידה. אנשים עדיין לא הצליחו מאוד ביצירת תיאוריית כוח הכבידה שתואמת באופן מלא עם עקרונות מכאניים קוונטיים ועם עקרון אי הוודאות.
