La gravità è attrazione. Cos'è la gravità in parole semplici. Forze gravitazionali: definizione
Sin dai tempi antichi, l'umanità ha pensato a come il mondo... Perché cresce l'erba, perché splende il sole, perché non possiamo volare ... Quest'ultimo, tra l'altro, è sempre stato di particolare interesse per le persone. Ora sappiamo che la gravità è la causa di tutto. Che cos'è e perché questo fenomeno è così importante sulla scala dell'Universo, lo considereremo oggi.
Parte introduttiva
Gli scienziati hanno scoperto che tutti i corpi massicci sperimentano un'attrazione reciproca l'uno con l'altro. Successivamente, si è scoperto che questa forza misteriosa determina il movimento dei corpi celesti lungo le loro orbite costanti. La stessa teoria della gravità è stata formulata da un genio le cui ipotesi hanno predeterminato lo sviluppo della fisica per molti secoli a venire. Questo insegnamento è stato sviluppato e continuato (anche se in una direzione completamente diversa) da Albert Einstein, una delle più grandi menti del secolo scorso.
Per secoli, gli scienziati hanno osservato la gravità, hanno cercato di capirla e misurarla. Infine, negli ultimi decenni, anche un fenomeno come la gravità è stato messo al servizio dell'umanità (in un certo senso, ovviamente). Che cos'è, qual è la definizione del termine in questione nella scienza moderna?
Definizione scientifica
Se studi le opere degli antichi pensatori, puoi scoprire che la parola latina "gravitas" significa "pesantezza", "attrazione". Oggi gli scienziati chiamano questa interazione universale e costante tra i corpi materiali. Se questa forza è relativamente debole e agisce solo su oggetti che si muovono molto più lentamente, allora la teoria di Newton è applicabile a loro. Se è il caso opposto, si dovrebbero usare le conclusioni di Einstein.
Facciamo subito una riserva: al momento, la natura stessa della gravità non è stata studiata a fondo in linea di principio. Di cosa si tratta, non lo capiamo ancora del tutto.
Teorie di Newton ed Einstein
Secondo gli insegnamenti classici di Isaac Newton, tutti i corpi sono attratti l'uno dall'altro con una forza direttamente proporzionale alla loro massa, inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa. Einstein, d'altra parte, sosteneva che la gravitazione tra oggetti si manifesta nel caso della curvatura dello spazio e del tempo (e la curvatura dello spazio è possibile solo se c'è della materia in essa).
Questa idea era molto profonda, ma la ricerca moderna ne dimostra alcune imprecisioni. Oggi si ritiene che la gravità nello spazio pieghi solo lo spazio: il tempo può essere rallentato e persino fermato, ma la realtà del cambiamento nella forma della materia temporanea non è stata teoricamente confermata. Pertanto, l'equazione classica di Einstein non prevede nemmeno la possibilità che lo spazio continui a influenzare la materia e il campo magnetico risultante.
In misura maggiore, è nota la legge di gravità (gravitazione universale), la cui espressione matematica appartiene a Newton:
\ [F = γ \ frac [-1.2] (m_1 m_2) (r ^ 2) \]
è inteso come la costante gravitazionale (a volte viene utilizzato il simbolo G), il cui valore è 6,67545 × 10−11 m³ / (kg · s²).
Interazione tra particelle elementari
L'incredibile complessità dello spazio che ci circonda è in gran parte dovuta al numero infinito di particelle elementari. Ci sono anche varie interazioni tra loro a livelli su cui possiamo solo speculare. Tuttavia, tutti i tipi di interazione delle particelle elementari tra loro differiscono significativamente nella loro forza.
Le forze più potenti a noi note legano insieme i componenti del nucleo atomico. Per separarli, è necessario spendere una quantità di energia davvero colossale. Per quanto riguarda gli elettroni, sono "attaccati" al nucleo solo da quelli ordinari, per fermarlo a volte basta l'energia che appare come risultato della reazione chimica più ordinaria. La gravità (che cos'è, lo sai già) nella variante di atomi e particelle subatomiche è il tipo più semplice di interazione.
Il campo gravitazionale in questo caso è così debole che è difficile immaginarlo. Per quanto strano possa sembrare, ma sono loro che “seguono” il movimento degli astri, la cui massa a volte è impossibile da immaginare. Tutto ciò è possibile grazie a due caratteristiche della gravitazione, che sono particolarmente pronunciate nel caso di grandi corpi fisici:
- A differenza dell'atomo, è più evidente a distanza dall'oggetto. Quindi, la gravità della Terra mantiene anche la Luna nel suo campo, e la forza simile di Giove supporta facilmente le orbite di più satelliti contemporaneamente, la cui massa è abbastanza paragonabile a quella della Terra!
- Inoltre, fornisce sempre attrazione tra gli oggetti e con la distanza questa forza si indebolisce a bassa velocità.
La formazione di una teoria della gravità più o meno armoniosa è avvenuta in tempi relativamente recenti, e proprio in base ai risultati di secoli di osservazioni del moto dei pianeti e di altri corpi celesti. Il compito è stato notevolmente facilitato dal fatto che si muovono tutti nel vuoto, dove semplicemente non ci sono altre possibili interazioni. Galileo e Keplero, due eccezionali astronomi dell'epoca, aiutarono a preparare il terreno per nuove scoperte con le loro osservazioni più preziose.
Ma solo il grande Isaac Newton è stato in grado di creare la prima teoria della gravità ed esprimerla in rappresentazione matematica. Questa è stata la prima legge di gravità, la cui rappresentazione matematica è presentata sopra.
Conclusioni di Newton e di alcuni suoi predecessori
A differenza di altri fenomeni fisici che esistono nel mondo che ci circonda, la gravità si manifesta sempre e ovunque. Devi capire che il termine "gravità zero", che si trova spesso negli ambienti pseudo-scientifici, è estremamente errato: anche l'assenza di gravità nello spazio non significa che una persona o navicella spaziale l'attrazione di qualche oggetto massiccio non funziona.
Inoltre, tutti i corpi materiali hanno una certa massa, che si esprime sotto forma della forza che è stata applicata ad essi e dell'accelerazione ottenuta a causa di questo impatto.
Pertanto, le forze di gravità sono proporzionali alla massa degli oggetti. In termini numerici si possono esprimere ottenendo il prodotto delle masse di entrambi i corpi considerati. Questa forza obbedisce strettamente alla relazione inversa con il quadrato della distanza tra gli oggetti. Tutte le altre interazioni dipendono in modo completamente diverso dalle distanze tra i due corpi.
La massa come pietra angolare della teoria
La massa degli oggetti è diventata un punto particolarmente controverso attorno al quale è costruita l'intera moderna teoria della gravità e della relatività di Einstein. Se ricordi il Secondo, allora probabilmente sai che la massa è una caratteristica obbligatoria di qualsiasi corpo materiale fisico. Mostra come si comporterà un oggetto se gli viene applicata una forza, indipendentemente dalla sua origine.
Poiché tutti i corpi (secondo Newton) vengono accelerati quando viene loro applicata una forza esterna, è la massa che determina quanto grande sarà questa accelerazione. Diamo un'occhiata a un esempio più chiaro. Immagina uno scooter e un autobus: se applichi loro esattamente la stessa forza, raggiungeranno velocità diverse in tempi diversi. Tutto ciò è spiegato proprio dalla teoria della gravità.
Qual è il rapporto tra massa e attrazione?
Se parliamo di gravitazione, allora la massa in questo fenomeno gioca un ruolo completamente opposto a quello che svolge in relazione alla forza e all'accelerazione dell'oggetto. È lei che è la fonte primaria di attrazione stessa. Se prendi due corpi e vedi con quale forza attraggono il terzo oggetto, che si trova a distanze uguali dai primi due, il rapporto di tutte le forze sarà uguale al rapporto tra le masse dei primi due oggetti. Pertanto, la forza di gravità è direttamente proporzionale alla massa del corpo.
Se consideriamo la Terza Legge di Newton, possiamo essere sicuri che dice esattamente la stessa cosa. La forza di gravità, che agisce su due corpi posti ad uguale distanza dalla fonte di attrazione, dipende direttamente dalla massa di questi oggetti. Nella vita di tutti i giorni si parla della forza con cui un corpo viene attratto dalla superficie del pianeta come il suo peso.
Riassumiamo alcuni dei risultati. Quindi, la massa è strettamente correlata all'accelerazione. Allo stesso tempo, è lei che determina la forza con cui l'attrazione agirà sul corpo.
Caratteristiche dell'accelerazione dei corpi in un campo gravitazionale
Questa sorprendente dualità è la ragione per cui nello stesso campo gravitazionale, l'accelerazione di oggetti completamente diversi sarà uguale. Supponiamo di avere due corpi. Assegniamo ad uno di essi la massa z e all'altro Z. Entrambi gli oggetti vengono gettati a terra, dove cadono liberamente.
Come si determina il rapporto delle forze di attrazione? È mostrato dalla formula matematica più semplice - z / Z. Ma l'accelerazione che riceveranno come risultato dell'azione della forza di gravità sarà esattamente la stessa. In parole povere, l'accelerazione che un corpo ha in un campo gravitazionale non dipende in alcun modo dalle sue proprietà.
Da cosa dipende l'accelerazione nel caso descritto?
Dipende solo (!) dalla massa degli oggetti che creano questo campo, nonché dalla loro posizione spaziale. Il duplice ruolo della massa e della uguale accelerazione di vari corpi in un campo gravitazionale è stato scoperto da tempo relativamente lungo. Questi fenomeni hanno ricevuto il seguente nome: "Il principio di equivalenza". Questo termine sottolinea ancora una volta che accelerazione e inerzia sono spesso equivalenti (in una certa misura, ovviamente).
L'importanza del valore G
Dal corso di fisica della scuola, ricordiamo che l'accelerazione di gravità sulla superficie del nostro pianeta (gravità terrestre) è di 10 m/sec.² (9,8, ovviamente, ma questo valore viene utilizzato per semplicità di calcolo). Pertanto, se non teniamo conto della resistenza dell'aria (ad un'altezza significativa con una piccola distanza di caduta), l'effetto si otterrà quando il corpo acquisirà un incremento di accelerazione di 10 m / s. ogni secondo. Pertanto, un libro caduto dal secondo piano di una casa si muoverà a una velocità di 30-40 m/s entro la fine del suo volo. In poche parole, 10 m/s è la "velocità" della gravità all'interno della Terra.
L'accelerazione della gravità nella letteratura fisica è indicata dalla lettera "g". Poiché la forma della Terra ricorda in una certa misura più un mandarino che una palla, il valore di questo valore è lungi dall'essere lo stesso in tutte le sue aree. Quindi, ai poli l'accelerazione è maggiore e ai vertici montagne alte diventa più piccolo.
Anche nell'industria mineraria, la gravità gioca un ruolo importante. La fisica di questo fenomeno a volte può far risparmiare molto tempo. Ad esempio, i geologi sono particolarmente interessati alla determinazione perfettamente accurata di g, poiché ciò consente l'esplorazione e la ricerca di giacimenti minerari con una precisione eccezionale. A proposito, come appare la formula di gravitazione, in cui il valore che abbiamo considerato gioca un ruolo importante? Eccola:
Nota! In questo caso la formula di gravitazione intende con G la "costante gravitazionale", il cui valore abbiamo già dato sopra.
Un tempo, Newton formulò i principi di cui sopra. Comprendeva perfettamente sia l'unità che l'universalità, ma non riusciva a descrivere tutti gli aspetti di questo fenomeno. Questo onore toccò alla sorte di Albert Einstein, che seppe anche spiegare il principio di equivalenza. È a lui che l'umanità deve una moderna comprensione della natura stessa del continuum spazio-temporale.
La teoria della relatività, il lavoro di Albert Einstein
Ai tempi di Isaac Newton, si credeva che i punti di riferimento potessero essere rappresentati sotto forma di una sorta di "barre" rigide, con l'aiuto delle quali viene stabilita la posizione del corpo nel sistema di coordinate spaziali. Allo stesso tempo, si è ipotizzato che tutti gli osservatori che segnano queste coordinate si trovino in un unico spazio temporale. In quegli anni questa disposizione era considerata così ovvia che non si tentò di contestarla o integrarla. E questo è comprensibile, perché entro i limiti del nostro pianeta non ci sono deviazioni in questa regola.
Einstein ha dimostrato che l'accuratezza della misurazione sarà davvero significativa se l'ipotetico orologio si muove molto più lentamente della velocità della luce. In parole povere, se un osservatore, muovendosi più lentamente della velocità della luce, seguirà due eventi, allora avverranno per lui nello stesso momento. Di conseguenza, per il secondo osservatore? la cui velocità è la stessa o più, gli eventi possono verificarsi in momenti diversi.
Ma in che modo la forza di gravità è collegata alla teoria della relatività? Sveleremo questo problema in dettaglio.
La relazione tra la teoria della relatività e le forze gravitazionali
V l'anno scorso un numero enorme di scoperte è stato fatto nel campo delle particelle subatomiche. Cresce la convinzione che stiamo per trovare la particella finale, oltre la quale il nostro mondo non può essere frammentato. Tanto più insistente è la necessità di scoprire esattamente come quelle forze fondamentali scoperte nel secolo scorso, o anche prima, influenzino i più piccoli "mattoni" del nostro universo. È particolarmente offensivo che la natura stessa della gravità non sia stata ancora spiegata.
Ecco perché, dopo Einstein, che stabilì l'"incapacità" della meccanica newtoniana classica in questo campo, i ricercatori si sono concentrati su un completo ripensamento dei dati precedentemente ottenuti. In molti modi, la gravità stessa ha subito una revisione. Che cos'è a livello di particelle subatomiche? Ha qualche significato in questo fantastico mondo multidimensionale?
Una soluzione semplice?
All'inizio molti presumevano che la discrepanza tra la gravità di Newton e la teoria della relatività potesse essere spiegata semplicemente traendo analogie dal campo dell'elettrodinamica. Si potrebbe ipotizzare che il campo gravitazionale si propaghi come un campo magnetico, dopo di che può essere dichiarato "mediatore" nelle interazioni degli astri, spiegando molte incongruenze tra il vecchio e il nuova teoria... Il fatto è che allora le velocità relative di propagazione delle forze in esame sarebbero significativamente inferiori a quella della luce. Quindi, come sono correlati la gravità e il tempo?
In linea di principio, lo stesso Einstein riuscì quasi a costruire una teoria relativistica basata proprio su tali punti di vista, ma solo una circostanza interferiva con la sua intenzione. Nessuno degli scienziati di quel tempo aveva alcuna informazione che potesse aiutare a determinare la "velocità" della gravità. Ma c'erano molte informazioni relative al movimento di grandi masse. Come sapete, erano solo la fonte generalmente riconosciuta dell'emergere di potenti campi gravitazionali.
Le alte velocità influenzano fortemente le masse dei corpi, e questo non è in alcun modo come l'interazione tra velocità e carica. Maggiore è la velocità, maggiore è il peso corporeo. Il problema è che quest'ultimo valore diventerebbe automaticamente infinito se viaggiasse alla velocità della luce o più veloce. Pertanto, Einstein concluse che non esiste un campo gravitazionale, ma un campo tensoriale, per la cui descrizione dovrebbero essere utilizzate molte più variabili.
I suoi seguaci hanno concluso che la gravità e il tempo non sono praticamente correlati. Il fatto è che questo stesso campo tensoriale può agire sullo spazio, ma non può influenzare il tempo. Tuttavia, il geniale fisico del nostro tempo Stephen Hawking ha un punto di vista diverso. Ma questa è tutta un'altra storia...
Alla domanda "Cos'è la forza?" la fisica risponde come segue: "La forza è una misura dell'interazione dei corpi materiali tra loro o tra corpi e altri oggetti materiali - campi fisici". Tutte le forze in natura possono essere attribuite a quattro tipi fondamentali di interazioni: forte, debole, elettromagnetica e gravitazionale. Il nostro articolo parla di cosa sono le forze gravitazionali - una misura di quest'ultimo e, forse, il tipo più diffuso di queste interazioni in natura.
Cominciamo con l'attrazione della terra
Tutti i viventi sanno che esiste una forza che attira gli oggetti sulla terra. È comunemente indicato come gravità, gravità o gravità. Grazie alla sua presenza nell'uomo, sono sorti i concetti di "alto" e "basso", che determinano la direzione del movimento o la posizione di qualcosa rispetto alla superficie terrestre. Quindi in un caso particolare, sulla superficie della terra o vicino ad essa, si manifestano forze gravitazionali, che attraggono l'un l'altro oggetti con massa, manifestando la loro azione a qualsiasi distanza, sia la più piccola che molto grande, anche per gli standard cosmici.
Gravità e terza legge di Newton
Come sapete, qualsiasi forza, se considerata come una misura dell'interazione dei corpi fisici, viene sempre applicata ad alcuni di essi. Quindi nell'interazione gravitazionale dei corpi tra loro, ciascuno di essi sperimenta tali tipi di forze gravitazionali causate dall'influenza di ciascuno di essi. Se ci sono solo due corpi (si presume che l'azione di tutti gli altri possa essere trascurata), allora ciascuno di essi, secondo la terza legge di Newton, attirerà un altro corpo con la stessa forza. Quindi la Luna e la Terra si attraggono, determinando il flusso e riflusso dei mari della terra.
Ogni pianeta in Sistema solare sperimenta diverse forze di attrazione dal Sole e da altri pianeti contemporaneamente. Certo, è la forza di attrazione del Sole che determina la forma e le dimensioni della sua orbita, ma gli astronomi tengono conto anche dell'influenza di altri corpi celesti nei loro calcoli delle traiettorie del loro moto.
Cosa cadrà più velocemente a terra da un'altezza?
La caratteristica principale di questa forza è che tutti gli oggetti cadono a terra alla stessa velocità, indipendentemente dalla loro massa. Una volta, fino al XVI secolo, si credeva che fosse vero il contrario: i corpi più pesanti dovrebbero cadere più velocemente di quelli più leggeri. Per dissipare questo equivoco, Galileo Galilei dovette eseguire il suo famoso esperimento di far cadere contemporaneamente due palle di cannone di diverso peso dalla Torre pendente di Pisa. Contrariamente alle aspettative dei testimoni dell'esperimento, entrambi i nuclei hanno raggiunto la superficie contemporaneamente. Oggi ogni scolaro sa che ciò è accaduto a causa del fatto che la forza di gravità impartisce a qualsiasi corpo la stessa accelerazione di gravità g = 9,81 m / s 2 indipendentemente dalla massa m di questo corpo e dal suo valore, secondo la seconda legge di Newton , è F = mg.
Le forze gravitazionali sulla Luna e su altri pianeti hanno valori diversi di questa accelerazione. Tuttavia, la natura dell'azione della gravità su di essi è la stessa.
Gravità e peso corporeo
Se la prima forza viene applicata direttamente al corpo stesso, la seconda al suo supporto o sospensione. In questa situazione le forze elastiche agiscono sui corpi sempre dal lato degli appoggi e delle sospensioni. Le forze gravitazionali applicate agli stessi corpi agiscono nei loro confronti.
Immagina un peso sospeso da terra da una molla. Ad esso vengono applicate due forze: la forza elastica della molla tesa e la forza di gravità. Secondo la terza legge di Newton, il carico agisce sulla molla con una forza uguale e contraria alla forza elastica. Questa forza sarà il suo peso. Per un carico di 1 kg, il peso è P = 1 kg ∙ 9,81 m / s 2 = 9,81 N (newton).
Forze gravitazionali: definizione
La prima teoria quantitativa della gravità, basata sulle osservazioni del moto planetario, fu formulata da Isaac Newton nel 1687 nei suoi famosi Principi di filosofia naturale. Ha scritto che le forze di attrazione che agiscono sul sole e sui pianeti dipendono dalla quantità di materia che contengono. Si diffondono su lunghe distanze e diminuiscono sempre come il reciproco del quadrato della distanza. Come si possono calcolare queste forze gravitazionali? La formula per la forza F tra due oggetti di massa m 1 e m 2 posti a distanza r è la seguente:
- F = Gm 1 m 2 / r 2,
dove G - costante di proporzionalità, costante gravitazionale.
Il meccanismo fisico della gravità
Newton non era completamente soddisfatto della sua teoria, poiché presupponeva interazioni tra corpi attrattivi a distanza. Il grande inglese stesso era convinto che ci dovesse essere una sorta di agente fisico responsabile del trasferimento dell'azione di un corpo su un altro, cosa che espresse abbastanza chiaramente in una delle sue lettere. Ma il momento in cui fu introdotto il concetto di campo gravitazionale, che permea tutto lo spazio, venne solo quattro secoli dopo. Oggi, parlando di gravità, possiamo parlare dell'interazione di qualsiasi corpo (cosmico) con il campo gravitazionale di altri corpi, la cui misura sono le forze gravitazionali che si verificano tra ciascuna coppia di corpi. La legge di gravitazione universale, formulata da Newton nella forma sopra, rimane vera ed è confermata da molti fatti.
Teoria della gravità e astronomia
Fu applicato con grande successo alla risoluzione di problemi di meccanica celeste durante il XVIII e l'inizio del XIX secolo. Ad esempio, i matematici D. Adams e W. Le Verrier, analizzando le violazioni dell'orbita di Urano, hanno suggerito che sia influenzato dalle forze gravitazionali di interazione con un pianeta ancora sconosciuto. Indicarono la sua presunta posizione e presto l'astronomo I. Galle scoprì lì Nettuno.
C'era un problema, però. Le Verrier nel 1845 calcolò che l'orbita di Mercurio precede 35 "" al secolo, in contrasto con il valore zero di questa precessione ottenuto dalla teoria di Newton. Le misurazioni successive hanno fornito un valore più accurato di 43 "". (La precessione osservata è infatti di 570 ""/secolo, ma un calcolo scrupoloso per sottrarre l'influenza da tutti gli altri pianeti dà un valore di 43 "".)
Fu solo nel 1915 che Albert Einstein fu in grado di spiegare questa discrepanza nell'ambito della sua teoria della gravità. Si è scoperto che il massiccio Sole, come qualsiasi altro corpo massiccio, piega lo spazio-tempo nelle sue vicinanze. Questi effetti causano deviazioni nelle orbite dei pianeti, ma in Mercurio, essendo il pianeta più piccolo e più vicino alla nostra stella, sono più pronunciati.
Masse inerziali e gravitazionali
Come notato sopra, Galileo fu il primo ad osservare che gli oggetti cadono a terra alla stessa velocità, indipendentemente dalla loro massa. Nelle formule di Newton, il concetto di massa deriva da due diverse equazioni. La sua seconda legge dice che la forza F applicata a un corpo di massa m dà accelerazione secondo l'equazione F = ma.
Tuttavia, la forza di gravità F applicata al corpo soddisfa la formula F = mg, dove g dipende da un altro corpo che interagisce con il corpo in questione (di solito è la terra quando si parla di forza di gravità). In entrambe le equazioni, m è un coefficiente di proporzionalità, ma nel primo caso è massa inerziale, e nel secondo è gravitazionale, e non c'è una ragione ovvia per cui dovrebbero essere gli stessi per qualsiasi oggetto fisico.
Tuttavia, tutti gli esperimenti mostrano che è davvero così.
La teoria della gravità di Einstein
Ha preso il fatto dell'uguaglianza delle masse inerziali e gravitazionali come punto di partenza per la sua teoria. Riuscì a costruire le equazioni del campo gravitazionale, le famose equazioni di Einstein, e con il loro aiuto calcolare il valore corretto per la precessione dell'orbita di Mercurio. Danno anche un valore misurato per la deflessione dei raggi luminosi che passano vicino al Sole, e non c'è dubbio che daranno i risultati corretti per la gravità macroscopica. La teoria della gravità di Einstein, o relatività generale (GR) come la chiamava, è uno dei più grandi trionfi della scienza moderna.
Le forze gravitazionali sono accelerazioni?
Se non puoi distinguere la massa inerziale dalla massa gravitazionale, allora non puoi distinguere la gravità dall'accelerazione. Un esperimento in un campo gravitazionale potrebbe invece essere eseguito in un ascensore in accelerazione in assenza di gravità. Quando un astronauta accelera in un razzo, allontanandosi dalla terra, sperimenta la gravità, che è parecchie volte maggiore di quella della terra, e la parte schiacciante di essa deriva dall'accelerazione.
Se nessuno può distinguere la gravità dall'accelerazione, allora la prima può sempre essere riprodotta dall'accelerazione. Un sistema in cui l'accelerazione sostituisce la gravità è detto inerziale. Pertanto, anche la Luna in orbita vicina alla Terra può essere considerata un sistema inerziale. Tuttavia, questo sistema differirà da punto a punto al variare del campo gravitazionale. (Nell'esempio della Luna, il campo gravitazionale cambia direzione da un punto all'altro.) Il principio secondo il quale si può sempre trovare un sistema inerziale in qualsiasi punto dello spazio e del tempo, in cui la fisica obbedisce alle leggi in assenza di gravità , si chiama principio di equivalenza.
La gravità come manifestazione delle proprietà geometriche dello spazio-tempo
Il fatto che le forze gravitazionali possano essere viste come accelerazioni in sistemi di coordinate inerziali che differiscono da punto a punto significa che la gravità è un concetto geometrico.
Diciamo che lo spaziotempo è deformato. Considera una palla su una superficie piana. Riposerà o, se non c'è attrito, si muoverà uniformemente in assenza di forza che agisca su di esso. Se la superficie è curva, la palla accelererà e si sposterà nel punto più basso, prendendo il percorso più breve. Allo stesso modo, la teoria di Einstein afferma che lo spaziotempo quadridimensionale è curvo e il corpo si muove in questo spazio curvo lungo la linea geodetica, che corrisponde al percorso più breve. Pertanto, il campo gravitazionale e le forze gravitazionali che agiscono in esso sui corpi fisici sono quantità geometriche che dipendono dalle proprietà dello spazio-tempo, che cambiano più fortemente vicino a corpi massicci.
La gravità, è attrazione o gravitazione, è una proprietà universale della materia, che tutti gli oggetti ei corpi dell'Universo possiedono. L'essenza della gravità è che tutti i corpi materiali attraggono tutti gli altri corpi intorno a loro.
Forza di gravità
Se la gravità è un concetto generale e una qualità che hanno tutti gli oggetti nell'Universo, allora la gravità è un caso speciale di questo fenomeno onnicomprensivo. La terra attrae su di sé tutti gli oggetti materiali. Grazie a ciò, persone e animali possono muoversi in sicurezza lungo la terra, fiumi, mari e oceani possono rimanere all'interno delle loro coste e l'aria non può volare attraverso le infinite distese dello Spazio, ma formare l'atmosfera del nostro pianeta.
Sorge una giusta domanda: se tutti gli oggetti hanno gravità, perché la Terra attrae a sé persone e animali e non viceversa? Innanzitutto, attiriamo a noi anche la Terra, è solo che la nostra gravità è trascurabile rispetto alla sua gravità. In secondo luogo, la forza di gravità è direttamente proporzionale alla massa del corpo: minore è la massa del corpo, minori sono le sue forze gravitazionali.
Il secondo indicatore da cui dipende la forza di attrazione è la distanza tra gli oggetti: maggiore è la distanza, minore è l'effetto della gravità. Compreso a causa di ciò, i pianeti si muovono nelle loro orbite e non cadono l'uno sull'altro.
È interessante notare che la Terra, la Luna, il Sole e altri pianeti devono la loro forma sferica alla forza di gravità. Agisce in direzione del centro, tirando verso di sé la sostanza che costituisce il "corpo" del pianeta.
Il campo gravitazionale terrestre
Il campo gravitazionale terrestre è un campo di energia di forza che si forma attorno al nostro pianeta a causa dell'azione di due forze:
- gravità;
- forza centrifuga, che deve il suo aspetto alla rotazione della Terra attorno al proprio asse (rotazione giornaliera).
Poiché sia la gravità che la forza centrifuga agiscono costantemente, il campo gravitazionale è un fenomeno costante.
Le forze gravitazionali del Sole, della Luna e di alcuni altri corpi celesti, così come le masse atmosferiche della Terra, hanno un effetto insignificante sul campo.
La Legge di Gravità e Sir Isaac Newton
fisico inglese, Sir Isaac Newton, secondo la famosa leggenda, una volta passeggiando in giardino durante il giorno, vide la luna nel cielo. Allo stesso tempo, una mela cadde dal ramo. Newton stava quindi studiando la legge del moto e sapeva che la mela cade sotto l'influenza del campo gravitazionale e la luna ruota in un'orbita attorno alla terra.
E poi il brillante scienziato, illuminato dall'intuizione, ha avuto l'idea che forse la mela cade sulla terra, obbedendo alla stessa forza grazie alla quale la Luna è nella sua orbita, e non si precipita a caso in tutta la galassia. Così è stata scoperta la legge di gravitazione universale, che è anche la terza legge di Newton.
Nel linguaggio delle formule matematiche, questa legge si presenta così:
F=GMm / D 2 ,
dove F- la forza di gravità reciproca tra due corpi;
m- la massa del primo corpo;
m- la massa del secondo corpo;
RE 2- distanza tra due corpi;
G- costante gravitazionale pari a 6,67x10 -11.
14 giugno 2015, 12:24
A scuola abbiamo attraversato tutti la legge di gravità. Ma cosa sappiamo effettivamente della gravità, oltre alle informazioni messe nella nostra testa dagli insegnanti della scuola? Aggiorniamo le nostre conoscenze...
Fatto uno: Newton non ha scoperto la legge di gravitazione universale
Tutti conoscono la famosa parabola della mela caduta sulla testa di Newton. Ma il fatto è che Newton non ha scoperto la legge di gravitazione universale, poiché questa legge è semplicemente assente nel suo libro "Principi matematici di filosofia naturale". In quest'opera non c'è né una formula né una formulazione, di cui ognuno possa essere convinto da sé. Inoltre, la prima menzione della costante gravitazionale appare solo nel XIX secolo e, di conseguenza, la formula non poteva apparire prima. A proposito, il coefficiente G, che riduce il risultato dei calcoli di 600 miliardi di volte, non ha alcun significato fisico ed è stato introdotto per nascondere le contraddizioni.
Secondo fatto: falsificare l'esperimento di attrazione gravitazionale
Si ritiene che Cavendish sia stato il primo a dimostrare attrazione gravitazionale per suini da laboratorio, utilizzando una bilancia a torsione - una trave orizzontale con pesi alle estremità, sospesa su una corda sottile. Il bilanciere potrebbe essere ruotato su un filo sottile. Secondo la versione ufficiale, Cavendish ha avvicinato una coppia di fusti da 158 kg ai pesi del bilanciere da lati opposti e il bilanciere ha ruotato di una piccola angolazione. Tuttavia, la tecnica sperimentale non era corretta e i risultati furono falsificati, il che fu dimostrato in modo convincente dal fisico Andrei Albertovich Grishaev. Cavendish ha impiegato molto tempo per mettere a punto e mettere a punto l'installazione in modo che i risultati si adattassero alla densità media della terra di Newton. La tecnica dell'esperimento stesso prevedeva il movimento degli spazi vuoti più volte e la ragione della rotazione del bilanciere erano le microvibrazioni dal movimento degli spazi vuoti, che venivano trasmesse alla sospensione.
Ciò è confermato dal fatto che un così semplice impianto del XVIII secolo a fini didattici avrebbe dovuto essere, se non in tutte le scuole, almeno nei dipartimenti di fisica delle università, al fine di mostrare agli studenti in pratica il risultato della legge di gravità. Tuttavia, la configurazione Cavendish non viene utilizzata in curricula Sia gli scolari che gli studenti ci credono sulla parola che due spazi vuoti si attraggono.
Fatto tre: la legge di gravità non funziona durante un'eclissi solare
Se sostituiamo i dati di riferimento sulla terra, la luna e il sole nella formula della legge di gravitazione universale, allora nel momento in cui la luna vola tra la terra e il sole, ad esempio, al momento di un'eclissi solare, la forza di attrazione tra il sole e la luna è più di 2 volte superiore a quella tra la Terra e la Luna!Secondo la formula, la luna dovrebbe lasciare l'orbita terrestre e iniziare a ruotare intorno al sole.
La costante gravitazionale è 6,6725 × 10−11 m³ / (kg · s²).
La massa della Luna è 7,3477 × 1022 kg.
La massa del Sole è 1,9891 × 1030 kg.
La massa della Terra è 5,9737 × 1024 kg.
La distanza tra la Terra e la Luna = 380.000.000 m.
La distanza tra la Luna e il Sole = 149.000.000.000 m.
Terra e Luna:
6,6725 x 10-11 x 7,3477 x 1022 x 5,9737 x 1024/3800000002 = 2.028 x 1020 H
Luna e sole:
6,6725 x 10-11 x 7,3477 1022 x 1,9891 1030/1490000000002 = 4,39 x 1020 H
2.028 × 1020 H<< 4,39×1020 H
La forza di gravità tra la Terra e la Luna<< Сила притяжения между Луной и Солнцем
Questi calcoli possono essere criticati dal fatto che la luna è un corpo cavo artificiale e la densità di riferimento di questo corpo celeste molto probabilmente non è determinata correttamente.
In effetti, le prove sperimentali suggeriscono che la Luna non è un corpo solido, ma un guscio dalle pareti sottili. L'autorevole rivista Science descrive i risultati del lavoro dei sensori sismici dopo l'impatto del terzo stadio del razzo sulla superficie della Luna, accelerando la navicella spaziale Apollo 13: “La chiamata sismica è stata rilevata per più di quattro ore. Sulla Terra, con un missile a distanza equivalente, il segnale durerebbe solo pochi minuti".
Le vibrazioni sismiche che decadono così lentamente sono tipiche di un risonatore cavo, non di un corpo solido.
Ma la Luna, tra le altre cose, non mostra le sue proprietà attrattive in relazione alla Terra: la coppia Terra-Luna non si muove attorno a un centro di massa comune, come sarebbe secondo la legge di gravitazione universale, e l'ellissoidale l'orbita della Terra, contrariamente a questa legge, non diventa a zigzag.
Inoltre, i parametri dell'orbita della Luna stessa non rimangono costanti, l'orbita, secondo la terminologia scientifica, "evolve", e lo fa contrariamente alla legge di gravitazione universale.
Quarto fatto: l'assurdità della teoria del flusso e riflusso
Come, alcuni sosterranno, perché anche gli scolari conoscono le maree oceaniche sulla Terra, che si verificano a causa dell'attrazione dell'acqua verso il Sole e la Luna.Secondo la teoria, la gravità della Luna forma un ellissoide di marea nell'oceano, con due gobbe di marea, che, a causa della rotazione diurna, si muovono lungo la superficie della Terra.
Tuttavia, la pratica mostra l'assurdità di queste teorie. In effetti, secondo loro, una gobba di marea con un'altezza di 1 metro in 6 ore dovrebbe attraversare il Passaggio di Drake dall'Oceano Pacifico all'Atlantico. Poiché l'acqua è incomprimibile, una massa d'acqua alzerebbe il livello fino a un'altezza di circa 10 metri, il che nella pratica non avviene. In pratica, i fenomeni di marea si verificano autonomamente in aree di 1000-2000 km.
Anche Laplace è rimasto stupito dal paradosso: perché nei porti marittimi della Francia l'acqua alta avanza in sequenza, sebbene, secondo il concetto di ellissoide di marea, dovrebbe arrivarci contemporaneamente.
Fatto cinque: la teoria della gravitazione delle masse non funziona
Il principio della misurazione della gravità è semplice: i gravimetri misurano i componenti verticali e la deflessione del piombo mostra i componenti orizzontali.
Il primo tentativo di testare la teoria della gravitazione delle masse fu intrapreso dagli inglesi a metà del XVIII secolo sulle rive dell'Oceano Indiano, dove, da un lato, si trova la cresta rocciosa più alta del mondo dell'Himalaya, e dall'altro, una conca oceanica piena di acqua molto meno massiccia. Ma, ahimè, il filo a piombo non devia verso l'Himalaya! Inoltre, gli strumenti ultrasensibili - i gravimetri - non rilevano una differenza nella gravità del corpo di prova alla stessa altezza sia su montagne massicce che su mari meno densi di un chilometro di profondità.
Per salvare la teoria abituale, gli scienziati hanno trovato un supporto: dicono che la ragione di ciò è "isostasia" - ci sono rocce più dense sotto i mari e rocce sciolte sotto le montagne, e la loro densità è esattamente la stessa da regolare tutto al valore desiderato.
È stato anche scoperto sperimentalmente che i gravimetri nelle miniere profonde mostrano una gravità che non diminuisce con la profondità. Continua a crescere, dipendendo solo dal quadrato della distanza dal centro della terra.
Fatto sei: la gravità non è generata dalla materia o dalla massa
Secondo la formula della legge di gravitazione universale, due masse, m1 e m2, le cui dimensioni possono essere trascurate rispetto alle distanze tra di esse, sarebbero attratte l'una dall'altra da una forza direttamente proporzionale al prodotto di queste masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Tuttavia, in realtà, non è nota alcuna prova che la materia abbia un'attrazione gravitazionale. La pratica mostra che la gravitazione non è generata dalla materia o dalle masse, è indipendente da esse e i corpi massicci obbediscono solo alla gravitazione.L'indipendenza della gravitazione dalla materia è confermata dal fatto che, salvo rare eccezioni, i piccoli corpi del sistema solare non hanno del tutto capacità di attrazione gravitazionale. Ad eccezione della Luna, più di sei dozzine di satelliti dei pianeti non hanno segni della propria gravitazione. Ciò è dimostrato da misurazioni sia indirette che dirette, ad esempio, dal 2004, la sonda Kasseni nelle vicinanze di Saturno vola di tanto in tanto vicino ai suoi satelliti, ma non sono stati registrati cambiamenti nella velocità della sonda. Con l'aiuto dello stesso Kasseni, è stato scoperto un geyser su Encelado, la sesta luna più grande di Saturno.
Quali processi fisici devono aver luogo su un pezzo di ghiaccio spaziale affinché i getti di vapore possano volare nello spazio?
Per lo stesso motivo, Titano, la luna più grande di Saturno, ha una coda di gas come conseguenza del drenaggio atmosferico.
I satelliti asteroidi previsti dalla teoria non sono stati trovati, nonostante il loro numero enorme. E in tutte le segnalazioni di asteroidi doppi o accoppiati, che presumibilmente ruotano attorno a un centro di massa comune, non c'erano prove della rotazione di queste coppie. I compagni si trovavano nelle vicinanze e si muovevano in orbite quasi sincrone attorno al sole.
I tentativi di lanciare satelliti artificiali nell'orbita di un asteroide si sono conclusi con un fallimento. Gli esempi includono la sonda NEAR, che gli americani hanno guidato sull'asteroide Eros, o la sonda HAYABUSA, che i giapponesi hanno inviato all'asteroide Itokawa.
Fatto sette: gli asteroidi di Saturno non obbediscono alla legge di gravità
Un tempo, Lagrange, cercando di risolvere il problema dei tre corpi, ricevette una soluzione stabile per un caso particolare. Ha mostrato che il terzo corpo può muoversi lungo l'orbita del secondo, sempre in uno dei due punti, uno dei quali è davanti al secondo corpo di 60 °, e il secondo è in ritardo della stessa quantità.
Tuttavia, due gruppi di asteroidi compagni, trovati dietro e davanti all'orbita di Saturno, e che gli astronomi hanno felicemente chiamato Troiani, hanno lasciato le regioni previste e la conferma della legge di gravitazione universale si è trasformata in una puntura.
Fatto otto: contraddizione con la relatività generale
Secondo i concetti moderni, la velocità della luce è finita, di conseguenza, vediamo oggetti distanti non dove si trovano in questo momento, ma nel punto da cui è partito il raggio di luce che abbiamo visto. Ma quanto velocemente si sta diffondendo la gravitazione?Dopo aver analizzato i dati accumulati in quel momento, Laplace ha scoperto che la "gravità" viaggia più veloce della luce di almeno sette ordini di grandezza! Le moderne misurazioni sulla ricezione degli impulsi delle pulsar hanno spinto ulteriormente la velocità di propagazione della gravità, almeno 10 ordini di grandezza più veloce della velocità della luce. Così, la ricerca sperimentale è in contraddizione con la teoria della relatività generale, su cui si basa ancora la scienza ufficiale, nonostante la sua completa incoerenza.
Fatto nove: anomalie gravitazionali
Esistono anomalie naturali della gravità, che inoltre non trovano alcuna spiegazione intelligibile nella scienza ufficiale. Ecco alcuni esempi:Fatto dieci: ricerca sulla natura vibrazionale dell'antigravità
Esiste un gran numero di studi alternativi con risultati impressionanti nel campo dell'antigravità, che fondamentalmente confutano i calcoli teorici della scienza ufficiale.Alcuni ricercatori stanno analizzando la natura vibrazionale dell'antigravità. Questo effetto è chiaramente rappresentato nell'esperienza moderna, dove le goccioline sono sospese nell'aria a causa della levitazione acustica. Qui vediamo come, con l'aiuto di un suono di una certa frequenza, è possibile trattenere con sicurezza goccioline di liquido nell'aria ...
A prima vista, l'effetto è spiegato dal principio di un giroscopio, ma anche un'esperienza così semplice contraddice per la maggior parte la gravità nel suo senso moderno.
Poche persone sanno che Viktor Stepanovich Grebennikov, un entomologo siberiano che ha studiato l'effetto delle strutture delle cavità negli insetti, ha descritto i fenomeni antigravità negli insetti nel suo libro "My World". Gli scienziati sanno da molto tempo che enormi insetti, come lo scarabeo di maggio, volano piuttosto contrariamente alle leggi di gravità, e non a causa loro.
Inoltre, sulla base delle sue ricerche, Grebennikov ha creato una piattaforma antigravitazionale.
Viktor Stepanovich è morto in circostanze piuttosto strane e i suoi sviluppi sono stati parzialmente persi, tuttavia, una parte del prototipo della piattaforma antigravitazionale è sopravvissuta e può essere vista nel Museo Grebennikov a Novosibirsk.
Un'altra applicazione pratica dell'antigravità può essere vista a Homestead, in Florida, dove c'è una strana struttura di massi monolitici di corallo, che è popolarmente chiamata Coral Castle. È stato costruito da un nativo della Lettonia - Edward Lidskalnin nella prima metà del XX secolo. Quest'uomo magro non aveva strumenti, non aveva nemmeno una macchina o nessuna attrezzatura.
Non veniva affatto utilizzato dall'elettricità, anche a causa della sua assenza, e tuttavia in qualche modo scese nell'oceano, dove tagliò blocchi di pietra multi-tonnellate e in qualche modo li consegnò al suo sito, disponendolo con perfetta precisione.
Dopo la morte di Ed, gli scienziati hanno iniziato a studiare attentamente la sua creazione. Per il bene dell'esperimento, è stato introdotto un potente bulldozer e si è tentato di spostare uno dei massi da 30 tonnellate del castello di corallo. Il bulldozer ruggì, sbandò, ma non spostò mai l'enorme roccia.
Uno strano dispositivo è stato trovato all'interno del castello, che gli scienziati hanno chiamato generatore di corrente continua. Era una struttura massiccia con molte parti metalliche. All'esterno del dispositivo sono stati incorporati 240 nastri magnetici permanenti. Ma come Edward Leedskalnin abbia effettivamente fatto muovere i blocchi multi-ton rimane un mistero fino ad oggi.
Noti studi di John Searle, nelle cui mani insoliti generatori rinascevano, ruotavano e producevano energia; dischi con un diametro da mezzo metro a 10 metri sono stati sollevati in aria e hanno effettuato voli controllati da Londra alla Cornovaglia e ritorno.
Gli esperimenti del professore sono stati ripetuti in Russia, Stati Uniti e Taiwan. In Russia, ad esempio, nel 1999, con il n. 99122275/09, è stata registrata una domanda di brevetto per un "dispositivo per la generazione di energia meccanica". Vladimir Vitalievich Roshchin e Sergei Mikhailovich Godin, infatti, hanno riprodotto il SEG (Searl Effect Generator) e con esso hanno condotto numerosi studi. Il risultato è stato una dichiarazione: puoi ottenere 7 KW di energia elettrica senza spendere; il generatore rotante ha perso fino al 40% di peso.
L'attrezzatura del primo laboratorio di Searle è stata portata in una destinazione sconosciuta mentre lui stesso era in prigione. L'installazione di Godin e Roshchin è semplicemente scomparsa; tutte le pubblicazioni su di lei, ad eccezione della domanda di invenzione, sono scomparse.
Conosciuto anche l'effetto Hutchison, dal nome dell'ingegnere-inventore canadese. L'effetto si manifesta nella levitazione di oggetti pesanti, la lega di materiali dissimili (ad esempio metallo + legno), il riscaldamento anomalo dei metalli in assenza di sostanze brucianti vicino ad essi. Ecco un video di questi effetti:
Qualunque sia la gravità, bisogna ammettere che la scienza ufficiale è completamente incapace di spiegare chiaramente la natura di questo fenomeno..
Yaroslav Yargin
Il fenomeno più importante costantemente studiato dai fisici è il movimento. Fenomeni elettromagnetici, leggi della meccanica, processi termodinamici e quantistici: tutto questo è una vasta gamma di frammenti dell'universo studiati dalla fisica. E tutti questi processi si riducono, in un modo o nell'altro, a una cosa: a.
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Tutto nell'universo si sta muovendo. La gravità è un fenomeno familiare a tutte le persone fin dall'infanzia, siamo nati nel campo gravitazionale del nostro pianeta, questo fenomeno fisico è percepito da noi al livello intuitivo più profondo e, a quanto pare, non richiede nemmeno studio.
Ma, ahimè, la domanda è perché e come tutti i corpi sono attratti l'uno dall'altro, rimane fino ad oggi non completamente divulgato, sebbene sia stato studiato su e giù.
In questo articolo vedremo qual è l'attrazione universale di Newton: la teoria classica della gravità. Tuttavia, prima di passare a formule ed esempi, parliamo dell'essenza del problema dell'attrazione e diamogli una definizione.
Forse lo studio della gravità fu l'inizio della filosofia naturale (la scienza della comprensione dell'essenza delle cose), forse la filosofia naturale diede origine alla questione dell'essenza della gravità, ma, in un modo o nell'altro, la questione della gravitazione dei corpi interessato all'antica Grecia.
Il movimento era inteso come l'essenza delle caratteristiche sensoriali del corpo, o meglio, il corpo si muoveva mentre l'osservatore lo vede. Se non possiamo misurare, pesare, sentire un fenomeno, significa che questo fenomeno non esiste? Naturalmente no. E poiché Aristotele se ne rese conto, iniziò a pensare all'essenza della gravità.
Come si è scoperto oggi, dopo molte decine di secoli, la gravità è la base non solo dell'attrazione della terra e dell'attrazione del nostro pianeta, ma anche della base dell'origine dell'Universo e di quasi tutte le particelle elementari disponibili.
Compito di movimento
Facciamo un esperimento mentale. Prendi una pallina nella nostra mano sinistra. Prendiamo lo stesso a destra. Lascia andare la palla giusta e inizierà a cadere. Allo stesso tempo, quello sinistro rimane nella mano, è ancora immobile.
Fermiamo mentalmente lo scorrere del tempo. La palla destra che cade "si blocca" in aria, quella sinistra rimane ancora nella mano. La palla destra è dotata di "energia" di movimento, quella sinistra no. Ma qual è la differenza profonda e significativa tra loro?
Dove, in quale parte della palla che cade è scritto che dovrebbe muoversi? Ha la stessa massa, lo stesso volume. Ha gli stessi atomi e non sono diversi dagli atomi della palla a riposo. Sfera possiede? Sì, questa è la risposta corretta, ma come fa la palla a sapere che ha energia potenziale, dove è fissata in essa?
Questo è precisamente il compito che si sono prefissi Aristotele, Newton e Albert Einstein. E tutti e tre i brillanti pensatori hanno in parte risolto questo problema da soli, ma oggi ci sono una serie di problemi che devono essere risolti.
gravità di Newton
Nel 1666, il più grande fisico e meccanico inglese I. Newton scoprì una legge in grado di calcolare quantitativamente la forza a causa della quale tutta la materia dell'Universo tende l'una verso l'altra. Questo fenomeno è chiamato gravitazione universale. Alla domanda: "Formula la legge di gravitazione universale", la tua risposta dovrebbe suonare così:
La forza dell'interazione gravitazionale, che contribuisce all'attrazione di due corpi, è in rapporto direttamente proporzionale con le masse di questi corpi e inversamente proporzionale alla distanza tra loro.
Importante! La legge di attrazione di Newton usa il termine "distanza". Questo termine non deve essere inteso come la distanza tra le superfici dei corpi, ma la distanza tra i loro centri di gravità. Ad esempio, se due sfere di raggio r1 e r2 giacciono una sopra l'altra, la distanza tra le loro superfici è zero, ma esiste una forza attrattiva. Il fatto è che la distanza tra i loro centri r1 + r2 è diversa da zero. Su scala cosmica, questo chiarimento non è importante, ma per un satellite in orbita, questa distanza è uguale all'altezza sopra la superficie più il raggio del nostro pianeta. La distanza tra la Terra e la Luna è anche misurata come la distanza tra i loro centri, non le superfici.
Per la legge di gravitazione, la formula è la seguente:
,
- F è la forza di attrazione,
- - masse,
- r - distanza,
- G - costante gravitazionale pari a 6,67 · 10−11 m³ / (kg · s²).
Che cos'è il peso se abbiamo appena considerato la forza di gravità?
La forza è una grandezza vettoriale, ma nella legge di gravitazione universale è tradizionalmente scritta come scalare. In un'immagine vettoriale, la legge sarà simile a questa:
.
Ma questo non significa che la forza sia inversamente proporzionale al cubo della distanza tra i centri. Il rapporto dovrebbe essere inteso come un vettore unitario diretto da un centro all'altro:
.
La legge dell'interazione gravitazionale
Peso e gravità
Avendo considerato la legge di gravità, si può capire che non c'è nulla di sorprendente nel fatto che noi personalmente sentiamo l'attrazione del sole molto più debole della terra... Il massiccio Sole, sebbene abbia una grande massa, è molto lontano da noi. è anche lontano dal Sole, ma ne è attratto, poiché ha una grande massa. Come trovare la forza di attrazione di due corpi, vale a dire come calcolare la forza di gravità del Sole, della Terra, di te e di me - affronteremo questo problema un po 'più tardi.
Per quanto ne sappiamo, la forza di gravità è:
dove m è la nostra massa e g è l'accelerazione della gravità terrestre (9,81 m/s 2).
Importante! Non ci sono due, tre, dieci tipi di forze di attrazione. La gravità è l'unica forza che quantifica l'attrazione. Peso (P = mg) e gravità sono la stessa cosa.
Se m è la nostra massa, M è la massa della terra, R è il suo raggio, allora la forza gravitazionale che agisce su di noi è uguale a:
Quindi, poiché F = mg:
.
Le masse m si contraggono e l'espressione per l'accelerazione di gravità rimane:
Come puoi vedere, l'accelerazione di gravità è davvero un valore costante, poiché la sua formula include valori costanti: il raggio, la massa della Terra e la costante gravitazionale. Sostituendo i valori di queste costanti, faremo in modo che l'accelerazione di gravità sia 9,81 m/s 2.
A diverse latitudini, il raggio del pianeta è leggermente diverso, poiché la Terra non è ancora una palla perfetta. Per questo motivo, l'accelerazione di gravità è diversa in diversi punti del mondo.
Torniamo all'attrazione della Terra e del Sole. Cerchiamo di dimostrare con l'esempio che il globo attrae me e te più del sole.
Per comodità prendiamo la massa di una persona: m = 100 kg. Quindi:
- La distanza tra l'uomo e la terra è uguale al raggio del pianeta: R = 6,4 ∙ 10 6 m.
- La massa della Terra è: M ≈ 6 ∙ 10 24 kg.
- La massa del Sole è pari a: Mc ≈ 2 ∙ 10 30 kg.
- Distanza tra il nostro pianeta e il Sole (tra il Sole e l'uomo): r = 15 ∙ 10 10 m.
Attrazione gravitazionale tra l'uomo e la Terra:
Questo risultato è abbastanza ovvio da un'espressione di peso più semplice (P = mg).
La forza di attrazione gravitazionale tra l'uomo e il Sole:
Come puoi vedere, il nostro pianeta ci attrae quasi 2000 volte più forte.
Come trovare la forza di attrazione tra la Terra e il Sole? Nel seguente modo:
Ora vediamo che il Sole attrae il nostro pianeta più di un miliardo di miliardi di volte più forte di quanto il pianeta attiri te e me.
Prima velocità spaziale
Dopo che Isaac Newton scoprì la legge della gravitazione universale, si interessò alla velocità con cui un corpo deve essere lanciato in modo che, dopo aver superato il campo gravitazionale, lasci il globo per sempre.
È vero, lo immaginava in modo un po 'diverso, nella sua comprensione non c'era un razzo verticale puntato verso il cielo, ma un corpo che fa un salto orizzontalmente dalla cima della montagna. Questa era un'illustrazione logica, dal momento che in cima alla montagna, la forza di gravità è leggermente inferiore.
Quindi, in cima all'Everest, l'accelerazione di gravità non sarà uguale ai soliti 9,8 m / s 2, ma quasi m / s 2. È per questo motivo che ci sono particelle d'aria così rarefatte, non più così attaccate alla gravità come quelle che "cadono" in superficie.
Proviamo a scoprire cos'è la velocità cosmica.
La prima velocità cosmica v1 è la velocità con cui il corpo lascia la superficie della Terra (o un altro pianeta) ed entra in un'orbita circolare.
Proviamo a scoprire il valore numerico di questo valore per il nostro pianeta.
Scriviamo la seconda legge di Newton per un corpo che ruota attorno al pianeta in un'orbita circolare:
,
dove h è l'altezza del corpo sopra la superficie, R è il raggio della Terra.
In orbita, l'accelerazione centrifuga agisce sul corpo, quindi:
.
Le masse si riducono, si ottiene:
,
Questa velocità è chiamata la prima velocità cosmica:
Come puoi vedere, la velocità cosmica è assolutamente indipendente dalla massa corporea. Pertanto, qualsiasi oggetto accelerato a una velocità di 7,9 km / s lascerà il nostro pianeta ed entrerà nella sua orbita.
Prima velocità spaziale
Seconda velocità spaziale
Tuttavia, anche avendo accelerato il corpo alla prima velocità cosmica, non saremo in grado di interrompere completamente la sua connessione gravitazionale con la Terra. Per questo è necessaria la seconda velocità cosmica. Al raggiungimento di questa velocità, il corpo lascia il campo gravitazionale del pianeta e tutte le possibili orbite chiuse.
Importante! Per errore, si crede spesso che per arrivare sulla luna gli astronauti debbano raggiungere la seconda velocità cosmica, perché devono prima "scollegarsi" dal campo gravitazionale del pianeta. Non è così: la coppia "Terra - Luna" si trova nel campo gravitazionale della Terra. Il loro centro di gravità comune è all'interno del globo.
Per trovare questa velocità, impostiamo il problema in modo leggermente diverso. Diciamo che un corpo vola dall'infinito al pianeta. La domanda è: quale velocità si raggiungerà in superficie al momento dell'atterraggio (esclusa l'atmosfera, ovviamente)? È questa velocità e ci vorrà il corpo per lasciare il pianeta.
La legge di gravitazione universale. Grado di fisica 9
La legge di gravitazione universale.
Produzione
Abbiamo appreso che sebbene la gravità sia la forza principale nell'Universo, molte delle ragioni di questo fenomeno sono ancora un mistero. Abbiamo imparato cos'è la forza gravitazionale di Newton, imparato a contarla per vari corpi e anche studiato alcune utili conseguenze che derivano da un fenomeno come la legge di gravitazione universale.