Yerçekimi kanunu. Yerçekimi kuvveti hakkında bilim adamları

Newton, Dünya'ya bir taşın düşmesinin, gezegenlerin Güneş etrafındaki hareketinin, Ay'ın Dünya etrafındaki hareketinin bir kuvvet veya yerçekimi etkileşiminden kaynaklandığını tespit eden ilk kişiydi.

Belirli bir mesafedeki cisimler arasındaki etkileşim, onların yarattığı yerçekimi alanı aracılığıyla gerçekleştirilir. Bir dizi deneysel gerçek sayesinde Newton, iki cisim arasındaki çekim kuvvetinin aralarındaki mesafeye bağımlılığını kurmayı başardı. Evrensel çekim yasası olarak adlandırılan Newton yasası, herhangi iki cismin kütlelerinin çarpımı ile orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle birbirini çektiğini belirtir. Evrende kütlesi olan herhangi bir cisim çifti arasındaki yerçekimi etkileşimini tanımladığı için yasa evrensel veya evrensel olarak adlandırılır. Bu güçler çok zayıftır, ancak onlar için hiçbir engel yoktur.

Kanun lafzı ile şöyledir:

Yer çekimi

Küre, serbest düşüş ivmesi olarak adlandırılan, Dünya'ya düşen tüm cisimlere aynı ivmeyi g = 9.8m/s2 bildirir. Ve bu, Dünya'nın tüm cisimleri yerçekimi adı verilen bir kuvvetle hareket ettiği, çektiği anlamına gelir. Bu, özel bir tür evrensel yerçekimi kuvvetidir. Yerçekimi kuvveti , vücut kütlesine bağlıdır m, kilogram (kg) cinsinden ölçülür. g = 9.8m/s2 değeri yaklaşık olarak alınır; farklı enlemlerde ve farklı boylamlarda, değeri şu nedenlerle biraz değişir:

• Dünyanın yarıçapı kutuptan ekvatora değişir (bu, ekvatordaki g değerinde% 0,18 azalmaya yol açar);
• dönmenin neden olduğu merkezkaç etkisi coğrafi enleme bağlıdır (değeri %0,34 azaltır).

ağırlıksızlık

Bir cismin yerçekimi etkisi altında düştüğünü varsayalım. Diğer kuvvetler ona etki etmez. Bu harekete serbest düşüş denir. Vücuda sadece Fstrand'ın etki ettiği süre zarfında vücut ağırlıksız olacaktır. Serbest düşüşte kişinin ağırlığı kaybolur.

Ağırlık, bir cismin bir süspansiyonu gerdiği veya yatay bir desteğe etki ettiği kuvvettir.

Ağırlıksızlık durumu, bir atlama sırasında paraşütçü, kayakla atlama sırasında bir kişi, bir hava deliğine düşen bir uçak yolcusu tarafından deneyimlenir. Ağırlıksızlığı sadece çok kısa bir süre için, sadece birkaç saniye hissederiz. Ancak motorları kapalıyken yörüngede uçan bir uzay aracındaki astronotlar, uzun süre ağırlıksızlık yaşarlar. Uzay aracı serbest düşme durumundadır ve cisimler destek veya süspansiyon üzerinde hareket etmeyi bırakır - ağırlıksızdırlar.

yapay dünya uyduları

Vücudun belirli bir hızı varsa, Dünya'nın yerçekiminin üstesinden gelmek mümkündür. Yerçekimi yasasını kullanarak, gezegenin etrafında dairesel bir yörüngede dönen m kütleli bir cismin üzerine düşmeyeceği ve onun uydusu olacağı hız belirlenebilir. Bir cismin Dünya etrafındaki bir daire içindeki hareketini düşünün. Vücut, Dünya'dan gelen çekim kuvvetinden etkilenir. Newton'un ikinci yasasından şunu elde ederiz:

Vücut merkezcil ivme ile bir daire içinde hareket ettiğinden:

Burada r, dairesel yörüngenin yarıçapıdır, R = 6400 km Dünya'nın yarıçapıdır ve h, uydunun hareket ettiği Dünya yüzeyinin üzerindeki yüksekliktir. m kütleli bir cisme etki eden F kuvveti eşittir , burada Mz = 5.98 * 1024kg, Dünya'nın kütlesidir.
Sahibiz: . Hızı ifade etmek o aranacak ilk kozmik, vücutla iletişimde Dünya'nın yapay bir uydusu (AES) haline gelen en düşük hızdır.

Dairesel olarak da adlandırılır. Yüksekliği 0'a eşit olarak alıyoruz ve bu hızı buluyoruz, yaklaşık olarak şuna eşit:
Atmosfer direncinin yokluğunda Dünya etrafında dairesel bir yörüngede dönen bir uydunun hızına eşittir.
Bir uydunun hızının kütlesine bağlı olmadığı, yani herhangi bir cismin yapay bir uydu haline gelebileceği formülden görülebilir.
Vücuda daha yüksek bir hız verirseniz, o zaman Dünya'nın yerçekiminin üstesinden gelir.

İkinci kozmik hız, vücudun herhangi bir ek kuvvetin etkisi olmadan Dünya'nın yerçekiminin üstesinden gelmesini ve Güneş'in uydusu olmasını sağlayan en düşük hız olarak adlandırılır.

Bu hıza parabolik adı verildi, vücudun Dünya'nın yerçekimi alanındaki parabolik yörüngesine karşılık geliyor (eğer atmosferik direnç yoksa). Aşağıdaki formülden hesaplanabilir:

Burada r, Dünya'nın merkezinden fırlatma sahasına olan mesafedir.
Dünyanın yüzeyinde . Vücudun güneş sisteminden ayrılabileceği ve geniş uzayda gezinebileceği bir hız daha var.

Üçüncü kozmik hız, bir uzay aracının Güneş'in yerçekiminin üstesinden gelmesine ve güneş sisteminden çıkmasına izin veren en düşük hızdır.

Bu hız

Beni hangi kanunla asacaksın?
- Ve herkesi tek bir yasaya göre asıyoruz - evrensel çekim yasası.

Yerçekimi kanunu

Yerçekimi olgusu, evrensel çekim yasasıdır. İki cisim, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı ve kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı bir kuvvetle birbirine etki eder.

Matematiksel olarak, bu büyük yasayı formülle ifade edebiliriz.

Yerçekimi, evrendeki engin mesafelerde etki eder. Ancak Newton, tüm nesnelerin karşılıklı olarak çekildiğini savundu. Herhangi iki cismin birbirini çektiği doğru mu? Bir hayal edin, Dünya'nın sizi bir sandalyede otururken çektiği bilinmektedir. Fakat bir bilgisayar ve bir farenin birbirini çekmesi gerçeğini hiç düşündünüz mü? Ya da masanın üzerinde bir kalem ve tükenmez kalem? Bu durumda, kalemin kütlesini, kalemin kütlesini formüle koyarız, yerçekimi sabitini hesaba katarak aralarındaki mesafenin karesine böleriz, karşılıklı çekim kuvvetini elde ederiz. Ancak o kadar küçük çıkacaktır ki (kalem ve kurşun kalemin küçük kütlelerinden dolayı) varlığını hissetmeyeceğiz. Başka bir şey, Dünya ve bir sandalye veya Güneş ve Dünya söz konusu olduğunda. Kütleler önemlidir, bu da kuvvetin etkisini zaten değerlendirebileceğimiz anlamına gelir.

Serbest düşüş ivmesini düşünelim. Bu, çekim yasasının işleyişidir. Bir kuvvetin etkisi altında, vücut hızı ne kadar yavaş değişirse, kütle o kadar büyük olur. Sonuç olarak, tüm cisimler aynı ivme ile Dünya'ya düşer.

Bu görünmez eşsiz gücün sebebi nedir? Bugüne kadar, bir yerçekimi alanının varlığı biliniyor ve kanıtlanmıştır. Konuyla ilgili ek materyalde yerçekimi alanının doğası hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Yerçekiminin ne olduğunu bir düşünün. Bu nereden? Neyi temsil ediyor? Ne de olsa gezegen Güneş'e bakıyor, ne kadar uzaklaştığını görüyor, bu yasaya göre mesafenin ters karesini hesaplıyor olamaz mı?

yerçekimi yönü

İki cisim vardır, diyelim ki A ve B cisimleri. A cismi B cismini çeker. A cismini harekete geçiren kuvvet B cismi üzerinde başlar ve A cismine yönelir. Yani B cismini "alır" ve kendisine doğru çeker. . B Gövdesi, A gövdesi ile aynı şeyi "yapar".

Her vücut dünya tarafından çekilir. Dünya bedeni "alır" ve merkezine doğru çeker. Bu nedenle, bu kuvvet her zaman dikey olarak aşağı doğru yönlendirilecektir ve cismin ağırlık merkezinden uygulanır, buna yerçekimi denir.

Hatırlanması gereken ana şey

Bazı jeolojik keşif yöntemleri, gelgit tahmini ve son zamanlarda yapay uyduların ve gezegenler arası istasyonların hareketinin hesaplanması. Gezegenlerin konumunun erken hesaplanması.

Böyle bir deneyi kendimiz kurup gezegenlerin, nesnelerin çekilip çekilmediğini tahmin edemez miyiz?

Böyle doğrudan bir deneyim Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - İngiliz fizikçi ve kimyager)şekilde gösterilen cihazı kullanarak. Fikir, çok ince bir kuvars ipliğine iki bilyeli bir çubuk asmak ve ardından yanlarına iki büyük kurşun bilye getirmekti. Topların çekimi ipliği hafifçe bükecektir, çünkü sıradan nesneler arasındaki çekim kuvvetleri çok zayıftır. Böyle bir alet yardımıyla Cavendish, her iki kütlenin kuvvetini, mesafesini ve büyüklüğünü doğrudan ölçebildi ve böylece yerçekimi sabiti G.

Uzaydaki yerçekimi alanını karakterize eden yerçekimi sabiti G'nin benzersiz keşfi, Dünya'nın, Güneş'in ve diğer gök cisimlerinin kütlesini belirlemeyi mümkün kıldı. Bu nedenle Cavendish, deneyimini "Dünyayı tartmak" olarak adlandırdı.

İlginç bir şekilde, çeşitli fizik yasalarının bazı ortak özellikleri vardır. Elektrik yasalarına (Coulomb kuvveti) dönelim. Elektrik kuvvetleri de mesafenin karesiyle ters orantılıdır, ancak zaten yükler arasındadır ve istemeden bu modelin derin bir anlamı olduğu düşüncesi ortaya çıkar. Şimdiye kadar hiç kimse yerçekimi ve elektriği aynı özün iki farklı tezahürü olarak sunamadı.

Buradaki kuvvet de mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişir, ancak elektrik kuvvetleri ile yerçekimi kuvvetlerinin büyüklüğündeki fark dikkat çekicidir. Yerçekimi ve elektriğin ortak doğasını kurmaya çalışırken, elektrik kuvvetlerinin yerçekimi kuvvetlerine o kadar üstün olduğunu görüyoruz ki, ikisinin de aynı kaynağa sahip olduğuna inanmak zor. Birinin diğerinden daha güçlü olduğunu nasıl söyleyebilirsin? Sonuçta, her şey kütlenin ne olduğuna ve yükün ne olduğuna bağlı. Yerçekiminin ne kadar güçlü davrandığını tartışırken, "Hadi şu büyüklükte bir kütle alalım" demeye hakkınız yok çünkü onu kendiniz seçiyorsunuz. Ama Doğa'nın bize sunduğu şeyi (bizim inçlerimizle, yıllarımızla, ölçülerimizle hiçbir ilgisi olmayan kendi sayıları ve ölçüleri) alırsak, o zaman karşılaştırabiliriz. Örneğin bir elektron gibi temel yüklü bir parçacık alacağız. İki temel parçacık, iki elektron, elektrik yükü nedeniyle, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle birbirini iter ve yerçekimi nedeniyle, karesiyle ters orantılı bir kuvvetle tekrar birbirlerini çekerler. mesafe.

Soru: Yerçekimi kuvvetinin elektrik kuvvetine oranı nedir? Yerçekimi, 42 sıfırlı bir sayı için bir olduğu gibi elektriksel itme ile ilişkilidir. Bu derinden kafa karıştırıcı. Bu kadar büyük bir sayı nereden gelebilir?

İnsanlar bu devasa faktörü başka doğa olaylarında arıyor. Her türlü büyük sayıdan geçerler ve eğer büyük bir sayı istiyorsanız, neden evrenin çapının bir protonun çapına oranını almıyorsunuz - şaşırtıcı bir şekilde, bu aynı zamanda 42 sıfırlı bir sayıdır. Ve derler ki: belki bu katsayı, proton çapının evrenin çapına oranına eşittir? Bu ilginç bir düşünce ama evren yavaş yavaş genişledikçe yerçekimi sabitinin de değişmesi gerekiyor. Bu hipotez henüz çürütülmemiş olsa da, lehine herhangi bir kanıtımız yok. Aksine, bazı kanıtlar yerçekimi sabitinin bu şekilde değişmediğini öne sürüyor. Bu büyük sayı, bugüne kadar bir sır olarak kalıyor.

Einstein, görelilik ilkelerine uygun olarak yerçekimi yasalarını değiştirmek zorunda kaldı. Bu ilkelerden ilki, x mesafesinin bir anda aşılamayacağını söylerken, Newton'un teorisine göre kuvvetler anında etki eder. Einstein, Newton yasalarını değiştirmek zorunda kaldı. Bu değişiklikler, iyileştirmeler çok küçüktür. Bunlardan biri şudur: Işığın enerjisi olduğu, enerjisi kütleye eşdeğer olduğu ve tüm kütleler çektiği için ışık da çeker ve bu nedenle Güneş'in yanından geçerken saptırılması gerekir. Gerçekte böyle olur. Yerçekimi kuvveti de Einstein'ın teorisinde biraz değiştirildi. Ancak yerçekimi kanunundaki bu çok küçük değişiklik, Merkür'ün hareketindeki bazı bariz düzensizlikleri açıklamak için yeterlidir.

Mikrokozmostaki fiziksel fenomenler, büyük ölçekler dünyasındaki fenomenlerden başka yasalara tabidir. Şu soru ortaya çıkıyor: küçük ölçeklerden oluşan bir dünyada yerçekimi kendini nasıl gösteriyor? Yerçekiminin kuantum teorisi buna cevap verecektir. Ancak yerçekiminin kuantum teorisi henüz yok. İnsanlar, kuantum mekaniği ilkeleri ve belirsizlik ilkesiyle tamamen tutarlı bir yerçekimi kuramı yaratmada henüz çok başarılı olamadılar.

Newton yasalarına göre bir cismin ivmeli hareketi ancak bir kuvvetin etkisi altında mümkündür. Çünkü düşen cisimler aşağı doğru bir ivme ile hareket ederler, sonra Dünya'ya olan çekim kuvvetinden etkilenirler. Ancak yalnızca Dünya, çekim gücüyle tüm bedenler üzerinde hareket etme özelliğine sahip değildir. Isaac Newton, çekim kuvvetlerinin tüm cisimler arasında hareket ettiğini öne sürdü. Bu kuvvetler denir yerçekimi kuvvetleri veya yerçekimsel kuvvetler.

Yerleşik yasaları genişleterek - cisimlerin Dünya'ya çekim kuvvetinin cisimler arasındaki mesafelere ve gözlemler sonucunda elde edilen etkileşime giren cisimlerin kütlelerine bağımlılığı - Newton 1682'de keşfetti yerçekimi kanunu:Tüm cisimler birbirini çeker, evrensel yerçekimi kuvveti cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır:

Evrensel yerçekimi kuvvetlerinin vektörleri, gövdeleri birleştiren düz çizgi boyunca yönlendirilir. Orantılılık faktörü G denir yerçekimi sabiti (evrensel yerçekimi sabiti) ve eşittir

.

yer çekimi Dünya'dan tüm cisimlere etki eden çekim kuvveti denir:

.

İzin vermek
dünyanın kütlesidir ve
dünyanın yarıçapıdır. Serbest düşüşün ivmesinin Dünya yüzeyinin üzerindeki yükselişin yüksekliğine bağımlılığını düşünün:

Vücut ağırlığı. ağırlıksızlık

Vücut ağırlığı - Bir cismin zemine olan çekiminden dolayı bir destek veya askı üzerine bastırdığı kuvvet. Vücudun ağırlığı desteğe (süspansiyon) uygulanır. Vücut ağırlığının miktarı, vücudun destek (süspansiyon) ile nasıl hareket ettiğine bağlıdır.

Vücut ağırlığı, yani Newton'un üçüncü yasasına göre, cismin desteğe uyguladığı kuvvet ile desteğin cisme uyguladığı elastik kuvvet, mutlak değerde eşit ve zıt yöndedir.

Vücut yatay bir destek üzerinde duruyorsa veya düzgün hareket ediyorsa, sadece yerçekimi kuvveti ve desteğin yanından gelen elastik kuvvet etki eder, bu nedenle vücudun ağırlığı yerçekimi kuvvetine eşittir (ancak bu kuvvetler farklı organlara uygulanır):

.

Hızlandırılmış hareketle, vücudun ağırlığı yerçekimi kuvvetine eşit olmayacaktır. Kütlesi m olan bir cismin yerçekimi ve ivme ile esneklik etkisi altında hareket ettiğini düşünün. Newton'un 2. yasasına göre:

Vücudun ivmesi aşağı doğru ise, o zaman vücudun ağırlığı yerçekimi kuvvetinden daha azdır; vücudun ivmesi yukarı doğru yönlendirilirse, o zaman tüm cisimler yerçekimi kuvvetinden daha büyüktür.

Destek veya süspansiyonun hızlandırılmış hareketinin neden olduğu vücut ağırlığındaki artışa denir. aşırı yükleme.

Vücut serbestçe düşüyorsa, o zaman * formülünden, vücudun ağırlığının sıfır olduğu sonucu çıkar. Serbest düşüşün hızlanması ile desteğin hareketi sırasında ağırlığın kaybolmasına denir. ağırlıksızlık.

Bir uçakta veya uzay aracında, hareket hızları ne olursa olsun, serbest düşme ivmesi ile hareket ettiklerinde ağırlıksızlık durumu gözlenir. Dünya atmosferinin dışında, jet motorları kapatıldığında, uzay aracına yalnızca evrensel yerçekimi kuvveti etki eder. Bu kuvvetin etkisi altında uzay aracı ve içindeki tüm cisimler aynı ivme ile hareket eder; bu nedenle gemide ağırlıksızlık olgusu gözlemlenir.

Bir cismin yerçekimi etkisi altındaki hareketi. Yapay uyduların hareketi. ilk kozmik hız

Vücudun yer değiştirme modülü, Dünya'nın merkezine olan mesafeden çok daha azsa, hareket sırasındaki evrensel yerçekimi kuvveti sabit kabul edilebilir ve vücudun hareketi eşit şekilde hızlanır. Bir cismin yerçekimi etkisi altındaki en basit hareketi, sıfır başlangıç ​​hızıyla serbest düşüştür. Bu durumda vücut, serbest düşüşün ivmesiyle Dünya'nın merkezine doğru hareket eder. Dikey olarak yönlendirilmemiş bir ilk hız varsa, o zaman vücut kavisli bir yol boyunca hareket eder (hava direnci hesaba katılmazsa parabol).

Belirli bir başlangıç ​​hızında, atmosferin yokluğunda yerçekimi etkisi altında Dünya yüzeyine teğet olarak atılan bir cisim, Dünya'nın etrafında bir daire içinde, üzerine düşmeden ve ondan uzaklaşmadan hareket edebilir. Bu hız denir ilk kozmik hız ve bu şekilde hareket eden vücut - yapay dünya uydusu (AES).

Dünya için ilk kozmik hızı tanımlayalım. Yerçekimi etkisi altındaki bir cisim Dünya etrafında bir daire içinde düzgün bir şekilde hareket ederse, serbest düşüşün ivmesi onun merkezcil ivmesidir:

.

Dolayısıyla ilk kozmik hız

.

Herhangi bir gök cismi için ilk kozmik hız da aynı şekilde belirlenir. Bir gök cisminin merkezinden R mesafesindeki serbest düşüş ivmesi, Newton'un ikinci yasası ve evrensel çekim yasası kullanılarak bulunabilir:

.

Bu nedenle, M kütleli bir gök cisminin merkezinden R mesafesindeki ilk kozmik hız şuna eşittir:

.

Bir uyduyu Dünya'ya yakın yörüngeye fırlatmak için önce atmosferden çıkarılması gerekir. Bu nedenle, uzay gemileri dikey olarak fırlatılır. Dünya yüzeyinden 200 - 300 km yükseklikte, atmosferin seyreltildiği ve uydunun hareketi üzerinde neredeyse hiçbir etkisinin olmadığı yerde, roket bir dönüş yapar ve yörüngeye dik yönde ilk kozmik hızı uyduya bildirir. dikey.

Hepimiz Dünya üzerinde yürüyoruz çünkü o bizi çekiyor. Dünya, yüzeyindeki tüm cisimleri çekmeseydi, o zaman onu iterek uzaya uçardık. Ancak bu olmaz ve herkes yerçekiminin varlığını bilir.

Dünyayı mı çekiyoruz? Luna çekiyor!

Dünyayı kendimize doğru çekiyor muyuz? Gülünç soru, değil mi? Ama bakalım. Denizlerde ve okyanuslarda gelgitlerin ne olduğunu biliyor musunuz? Su her gün sahili terk eder, birkaç saat dolaşır ve sonra hiçbir şey olmamış gibi geri döner.

Yani şu anda su nerede olduğu bilinmiyor, ancak yaklaşık olarak okyanusun ortasında. Bir su dağı gibi bir şey oluşur. İnanılmaz, değil mi? Yayılma eğilimi gösteren su, sadece kendi kendine akmaz, aynı zamanda dağları da oluşturur. Ve bu dağlarda çok büyük bir su kütlesi yoğunlaşıyor.

Sadece gelgit sırasında kıyıdan uzaklaşan toplam su hacmini düşünün, devasa miktarlardan bahsettiğimizi anlayacaksınız. Ama bu olursa, bir sebep olmalı. Ve bir sebep var. Bunun nedeni, ayın bu suyu çekmesidir.

Ay, Dünya etrafında dönerken okyanusların üzerinden geçerek okyanus sularını kendisine doğru çeker. Ay, dünya tarafından çekildiği için dünyanın etrafında döner. Ancak, kendisinin aynı zamanda Dünya'yı kendisine çektiği ortaya çıktı. Ancak dünya onun için çok büyük ama etkisi okyanuslardaki suyu hareket ettirmeye yetiyor.

Evrensel yerçekimi kuvveti ve yasası: kavram ve formül

Ve şimdi daha ileri gidelim ve düşünelim: Eğer yakınlarda bulunan iki büyük cisim birbirini çekiyorsa, daha küçük cisimlerin de birbirini çekeceğini varsaymak mantıklı değil mi? Sadece çok daha küçükler ve çekici güçleri küçük olacak mı?

Bu varsayımın kesinlikle doğru olduğu ortaya çıktı. Kesinlikle Evrendeki tüm cisimler arasında çekim kuvvetleri veya başka bir deyişle evrensel yerçekimi kuvvetleri vardır.

Isaac Newton, böyle bir fenomeni bir yasa biçiminde keşfeden ve formüle eden ilk kişiydi. Evrensel çekim yasası diyor ki: tüm cisimler birbirini çekerken, çekim kuvveti cisimlerin her birinin kütlesiyle doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır:

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

burada F, cisimler arasındaki çekim kuvveti vektörünün değeri, m_1 ve m_2 bu cisimlerin kütleleridir, r cisimler arasındaki mesafedir, G yerçekimi sabitidir.

Yerçekimi sabiti, 1 metre mesafede bulunan 1 kg kütleli cisimler arasında var olan kuvvete sayısal olarak eşittir. Bu değer deneysel olarak bulunur: G=6.67*〖10〗^(-11) N* m^2⁄〖kg〗^2 .

Asıl sorumuz olan "Dünyayı mı çekiyoruz?" sorusuna dönersek, güvenle "evet" yanıtını verebiliriz. Newton'un üçüncü yasasına göre biz de Dünya'yı, Dünya'nın bizi çektiği kuvvetle aynı kuvvetle çekiyoruz. Bu kuvvet, evrensel çekim yasasından hesaplanabilir.

Ve Newton'un ikinci yasasına göre, cisimlerin herhangi bir kuvvetle birbirlerine çarpması, birbirlerine verdikleri ivme şeklinde ifade edilir. Ancak verilen ivme, vücudun kütlesine bağlıdır.

Dünyanın kütlesi büyüktür ve bize serbest düşüşün ivmesini verir. Ve kütlemiz Dünya'ya kıyasla önemsizdir ve bu nedenle Dünya'ya verdiğimiz ivme pratik olarak sıfırdır. Bu yüzden Dünya'ya çekilip üzerinde yürüyoruz, tersi değil.

Sadece en gizemli değil doğanın güçleri ama aynı zamanda en güçlüsü.

Adam ilerleme yolunda

Tarihsel olarak, olmuştur İnsan siz ilerledikçe ilerleme yolları doğanın her zamankinden daha güçlü güçlerine hakim oldu. Elinde bir sopa ve kendi fiziksel gücünden başka bir şey kalmadığında başladı.

Ama o akıllıydı ve hayvanların fiziksel güçlerini hizmetine sunarak onları evcilleştirdi. At koşusunu hızlandırdı, deve çölü geçilebilir kıldı, fil bataklık ormanı. Ancak en güçlü hayvanların bile fiziksel güçleri, doğanın güçleriyle karşılaştırıldığında ölçülemeyecek kadar küçüktür.

İlk kişi, ateş unsuruna boyun eğdirdi, ancak yalnızca en zayıflamış versiyonlarında. Başlangıçta - yüzyıllar boyunca - yakıt olarak yalnızca odun kullandı - çok düşük enerji yoğun bir yakıt türü. Bir süre sonra, bu enerji kaynağından rüzgar enerjisini kullanmayı öğrendi, bir adam yelkenin beyaz kanadını havaya kaldırdı - ve hafif bir gemi dalgaların üzerinden bir kuş gibi uçtu.

Dalgalar üzerinde yelkenli

Yel değirmeninin kanatlarını sert rüzgarlara maruz bıraktı - ve değirmen taşlarının ağır taşları döndü, kabuğu çıkarılmış tanelerin havaneli sallandı. Ancak hava jetlerinin enerjisinin konsantre olmaktan uzak olduğu herkes için açıktır. Ayrıca hem yelken hem de yel değirmeni rüzgarın darbelerinden korkuyordu: fırtına yelkenleri yırttı ve gemileri batırdı, fırtına kanatları kırdı ve değirmenleri devirdi.

Hatta daha sonra, insan akan suyu fethetmeye başladı. Çark, suyun enerjisini dönme hareketine dönüştürebilen cihazların en ilkel olmasının yanı sıra, diğerlerine göre en güçsüz olanıdır.

İnsan, ilerleme merdiveninde ilerliyordu ve giderek daha fazla enerjiye ihtiyaç duyuyordu.
Yeni yakıt türleri kullanmaya başladı - zaten yanan kömüre geçiş, bir kilogram yakıtın enerji yoğunluğunu 2500 kcal'den 7000 kcal'e çıkardı - neredeyse üç kat. Sonra petrol ve gaz zamanı geldi. Yine her bir kilogram fosil yakıtın enerji içeriği bir buçuk ila iki kat arttı.

Buhar motorlarının yerini buhar türbinleri aldı; değirmen çarkları hidrolik türbinlerle değiştirildi. Sonra adam bölünebilir uranyum atomuna elini uzattı. Bununla birlikte, yeni bir enerji türünün ilk kullanımının trajik sonuçları oldu - 1945'te Hiroşima'nın nükleer alevi 70 bin insanın kalbini dakikalar içinde yaktı.

1954'te dünyanın ilk Sovyet nükleer santrali faaliyete geçerek uranyumun gücünü elektrik akımının ışıma gücüne dönüştürdü. Ve bir kilogram uranyumun, bir kilogram en iyi petrolden iki milyon kat daha fazla enerji içerdiğine dikkat edilmelidir.

Bu, fiziksel olarak adlandırılabilecek temelde yeni bir ateşti, çünkü bu kadar muhteşem miktarda enerjinin doğuşuna yol açan süreçleri inceleyen fizikçilerdi.
Uranyum tek nükleer yakıt değildir. Daha güçlü bir yakıt türü zaten kullanılıyor - hidrojen izotopları.

Ne yazık ki, insan henüz hidrojen-helyum nükleer alevini bastıramadı. Her şeyi yakan ateşini bir an için nasıl ateşleyeceğini biliyor, bir uranyum patlaması parlamasıyla bir hidrojen bombasındaki reaksiyonu ateşe veriyor. Ancak daha yakın ve daha yakın bilim adamları, hidrojen izotoplarının çekirdeklerinin helyum çekirdeklerine füzyonunun bir sonucu olarak bir elektrik akımı üretecek olan bir hidrojen reaktörü görüyorlar.

Yine bir kişinin her bir kilogram yakıttan alabileceği enerji miktarı neredeyse on kat artacaktır. Ancak bu adım, doğa güçleri üzerindeki insan gücünün yaklaşan tarihindeki son adım mı olacak?

HAYIR! Önde - yerçekimi enerji formunun ustalığı. Doğası gereği, hidrojen-helyum füzyon enerjisinden bile daha ihtiyatlı bir şekilde paketlenmiştir. Bugün, bir kişinin tahmin edebileceği en yoğun enerji şeklidir.

Orada, bilimin en son noktasının ötesinde henüz hiçbir şey görünmüyor. Ve enerji santrallerinin bir kişi için çalışacağını, yerçekimi enerjisini elektrik akımına (veya belki bir jet motoru nozülünden uçan bir gaz akışına veya her yerde bulunan silikon ve oksijen atomlarının planlı dönüşümüne) işleyerek bir kişi için çalışacağını güvenle söyleyebiliriz. ultra-nadir metallerin atomlarına), böyle bir enerji santralinin (roket motoru, fiziksel reaktör) detayları hakkında henüz bir şey söyleyemeyiz.

Galaksilerin doğuşunun kökenlerindeki evrensel yerçekimi kuvveti

Evrensel yerçekimi kuvveti, galaksilerin doğuşunun kökenindedir. akademisyen V.A. Ambartsumyan'ın ikna olduğu gibi, yıldız öncesi maddeden. Doğumda kendilerine tahsis edilen yıldız yakıtını tüketerek zamanlarını tüketen yıldızları da söndürür.

Evet, etrafınıza bakın: Dünyadaki her şey büyük ölçüde bu güç tarafından kontrol ediliyor.

Gezegenimizin katmanlı yapısını belirleyen odur - litosfer, hidrosfer ve atmosferin değişimi. Altında ve sayesinde hepimizin var olduğu kalın bir hava gazı tabakası tutan odur.

Yerçekimi olmasaydı, Dünya hemen Güneş etrafındaki yörüngesinden çıkar ve dünyanın kendisi merkezkaç kuvvetleri tarafından parçalanarak parçalanırdı. Bir dereceye kadar evrensel yerçekimi kuvvetine bağlı olmayacak bir şey bulmak zordur.

Elbette, çok dikkatli insanlar olan eski filozoflar, yukarı doğru atılan bir taşın her zaman geri geldiğini fark etmekten geri kalamazlardı. MÖ 4. yüzyılda Platon bunu, evrendeki tüm maddelerin benzer maddelerin çoğunun yoğunlaştığı yere yöneldiği gerçeğiyle açıklamıştır: atılan bir taş yere düşer veya dibe gider, dökülen su en yakın gölete sızar veya denize dökülen bir ırmağa, bir ateşin dumanı kendi akraba bulutlarına koşar.

Platon'un bir öğrencisi olan Aristoteles, tüm cisimlerin özel ağırlık ve hafiflik özelliklerine sahip olduğunu açıkladı. Ağır cisimler - taşlar, metaller - evrenin merkezine, ışık - ateş, duman, buharlar - çevreye koşar. Evrensel yerçekimi kuvvetiyle ilgili bazı fenomenleri açıklayan bu hipotez, 2 bin yıldan fazla bir süredir var.

Yerçekimi kuvveti hakkında bilim adamları

Muhtemelen sorusunu ilk gündeme getiren yerçekimi kuvveti gerçekten bilimsel, Rönesans'ın dehasıydı - Leonardo da Vinci. Leonardo, yerçekiminin yalnızca Dünya'nın özelliği olmadığını, birçok ağırlık merkezi olduğunu ilan etti. Ayrıca yerçekimi kuvvetinin ağırlık merkezine olan uzaklığa bağlı olduğunu öne sürdü.

Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke'un çalışmaları, evrensel yerçekimi yasası fikrine daha da yaklaştırdı, ancak nihai formülasyonunda bu yasa sonsuza kadar Isaac Newton'un adıyla ilişkilendirildi.

Yerçekimi kuvveti üzerine Isaac Newton

4 Ocak 1643'te doğdu. Cambridge Üniversitesi'nden mezun oldu, lisans oldu, ardından bilim ustası oldu.

Bundan sonraki her şey sonsuz bir bilimsel çalışma zenginliğidir. Ancak asıl eseri, 1687'de yayınlanan ve genellikle basitçe "Başlangıçlar" olarak adlandırılan "Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri" dir. Büyük olan onlarda formüle edilir. Muhtemelen herkes onu liseden hatırlıyor.

Tüm cisimler birbirini, bu cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çekerler...

Bu formülasyonun bazı hükümleri, Newton'un selefleri tarafından önceden tahmin edilebilirdi, ancak henüz tamamıyla kimseye verilmedi. Dünyanın çekiciliğini Ay'a ve Güneş'in tüm gezegen sistemine yaymak için bu parçaları tek bir bütün halinde birleştirmek için Newton'un dehasına ihtiyaç vardı.

Newton, daha önce Kepler tarafından keşfedilen gezegenlerin tüm hareket yasalarını evrensel çekim yasasından çıkardı. Onlar sadece onun sonuçlarıydı. Üstelik Newton, yalnızca Kepler yasalarının değil, aynı zamanda bu yasalardan sapmaların da (üç veya daha fazla cismin dünyasında) evrensel yerçekiminin sonucu olduğunu gösterdi ... Bu, bilimin büyük bir zaferiydi.

Görünüşe göre, dünyaları hareket ettiren doğanın ana kuvveti nihayet keşfedildi ve matematiksel olarak tanımlandı, hava moleküllerinin, elmaların ve Güneş'in tabi olduğu kuvvet. Dev, ölçülemeyecek kadar büyük, Newton tarafından atılan adımdı.

Parlak bir bilim adamının çalışmalarının ilk popülerleştiricisi, Voltaire takma adıyla dünyaca ünlü Fransız yazar François Marie Arouet, Newton'un düşen bir elmaya baktığında aniden kendi adını taşıyan bir yasanın varlığını tahmin ettiğini söyledi.

Newton'un kendisi bu elmadan hiç bahsetmedi. Ve bugün bu güzel efsanenin çürütülmesi için zaman kaybetmeye değmez. Ve görünüşe göre Newton, mantıksal akıl yürütme yoluyla doğanın büyük gücünü kavramaya başladı. "Başlangıçlar" ın ilgili bölümünde yer alması muhtemeldir.

Yerçekimi kuvveti çekirdeğin uçuşunu etkiler

Diyelim ki çok yüksek bir dağa, tepesi çoktan atmosferin dışında kalacak kadar yüksek, devasa bir top yerleştirdik. Namlusu, kürenin yüzeyine kesinlikle paralel olarak yerleştirildi ve ateşlendi. Arkı tarif etmek çekirdek yere düşer.

Şarjı artırıyoruz, barutun kalitesini artırıyoruz, öyle ya da böyle çekirdeği bir sonraki atıştan sonra daha yüksek hızda hareket ettiriyoruz. Çekirdek tarafından tanımlanan yay daha düz hale gelir. Çekirdek, dağımızın eteğinden çok daha uzağa düşüyor.

Şarjı da arttırıyoruz ve ateş ediyoruz. Çekirdek, dünyanın yüzeyine paralel olarak alçalacak kadar yumuşak bir yörünge boyunca uçar. Çekirdek artık Dünya'ya düşemez: Düştüğü aynı hızla, Dünya onun altından kaçar. Ve gezegenimizin etrafındaki halkayı tanımladıktan sonra, çekirdek çıkış noktasına geri döner.

Silah bu arada çıkarılabilir. Ne de olsa, çekirdeğin dünyanın etrafındaki uçuşu bir saatten fazla sürecek. Ve sonra çekirdek hızla dağın tepesini aşacak ve Dünya'nın etrafında yeni bir daire çizecek. Düşmek, anlaştığımız gibi, çekirdek herhangi bir hava direnci yaşamazsa, asla yaşayamayacaktır.

Bunun için çekirdek hızı 8 km/sn'ye yakın olmalıdır. Ve çekirdeğin uçuş hızını arttırırsanız? Önce dünya yüzeyinin eğriliğinden daha yumuşak bir yay çizerek uçacak ve Dünya'dan uzaklaşmaya başlayacak. Aynı zamanda Dünya'nın yer çekiminin etkisi altındaki hızı da azalacaktır.

Ve son olarak, geri dönerek, olduğu gibi Dünya'ya geri dönmeye başlayacak, ancak onun yanından uçacak ve artık bir daireyi değil, bir elipsi tamamlayacak. Çekirdek, Dünya'nın etrafında, Dünya'nın Güneş'in etrafında hareket ettiği gibi, yani bir elips boyunca, gezegenimizin merkezinin yerleştirileceği odaklardan birinde hareket edecektir.

Çekirdeğin başlangıç ​​hızını daha da artırırsak, elips daha da gerilir. Bu elipsi, çekirdeğin Ay yörüngesine hatta çok daha uzağa ulaşacağı şekilde uzatmak mümkündür. Ancak bu çekirdeğin başlangıç ​​hızı 11.2 km/s'yi geçene kadar, Dünya'nın uydusu olarak kalacaktır.

Ateşlendiğinde 11,2 km / s'nin üzerinde bir hız alan çekirdek, parabolik bir yörünge boyunca Dünya'dan sonsuza kadar uçacak. Bir elips kapalı bir eğri ise, o zaman bir parabol sonsuza giden iki dalı olan bir eğridir. Bir elips boyunca hareket ederken, ne kadar uzun olursa olsun, kaçınılmaz olarak sistematik olarak başlangıç ​​noktasına geri döneceğiz. Bir parabol boyunca hareket ederek asla başlangıç ​​noktasına geri dönmeyeceğiz.

Ancak Dünya'yı bu hızla terk eden çekirdek, henüz sonsuza kadar uçamayacak. Güneş'in güçlü yerçekimi, uçuşunun yörüngesini bir gezegenin yörüngesi gibi kendi etrafında bükecek. Çekirdek, kendi gezegenler ailemizde küçük bir gezegen olan Dünya'nın kardeşi olacak.

Çekirdeği gezegen sisteminin dışına yönlendirmek, güneş çekiminin üstesinden gelmek için ona 16,7 km/s'den daha yüksek bir hız anlatmak ve bu hıza Dünya'nın kendi hareket hızı da eklenecek şekilde yönlendirmek gerekir. .

Yaklaşık 8 km / s'lik bir hıza (bu hız, silahımızın ateş ettiği dağın yüksekliğine bağlıdır) dairesel hız denir, 8 ila 11,2 km / s arasındaki hızlar eliptik, 11,2 ila 16,7 km / s arasındaki hızlar parabolik , ve bu sayının üzerinde - özgürleştirici hızlar.

Burada bu hızların verilen değerlerinin sadece Dünya için geçerli olduğunu da eklemek gerekiyor. Mars'ta yaşasaydık, dairesel hıza ulaşmak bizim için çok daha kolay olurdu - orada sadece yaklaşık 3,6 km / s ve parabolik hız 5 km / s'den sadece biraz fazla.

Öte yandan, çekirdeği Jüpiter'den bir uzay uçuşuyla Dünya'dan göndermek çok daha zor olurdu: Bu gezegendeki dairesel hız 42,2 km / s ve parabolik hız bile 61,8 km / s!

Güneşin sakinlerinin dünyalarını terk etmeleri çok zor olurdu (tabii ki böyle bir şey varsa). Bu devin dairesel hızı 437,6 ve ayrılma hızı - 618,8 km / s olmalıdır!

Yani Newton, 17. yüzyılın sonunda, Montgolfier kardeşlerin sıcak hava ile doldurduğu sıcak hava balonunun ilk uçuşundan yüz yıl önce, Wright kardeşlerin uçağının ilk uçuşlarından iki yüz yıl önce ve neredeyse dörtte biri. İlk sıvı roketlerin kalkışından bin yıl önce, uydular ve uzay gemileri için gökyüzüne giden yolu işaret ediyordu.

Yerçekimi kuvveti her kürenin doğasında vardır

Kullanarak yerçekimi kanunu bilinmeyen gezegenler keşfedildi, güneş sisteminin kökenine dair kozmogonik hipotezler yaratıldı. Yıldızları, gezegenleri, bahçedeki elmaları ve atmosferdeki gaz moleküllerini kontrol eden doğanın ana gücü keşfedilmiş ve matematiksel olarak açıklanmıştır.

Ancak evrensel çekim mekanizmasını bilmiyoruz. Newton yerçekimi açıklamaz, ancak görsel olarak gezegen hareketinin mevcut durumunu temsil eder.

Evrenin tüm bedenlerinin etkileşimine neyin sebep olduğunu bilmiyoruz. Ve Newton'un bu sebeple ilgilenmediği söylenemez. Uzun yıllar olası mekanizması üzerinde kafa yordu.

Bu arada, bu gerçekten de son derece gizemli bir güç. Etkileşim aktarımının açıklanabileceği, ilk bakışta herhangi bir maddi oluşumdan yoksun, yüz milyonlarca kilometrelik uzayda kendini gösteren bir güç.

Newton'un hipotezleri

VE Newton başvurdu hipotez tüm Evreni doldurduğu iddia edilen belirli bir eterin varlığı hakkında. 1675'te Dünya'ya olan çekiciliği, tüm Evreni dolduran eterin sürekli akışlarla Dünya'nın merkezine koşarak bu hareketteki tüm nesneleri yakalaması ve bir yerçekimi kuvveti yaratmasıyla açıkladı. Aynı eter akışı Güneş'e doğru koşar ve gezegenleri, kuyruklu yıldızları sürükleyerek onların eliptik yörüngelerini sağlar...

Kesinlikle matematiksel olarak mantıklı bir hipotez olmasına rağmen, çok inandırıcı değildi. Ama şimdi, 1679'da Newton, yerçekimi mekanizmasını açıklayan yeni bir hipotez yarattı. Bu kez etere gezegenlerin yakınında ve onlardan uzakta farklı bir konsantrasyona sahip olma özelliğini verir. Gezegenin merkezinden ne kadar uzaksa, sözde eter o kadar yoğundur. Ve tüm maddi cisimleri daha yoğun katmanlarından daha az yoğun olanlara sıkıştırma özelliğine sahiptir. Ve tüm cisimler Dünya yüzeyine sıkıştırılır.

1706'da Newton, esirin varlığını keskin bir şekilde reddediyor. 1717'de, esiri sıkıştırdığı hipotezine tekrar geri döner.

Newton'un ustaca beyni, büyük gizemin çözümü için savaştı ve onu bulamadı. Bu, bir yandan diğer yana bu kadar keskin fırlatmayı açıklıyor. Newton şöyle derdi:

Ben hipotez kurmuyorum.

Ve sadece doğrulayabildiğimiz gibi, bu tamamen doğru olmasa da, kesinlikle başka bir şey ifade edebiliriz: Newton, tartışılmaz olan şeyleri kararsız ve tartışmalı hipotezlerden açıkça ayırt edebildi. Ve Elementler'de büyük yasanın bir formülü var ama mekanizmasını açıklamaya yönelik bir girişim yok.
Büyük fizikçi bu bilmeceyi geleceğin adamına miras bıraktı. 1727'de öldü.
Bugün bile çözülmedi.

Newton yasasının fiziksel özü hakkındaki tartışma iki yüzyıl sürdü. Ve belki de kendisine sorulan tüm soruları tam olarak yanıtlasaydı, bu tartışma yasanın özüyle ilgili olmazdı.

Ancak işin gerçeği, zamanla bu yasanın evrensel olmadığı ortaya çıktı. Bunu veya bu fenomeni açıklayamadığı durumlar olduğunu. Örnekler verelim.

Seeliger'in hesaplamalarındaki yerçekimi kuvveti

Bunlardan ilki Seeliger paradoksu. Seeliger, Evrenin sonsuz olduğunu ve tekdüze bir şekilde maddeyle dolu olduğunu göz önünde bulundurarak, Newton yasasına göre, sonsuz Evrenin sonsuz büyük kütlesinin tamamının bir noktada yarattığı evrensel yerçekimi kuvvetini hesaplamaya çalıştı.

Saf matematik açısından kolay bir iş değildi. En karmaşık dönüşümlerin tüm zorluklarının üstesinden gelen Seeliger, istenen evrensel yerçekimi kuvvetinin Evrenin yarıçapıyla orantılı olduğunu buldu. Ve bu yarıçap sonsuza eşit olduğundan, çekim kuvveti sonsuz büyük olmalıdır. Ancak bunu pratikte göremiyoruz. Bu, evrensel çekim yasasının tüm evren için geçerli olmadığı anlamına gelir.

Bununla birlikte, paradoks için başka açıklamalar da mümkündür. Örneğin, maddenin tüm Evreni eşit şekilde doldurmadığını, ancak yoğunluğunun yavaş yavaş azaldığını ve sonunda çok uzak bir yerde hiç madde olmadığını varsayabiliriz. Ancak böyle bir tabloyu hayal etmek, uzayın maddesiz var olma olasılığını kabul etmek anlamına gelir ki bu genellikle saçmadır.

Yerçekimi kuvvetinin, mesafenin karesinin artmasından daha hızlı zayıfladığını varsayabiliriz. Ancak bu, Newton yasasının şaşırtıcı uyumu konusunda şüphe uyandırıyor. Hayır ve bu açıklama bilim adamlarını tatmin etmedi. Paradoks bir paradoks olarak kaldı.

Merkür hareketinin gözlemleri

Başka bir gerçek, evrensel yerçekimi kuvvetinin etkisi, Newton yasası tarafından açıklanmamıştır. Merkür'ün hareketinin gözlemlenmesi- gezegene en yakın. Newton yasasına göre yapılan kesin hesaplamalar, perehelion'un - Merkür'ün Güneş'e en yakın hareket ettiği elipsin noktası - 100 yılda 531 ark saniye kayması gerektiğini gösterdi.

Ve astronomlar bu kaymanın 573 yay saniyesine eşit olduğunu bulmuşlardır. Bu fazlalık - 42 yay saniyesi - bilim adamları tarafından yalnızca Newton yasasından kaynaklanan formüller kullanılarak açıklanamadı.

Hem Seeliger paradoksunu hem de Merkür'ün perhelionunun yer değiştirmesini ve diğer birçok paradoksal fenomeni ve açıklanamayan gerçekleri açıkladı. Albert Einstein, tüm zamanların en büyük fizikçilerinden biri değilse de. Sinir bozucu küçük şeyler arasında şu soru vardı: ruhani rüzgar.

Albert Michelson'ın Deneyleri

Görünüşe göre bu soru yerçekimi problemiyle doğrudan ilgili değildi. Optikle, ışıkla ilgiliydi. Daha doğrusu, hızının tanımına göre.

Danimarkalı astronom, ışık hızını ilk belirleyen kişi oldu. Olaf Remer Jüpiter'in uydularının tutulmasını izlemek. Bu, 1675 gibi erken bir tarihte oldu.

Amerikalı fizikçi Albert Michelson 18. yüzyılın sonlarında kendi tasarladığı aparatı kullanarak karasal koşullar altında ışık hızının bir dizi tespitini yaptı.

1927'de ışık hızını 299796 + 4 km/s olarak verdi ki bu o zamanlar için mükemmel bir doğruluktu. Ancak meselenin özü farklıdır. 1880'de ruhani rüzgarı araştırmaya karar verdi. Sonunda, varlığıyla hem yerçekimi etkileşiminin iletimini hem de ışık dalgalarının iletimini açıklamaya çalıştıkları o eterin varlığını kurmak istedi.

Michelson muhtemelen zamanının en dikkate değer deneycisiydi. Mükemmel donanıma sahipti. Ve başarıdan neredeyse emindi.

deneyimin özü

Deneyim böyle tasarlandı. Dünya yörüngesinde yaklaşık 30 km/sn hızla hareket eder.. Havada hareket eder. Bu, Dünya'nın hareketine göre alıcının önünde olan bir kaynaktan gelen ışığın hızının, diğer taraftaki bir kaynaktan daha büyük olması gerektiği anlamına gelir. Birinci durumda eterik rüzgarın hızı ışık hızına eklenmeli, ikinci durumda ışık hızı bu değer kadar azalmalıdır.

Elbette Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesindeki hızı, ışık hızının yalnızca on binde biri kadardır. Bu kadar küçük bir terim bulmak çok zor ama Michelson'a kesinlik kralı denmesinin bir nedeni var. Işık ışınlarının hızlarındaki "zor" farkı yakalamak için ustaca bir yol kullandı.

Işını iki eşit akıma böldü ve onları karşılıklı olarak dik yönlere yönlendirdi: meridyen boyunca ve paralel boyunca. Aynalardan yansıyan ışınlar geri döndü. Paralel boyunca giden ışın, eterik rüzgarın etkisini deneyimleseydi, meridyen ışınına eklendiğinde girişim saçaklarının ortaya çıkması gerekirdi, iki ışının dalgaları fazda kaymış olurdu.

Bununla birlikte, Michelson için her iki ışının yolunu, tamamen aynı olacak kadar büyük bir doğrulukla ölçmek zordu. Bu nedenle, aparatı girişim saçakları olmayacak şekilde inşa etti ve ardından 90 derece döndürdü.

Meridional ışını enlemesine oldu ve tersi de oldu. Eterik bir rüzgar varsa, mercek altında siyah ve açık çizgiler görünmelidir! Ama değillerdi. Belki de bilim adamı cihazı döndürürken hareket ettirmiştir.

Öğlen kurdu ve tamir etti. Sonuçta, bunun yanı sıra, bir eksen etrafında da dönüyor. Ve bu nedenle, günün farklı saatlerinde, enlemesine kiriş, yaklaşmakta olan ruhani rüzgara göre farklı bir konuma sahiptir. Şimdi, aparat kesinlikle hareketsiz olduğunda, deneyin doğruluğundan emin olabilirsiniz.

Yine girişim saçakları yoktu. Deney birçok kez gerçekleştirildi ve Michelson ve onunla birlikte o zamanın tüm fizikçileri hayrete düştü. Eterik rüzgar algılanmadı! Işık her yöne aynı hızla yol alıyordu!

Kimse bunu açıklayamadı. Michelson deneyi defalarca tekrarladı, ekipmanı geliştirdi ve sonunda, deneyin başarısı için gerekenden çok daha büyük bir mertebede, neredeyse inanılmaz bir ölçüm doğruluğu elde etti. Ve yine hiçbir şey!

Albert Einstein'ın Deneyleri

Bir sonraki büyük adım yerçekimi kuvveti bilgisi yaptı Albert Einstein.
Albert Einstein'a bir keresinde şu sorulmuştu:

Özel görelilik teorinize nasıl ulaştınız? Hangi koşullar altında parlak bir fikir buldunuz? Bilim adamı cevap verdi: “Bana her zaman durum böyleymiş gibi geldi.

Belki açık sözlü olmak istemedi, belki sinir bozucu muhataptan kurtulmak istedi. Ancak Einstein'ın zaman, uzay ve hız arasındaki bağlantı fikrinin doğuştan olduğunu hayal etmek zor.

Hayır, elbette, ilk başta şimşek kadar parlak bir önsezi vardı. Sonra gelişme başladı. Hayır, bilinen olaylarla çelişki yoktur. Ve sonra, fiziksel bir dergide yayınlanan formüllerle dolu beş sayfa ortaya çıktı. Fizikte yeni bir çağ açan sayfalar.

Uzayda uçan bir uzay gemisi hayal edin. Sizi hemen uyarıyoruz: yıldız gemisi çok tuhaf, hakkında bilim kurgu hikayelerinde okumadığınız türden. Uzunluğu 300 bin kilometre ve hızı 240 bin km / s diyelim. Ve bu uzay gemisi, uzaydaki ara platformlardan birinin yanından geçerek orada durmadan uçar. Son hızla.

Yolculardan biri elinde bir saatle yıldız gemisinin güvertesinde duruyor. Ve siz ve ben, okuyucu, bir platform üzerinde duruyoruz - uzunluğu bir yıldız gemisinin boyutuna, yani 300 bin kilometreye karşılık gelmelidir, aksi takdirde ona yapışamaz. Bir de elimizde saatimiz var.

Yıldız gemisinin pruvasının platformumuzun arka kenarına yetiştiği anda, üzerinde bir fenerin parlayarak onu çevreleyen alanı aydınlattığını fark ediyoruz. Bir saniye sonra, platformumuzun ön kenarına bir ışık huzmesi ulaştı. Bundan şüphe duymuyoruz çünkü ışık hızını biliyoruz ve saat üzerinde tam olarak karşılık gelen anı bulmayı başardık. Ve bir yıldız gemisinde...

Ancak yıldız gemisi aynı zamanda ışık huzmesine doğru da uçtu. Ve kesinlikle, platformun ortasına yakın bir yerdeyken ışığın kıçını aydınlattığını gördük. Işık hüzmesinin geminin pruvasından kıç tarafına kadar olan 300 bin kilometreyi kat etmediğini kesin olarak gördük.

Ancak yıldız gemisinin güvertesindeki yolcular başka bir şeyden emindir. Işınlarının pruvadan kıça 300 bin kilometrelik tüm mesafeyi kapsadığından eminler. Sonuçta, bunun için tam bir saniye harcadı. Onlar da saatlerine kesinlikle doğru bir şekilde kaydettiler. Aksi nasıl olabilir: Sonuçta, ışığın hızı kaynağın hızına bağlı değildir ...

Nasıl yani? Sabit bir platformdan bir şey görüyoruz, bir yıldız gemisinin güvertesinde onlara başka bir şey mi görüyoruz? Sorun ne?

Einstein'ın görelilik teorisi

Hemen not edilmelidir: Einstein'ın görelilik teorisi ilk bakışta, dünyanın yapısı hakkındaki yerleşik fikrimizle kesinlikle çelişiyor. Onu sunmaya alışkın olduğumuz için sağduyuya da aykırı olduğunu söyleyebiliriz. Bu, bilim tarihinde birçok kez olmuştur.

Ancak Dünya'nın küreselliğinin keşfi sağduyuya aykırıydı. İnsanlar nasıl karşı tarafta yaşayabilir ve uçuruma düşmez?

Bizim için Dünya'nın küreselliği şüphesiz bir gerçektir ve sağduyu açısından başka herhangi bir varsayım anlamsız ve çılgıncadır. Ama zamanınızdan geri adım atın, bu fikrin ilk ortaya çıkışını hayal edin ve onu kabul etmenin ne kadar zor olduğunu anlayacaksınız.

Peki, Dünya'nın hareketsiz olmadığını, yörüngesi boyunca bir gülleden onlarca kat daha hızlı uçtuğunu kabul etmek daha kolay mıydı?

Bütün bunlar sağduyu enkazıydı. Bu nedenle, modern fizikçiler ona asla atıfta bulunmazlar.

Şimdi özel görelilik kuramına geri dönelim. Dünya onu ilk kez 1905'te az bilinen bir isim olan Albert Einstein'ın imzaladığı bir makaleden tanıdı. Ve o zamanlar sadece 26 yaşındaydı.

Einstein bu paradokstan çok basit ve mantıklı bir varsayımda bulundu: Platformdaki bir gözlemcinin bakış açısından, hareket halindeki bir arabada kol saatinizin ölçtüğünden daha az zaman geçmiştir. Arabada zamanın geçişi, sabit platformdaki zamana göre yavaşladı.

Bu varsayımdan mantıksal olarak oldukça şaşırtıcı şeyler çıktı. Bir tramvayda işe gitmek için seyahat eden bir kişinin, aynı yoldan giden bir yaya ile karşılaştırıldığında, hız nedeniyle sadece zaman kazanmakla kalmayıp, aynı zamanda onun için daha yavaş gittiği ortaya çıktı.

Ancak ebedi gençliği bu şekilde korumaya çalışmayın: fayton şoförü olsanız ve hayatınızın üçte birini tramvayda geçirseniz bile, 30 yılda saniyenin milyonda birinden fazlasını kazanamazsınız. Zamandaki kazanımın fark edilir hale gelmesi için ışık hızına yakın bir hızda hareket edilmesi gerekmektedir.

Cisimlerin hızlarındaki artışın kütlelerine yansıdığı ortaya çıktı. Bir cismin hızı ışık hızına ne kadar yakınsa kütlesi o kadar fazladır. Işık hızına eşit bir cismin hızında, kütlesi sonsuza eşittir, yani Dünya'nın, Güneş'in, Galaksinin, tüm Evrenimizin kütlesinden daha büyüktür ... Kütlesi bu kadar basit bir parke taşına konsantre olabilir, hızlanmasını hızlandırabilir
Sveta!

Bu, herhangi bir maddi cismin ışık hızına eşit bir hız geliştirmesine izin vermeyen bir sınırlama getirir. Sonuçta, kütle büyüdükçe onu dağıtmak gittikçe zorlaşıyor. Ve sonsuz bir kütle hiçbir kuvvetle hareket ettirilemez.

Ancak doğa, bütün bir parçacık sınıfı için bu yasaya çok önemli bir istisna yapmıştır. Örneğin, fotonlar için. Işık hızında hareket edebilirler. Daha doğrusu başka bir hızda hareket edemezler. Hareketsiz bir fotonu hayal etmek düşünülemez.

Durağan haldeyken kütlesi yoktur. Ayrıca, nötrinoların durağan bir kütlesi yoktur ve ayrıca Evrenimizde mümkün olan en yüksek hızda, ışığı sollamadan ve ona ayak uydurmadan uzayda sınırsız, sınırsız bir uçuşa mahkumdurlar.

Özel görelilik kuramının tarafımızdan sıralanan sonuçlarının her birinin şaşırtıcı, paradoksal olduğu doğru değil mi! Ve elbette her biri "sağduyuya" aykırıdır!

Ama ilginç olan şu: Somut biçimiyle değil, geniş bir felsefi konum olarak, tüm bu şaşırtıcı sonuçlar diyalektik materyalizmin kurucuları tarafından tahmin edilmişti. Bu çıkarımlar ne diyor? Hareket eden bir cismin enerji ile kütleyi, kütle ile hızı, hız ile zamanı, hız ile uzunluğu birbirine bağlayan bağlantılar hakkında…

Einstein'ın çimento (devamı:) gibi, takviyeleri veya temel taşları birbirine bağlayan karşılıklı bağımlılığı keşfi, daha önce birbirinden bağımsız görünen şeyleri ve fenomenleri birbirine bağladı ve bilim tarihinde ilk kez üzerine inşa edildiği temeli yarattı. uyumlu bir bina inşa etmek mümkündür. Bu bina, evrenimizin nasıl çalıştığının bir temsilidir.

Ama önce, yine Albert Einstein tarafından yaratılan genel görelilik teorisi hakkında en azından birkaç söz.

Bu isim - genel görelilik teorisi - tartışılacak olan teorinin içeriğine tam olarak uymuyor. Uzay ve madde arasında karşılıklı bağımlılık kurar. olarak adlandırmak daha doğru olacaktır. uzay-zaman teorisi, veya yerçekimi teorisi.

Ancak bu isim, Einstein'ın teorisiyle o kadar yakınlaştı ki, şimdi onu değiştirme sorusunu gündeme getirmek bile birçok bilim adamına uygunsuz geliyor.

Genel görelilik teorisi, madde ile onu içeren zaman ve uzay arasındaki karşılıklı bağımlılığı kurdu. Uzay ve zamanın maddeden ayrı olarak düşünülemeyeceği, özelliklerinin de onları dolduran maddeye bağlı olduğu ortaya çıktı.

Tartışmanın başlangıç ​​noktası

Bu nedenle, yalnızca belirtilebilir tartışmanın başlangıç ​​noktası ve bazı önemli sonuçlar çıkarın.

Uzay yolculuğunun başlangıcında, beklenmedik bir felaket kütüphaneyi, film fonunu ve zihnin diğer depolarını, uzayda uçan insanların hafızasını yok etti. Ve yerli gezegenin doğası, yüzyılların değişiminde unutulur. Evrensel yerçekimi yasası bile unutulur çünkü roket neredeyse hissedilmediği galaksiler arası uzayda uçar.

Bununla birlikte, geminin motorları mükemmel çalışıyor, pillerdeki enerji kaynağı pratikte sınırsız. Çoğu zaman, gemi ataletle hareket eder ve sakinleri ağırlıksızlığa alışkındır. Ancak bazen motorları çalıştırarak geminin hareketini yavaşlatır veya hızlandırırlar. Jet nozulları boşluğa renksiz bir alevle parladığında ve gemi daha hızlı hareket ettiğinde, sakinler vücutlarının ağırlaştığını hissederler, koridorlardan uçmak yerine geminin etrafında yürümek zorunda kalırlar.

Ve şimdi uçuş tamamlanmak üzere. Gemi yıldızlardan birine kadar uçar ve en uygun gezegenin yörüngesine düşer. Yıldız gemileri, taze yeşil zeminde yürürken, geminin hızlandırılmış bir hızla hareket ettiği zamandan beri tanıdık olan aynı ağırlık hissini sürekli deneyimleyerek dışarı çıkıyor.

Ancak gezegen eşit şekilde hareket ediyor. 9,8 m/s2'lik sabit bir ivmeyle onlara doğru uçamaz! Ve yerçekimi alanı (yerçekimi kuvveti) ve ivmenin aynı etkiyi verdiği ve belki de ortak bir doğaya sahip olduklarına dair ilk varsayıma sahipler.

Dünyalı çağdaşlarımızdan hiçbiri bu kadar uzun bir uçuşta değildi, ancak birçok insan vücutlarını "ağırlaştırma" ve "hafifletme" olgusunu hissetti. Zaten sıradan bir asansör, hızlandırılmış bir hızda hareket ettiğinde bu hissi yaratır. Aşağı inerken ani bir ağırlık kaybı hissedersiniz, yukarı çıkarken ise tam tersine zemin normalden daha fazla kuvvetle bacaklarınıza baskı yapar.

Ama bir duygu hiçbir şeyi kanıtlamaz. Ne de olsa, duyumlar bizi Güneş'in gökyüzünde hareketsiz Dünya'nın etrafında hareket ettiğine, tüm yıldızların ve gezegenlerin bizden aynı uzaklıkta, gökkubbede vb. Olduğuna ikna etmeye çalışıyor.

Bilim adamları duyumları deneysel doğrulamaya tabi tuttular. Newton bile iki olgunun garip kimliğini düşündü. Onlara sayısal özellikler vermeye çalıştı. Yerçekimini ölçtükten sonra ve değerlerinin her zaman kesinlikle birbirine eşit olduğuna ikna oldu.

Pilot bitkinin sarkaçlarını hangi malzemeden yaptıysa: gümüşten, kurşundan, camdan, tuzdan, tahtadan, sudan, altından, kumdan, buğdaydan. Sonuç aynıydı.

denklik ilkesi Bahsettiğimiz, genel görelilik teorisinin temelidir, ancak teorinin modern yorumu artık bu prensibe ihtiyaç duymaz. Bu ilkeden çıkan matematiksel çıkarımları atlayarak, doğrudan genel görelilik kuramının bazı sonuçlarına geçelim.

Büyük madde kütlelerinin varlığı, çevredeki alanı büyük ölçüde etkiler. Mekanın homojen olmaması olarak tanımlanabilecek bu tür değişikliklere yol açar. Bu homojensizlikler, çeken cisme yakın olan herhangi bir kütlenin hareketini yönlendirir.

Genellikle böyle bir benzetmeye başvururlar. Dünya yüzeyine paralel bir çerçeve üzerine sıkıca gerilmiş bir tuval hayal edin. Üzerine ağır bir ağırlık koyun. Bu bizim büyük çeken kütlemiz olacak. Elbette tuvali bükecek ve sonunda bir girintiye girecek. Şimdi topu bu tuvalin üzerinde, yolunun bir kısmı çeken kütlenin yanında olacak şekilde yuvarlayın. Topun nasıl fırlatılacağına bağlı olarak üç seçenek mümkündür.

1. Top, tuvalin sapmasıyla oluşan girintiden yeterince uzağa uçacak ve hareketini değiştirmeyecektir.
2. Top girintiye değecek ve hareket çizgileri çeken kütleye doğru bükülecektir.
3. Top bu deliğe düşecek, oradan çıkamayacak ve yerçekimi yapan kütlenin etrafında bir veya iki tur atacaktır.

Üçüncü seçeneğin, dikkatsizce kendi çekim alanlarına giren yabancı bir cismin bir yıldız veya gezegen tarafından yakalanmasını çok güzel bir şekilde modellediği doğru değil mi?

Ve ikinci durum, olası yakalama hızından daha yüksek bir hızda uçan bir cismin yörüngesinin bükülmesidir! İlk durum, yerçekimi alanının pratik erişiminin dışında uçmaya benzer. Evet, pratiktir çünkü teorik olarak yerçekimi alanı sınırsızdır.

Tabii ki, bu çok uzak bir benzetmedir, çünkü öncelikle hiç kimse bizim üç boyutlu uzayımızın sapmasını gerçekten hayal edemez. Sıklıkla söylendiği gibi, bu sapmanın veya eğriliğin fiziksel anlamı nedir, kimse bilmiyor.

Genel görelilik teorisinden, herhangi bir maddi cismin bir yerçekimi alanında yalnızca eğri çizgiler boyunca hareket edebileceği sonucu çıkar. Sadece özel durumlarda eğri düz bir çizgiye dönüşür.

Işık ışını da bu kurala uyar. Ne de olsa uçuş halinde belli bir kütleye sahip olan fotonlardan oluşuyor. Ve yerçekimi alanı, bir molekülün, bir asteroidin veya bir gezegenin yanı sıra onun üzerinde de etkiye sahiptir.

Bir diğer önemli sonuç da yerçekimi alanının zamanın akışını da değiştirdiğidir. Büyük bir çeken kütlenin yanında, onun yarattığı güçlü bir yerçekimi alanında, zamanın geçişi ondan uzakta olduğundan daha yavaş olmalıdır.

Görüyorsunuz ve genel görelilik teorisi, "sağduyu" fikirlerimizi defalarca alt üst edebilecek paradoksal sonuçlarla dolu!

yerçekimi çöküşü

Kozmik nitelikteki inanılmaz bir fenomenden - yerçekimi çöküşü (felaket sıkıştırma) hakkında konuşalım. Bu fenomen, yerçekimi kuvvetlerinin doğada var olan başka hiçbir kuvvetin onlara karşı koyamayacağı kadar muazzam boyutlara ulaştığı devasa madde birikimlerinde meydana gelir.

Newton'un ünlü formülünü hatırlayın: yerçekimi kuvveti ne kadar büyükse, yerçekimi yapan cisimler arasındaki mesafenin karesi o kadar küçük olur. Böylece, malzeme oluşumu ne kadar yoğun olursa, boyutu o kadar küçülür, yerçekimi kuvvetleri o kadar hızlı artar ve yıkıcı kucaklaşmaları o kadar kaçınılmaz olur.

Doğanın maddenin sınırsız gibi görünen sıkıştırmasıyla mücadele ettiği kurnaz bir teknik vardır. Bunu yapmak için, süperdev yerçekimi kuvvetlerinin etki alanında zamanın akışını durdurur ve zincirlenmiş madde kütleleri, garip, uyuşuk bir rüyada donmuş gibi, Evrenimizden kapatılır.

Kozmosun bu "kara deliklerinin" ilki muhtemelen çoktan keşfedildi. Sovyet bilim adamları O. Kh. Huseynov ve A. Sh. Novruzova'nın varsayımına göre, bu İkizler deltasıdır - görünmez bir bileşeni olan çift yıldız.

Görünür bileşenin kütlesi 1,8 güneştir ve görünmez "ortağı", hesaplamalara göre, görünen bileşenden dört kat daha büyük olmalıdır. Ama hiçbir iz yok: Doğanın en şaşırtıcı yaratılışını, "kara deliği" görmek imkansız.

Sovyet bilim adamı Profesör K.P. Stanyukovich, dedikleri gibi, "bir kalemin ucunda", tamamen teorik yapılarla "donmuş madde" parçacıklarının boyut olarak çok çeşitli olabileceğini gösterdi.

• Gökadamızın 100 milyar yıldızının yaydığı kadar enerjiyi sürekli olarak yayan, kuasarlara benzeyen devasa oluşumları mümkündür.
• Sadece birkaç güneş kütlesine eşit olan çok daha mütevazı kümeler mümkündür. Hem bunlar hem de diğer nesneler, "uyuyan" değil, sıradan maddelerden ortaya çıkabilir.
• Ve temel parçacıklarla kütle olarak orantılı, tamamen farklı bir sınıfın oluşumları mümkündür.

Ortaya çıkmaları için önce onları oluşturan maddeyi devasa bir baskıya tabi tutmak ve onu Schwarzschild küresinin - dışarıdan bir gözlemci için zamanın tamamen durduğu bir kürenin - sınırlarına sürmek gerekir. Ve bundan sonra basınç kaldırılsa bile, zamanın durduğu parçacıklar Evrenimizden bağımsız olarak var olmaya devam edecekler.

plankeonlar

Plankeonlar çok özel bir parçacık sınıfıdır. K.P.'ye göre son derece ilginç bir özelliğe sahipler. Plankeon'un içine baktığımızda, evrenimizin doğuşu sırasındaki maddeyi görebildik. Teorik hesaplamalara göre, Evren'de yaklaşık 1080 plankeon var, bir kenarı 10 santimetre olan bir uzay küpünde yaklaşık bir plankeon. Bu arada, Stanyukovich ile aynı zamanda ve (ondan bağımsız olarak, plankeon hipotezi Akademisyen M.A. Markov tarafından öne sürüldü. Sadece Markov onlara farklı bir isim verdi - maximonlar.

Plankeonların özel özellikleri, temel parçacıkların bazen paradoksal dönüşümlerini açıklamak için de kullanılabilir. İki parçacık çarpıştığında, parçaların asla oluşmadığı, ancak diğer temel parçacıkların ortaya çıktığı bilinmektedir. Bu gerçekten şaşırtıcı: Sıradan dünyada, bir vazoyu kırarken, hiçbir zaman bütün bardakları ve hatta rozetleri alamayacağız. Ancak, her temel parçacığın derinliklerinde bir veya birkaç plankeon ve bazen de birçok plankeon olduğunu varsayalım.

Parçacıkların çarpışması anında, plankenonun sıkıca bağlanmış "torbası" hafifçe açılır, bazı parçacıklar içine "düşür" ve çarpışma sırasında ortaya çıktığını düşündüğümüz parçacıklar "dışarı atlamak" yerine. Aynı zamanda, plankeon, gayretli bir muhasebeci olarak, temel parçacıkların dünyasında kabul edilen tüm "koruma yasalarını" sağlayacaktır.
Peki, evrensel çekim mekanizmasının bununla ne ilgisi var?

K. P. Stanyukovich'in hipotezine göre yerçekiminin "sorumlusu", temel parçacıklar tarafından sürekli olarak yayılan sözde gravitonlar olan küçük parçacıklardır. Bir güneş ışınında dans eden bir toz zerresinin dünyadan daha küçük olması gibi, gravitonlar da ikincisinden çok daha küçüktür.

Gravitonların radyasyonu bir dizi düzenliliğe uyar. Özellikle, uzayın o bölgesine uçmaları daha kolaydır. Daha az graviton içeren. Bu, uzayda iki gök cismi varsa, her ikisinin de gravitonları ağırlıklı olarak "dışarıya", birbirine zıt yönlerde yayacağı anlamına gelir. Bu, bedenlerin birbirine yaklaşmasına, birbirini çekmesine neden olan bir dürtü yaratır.