iwbe.ru → scrittori inglesi

Le leggi di gravità non si applicano. Forza di gravità. Campo gravitazionale della Terra. Cosa pensano gli scienziati moderni della gravità

La gravità è la forza più misteriosa dell'universo. Gli scienziati non lo sanno fino alla fine della sua natura. È lei che tiene in orbita i pianeti del sistema solare. È una forza che si verifica tra due oggetti e dipende dalla massa e dalla distanza.

La gravità è chiamata forza di attrazione o gravitazione. Con l'aiuto di esso, il pianeta o un altro corpo tira gli oggetti al suo centro. La gravità mantiene i pianeti in orbita attorno al sole.

Cos'altro fa la gravità?

Perché atterri a terra quando salti in alto invece di fluttuare nello spazio? Perché gli oggetti cadono quando li lasci cadere? La risposta è una forza di gravità invisibile che attira gli oggetti l'uno verso l'altro. La gravità terrestre è ciò che ti tiene a terra e fa cadere le cose.

Tutto ciò che ha massa ha gravità. La forza di gravità dipende da due fattori: la massa degli oggetti e la distanza tra di loro. Se raccogli un sasso e una piuma, lasciali andare dalla stessa altezza, entrambi gli oggetti cadranno a terra. Una pietra pesante cadrà più velocemente di una piuma. La piuma sarà ancora sospesa nell'aria, perché è più leggera. Gli oggetti con più massa hanno una maggiore forza di attrazione, che si indebolisce con la distanza: più gli oggetti sono vicini tra loro, più forte è la loro attrazione gravitazionale.

Gravità sulla Terra e nell'Universo

Durante il volo dell'aeromobile, le persone al suo interno rimangono sul posto e possono muoversi come se fossero a terra. Ciò accade a causa della traiettoria di volo. Esistono velivoli appositamente progettati in cui non c'è gravità a una certa altezza, si forma l'assenza di gravità. L'aereo esegue una manovra speciale, la massa degli oggetti cambia, si alzano brevemente in aria. Dopo alcuni secondi, il campo gravitazionale viene ripristinato.

Considerando la forza di gravità nello spazio, è maggiore della maggior parte dei pianeti del globo. Basta guardare il movimento degli astronauti durante l'atterraggio sui pianeti. Se camminiamo con calma per terra, lì gli astronauti sembrano librarsi nell'aria, ma non volano via nello spazio. Ciò significa che questo pianeta ha anche una forza gravitazionale, solo leggermente diversa da quella del pianeta Terra.

La forza di attrazione del Sole è così grande che contiene nove pianeti, numerosi satelliti, asteroidi e pianeti.

La gravità gioca un ruolo cruciale nello sviluppo dell'universo. In assenza di gravità, non ci sarebbero stelle, pianeti, asteroidi, buchi neri, galassie. È interessante notare che i buchi neri non sono effettivamente visibili. Gli scienziati determinano i segni di un buco nero in base al grado di potenza del campo gravitazionale in una determinata area. Se è molto forte con la vibrazione più forte, questo indica l'esistenza di un buco nero.

Mito 1. Non c'è gravità nello spazio

Guardando documentari sugli astronauti, sembra che si trovino al di sopra della superficie dei pianeti. Ciò è dovuto al fatto che la gravità su altri pianeti è inferiore a quella sulla Terra, quindi gli astronauti camminano come se fluttuassero nell'aria.

Mito 2. Tutti i corpi che si avvicinano a un buco nero vengono fatti a pezzi.

I buchi neri hanno una forza potente e formano potenti campi gravitazionali. Più un oggetto è vicino a un buco nero, più forti diventano le forze di marea e il potere di attrazione. L'ulteriore sviluppo degli eventi dipende dalla massa dell'oggetto, dalla dimensione del buco nero e dalla distanza tra di loro. Un buco nero ha una massa direttamente opposta alla sua dimensione. È interessante notare che più grande è il buco, più deboli sono le forze di marea e viceversa. In questo modo, non tutti gli oggetti vengono fatti a pezzi quando entrano nel campo di un buco nero.

Mito 3. I satelliti artificiali possono orbitare per sempre intorno alla Terra

Teoricamente, si potrebbe dire così, se non fosse per l'influenza di fattori secondari. Molto dipende dall'orbita. In un'orbita bassa, un satellite non sarà in grado di volare per sempre a causa della frenata atmosferica; in orbite alte, può rimanere in uno stato invariato per un periodo piuttosto lungo, ma qui entrano in vigore le forze gravitazionali di altri oggetti.

Se solo la Terra esistesse di tutti i pianeti, il satellite ne sarebbe attratto e praticamente non cambierebbe la traiettoria del movimento. Ma nelle orbite alte, l'oggetto è circondato da molti pianeti, grandi e piccoli, ognuno con la propria gravità.

In questo caso, il satellite si allontanerebbe gradualmente dalla sua orbita e si muoverebbe in modo casuale. Ed è probabile che dopo qualche tempo si sarebbe schiantato sulla superficie più vicina o si sarebbe spostato su un'altra orbita.

Alcuni fatti

In alcuni angoli della Terra, la forza di gravità è più debole che sull'intero pianeta. Ad esempio, in Canada, nella regione della Baia di Hudson, la gravità è inferiore.
Quando gli astronauti tornano dallo spazio sul nostro pianeta, all'inizio è difficile per loro adattarsi alla forza gravitazionale del globo. A volte ci vogliono diversi mesi.
I buchi neri hanno la forza gravitazionale più potente tra gli oggetti spaziali. Un buco nero delle dimensioni di una palla ha più potenza di qualsiasi pianeta.

Nonostante lo studio in corso sulla forza di gravità, la gravità rimane sconosciuta. Ciò significa che la conoscenza scientifica rimane limitata e l'umanità ha molto da imparare.

La scienza

Qui sulla Terra, diamo per scontata la gravità. Tuttavia, la forza di gravità, mediante la quale gli oggetti sono attratti l'uno dall'altro in proporzione alla loro massa, è molto maggiore di una mela che cade sulla testa di Newton. Di seguito sono riportati i fatti più strani su questo potere universale.

È tutto nella nostra testa

La forza di attrazione è un fenomeno costante e coerente, ma la nostra percezione di questa forza non lo è. Secondo uno studio pubblicato nell'aprile 2011 sulla rivista PLoS ONE, una persona è in grado di dare un giudizio più accurato sulla caduta di oggetti mentre è seduta.

I ricercatori hanno concluso che la nostra percezione della gravità si basa meno sull'effettiva direzione visiva della forza e più sull'"orientamento" del corpo.

I risultati potrebbero portare a una nuova strategia per aiutare gli astronauti ad affrontare la microgravità nello spazio.

Rigida discesa a terra

L'esperienza degli astronauti ha dimostrato che il passaggio dallo stato di assenza di gravità alla schiena può essere molto difficile per il corpo umano. In assenza di gravità, i muscoli iniziano ad atrofizzarsi, mentre anche le ossa iniziano a perdere massa ossea. Secondo la NASA, gli astronauti possono perdere fino all'1% della loro massa ossea al mese.

Al ritorno sulla terra, i corpi e le menti degli astronauti hanno bisogno di un certo periodo di tempo per riprendersi. La pressione sanguigna, che nello spazio diventa la stessa in tutto il corpo, dovrebbe tornare al normale funzionamento, in cui il cuore funziona bene e il cervello riceve cibo a sufficienza.

A volte la ristrutturazione del corpo ha un effetto estremamente duro sugli astronauti, sia fisicamente (svenimenti ripetuti, ecc.) che emotivamente. Ad esempio, un astronauta ha raccontato di come, al ritorno dallo spazio, ha rotto una bottiglia di lozione dopobarba a casa, perché ha dimenticato che se l'avesse rilasciata nell'aria, sarebbe caduta, si sarebbe rotta e non ci sarebbe fluttuata.

Per perdere peso, "prova Plutone"

In questo pianeta nano, una persona che pesa 68 chilogrammi non peserà più di 4,5 kg.

Tuttavia, d'altra parte, sul pianeta con il più alto livello di gravità, Giove, la stessa persona peserebbe circa 160,5 kg.

Una persona su Marte probabilmente si sentirà anche come una piuma, poiché la forza di gravità su questo pianeta è solo il 38 percento di quella terrestre, cioè una persona di 68 chilogrammi sentirà quanto è leggera la sua andatura, poiché peserà solo 26 kg.

gravità diversa

Anche sulla terra, la gravità non è la stessa ovunque. Poiché la forma del globo non è una sfera perfetta, la sua massa è distribuita in modo non uniforme. Pertanto, massa irregolare significa gravità irregolare.

Una misteriosa anomalia gravitazionale è stata osservata nella Baia di Hudson in Canada. In questa regione, la forza di gravità è inferiore rispetto ad altre e uno studio del 2007 ha identificato la causa: lo scioglimento dei ghiacciai.

Il ghiaccio che un tempo ricopriva quest'area durante l'ultima era glaciale si è sciolto da tempo, ma la Terra non si è completamente liberata di questo fardello. Poiché la forza di gravità di un'area è proporzionale alla massa di questa regione e l'"impronta glaciale" ha respinto parte della massa della terra, qui la gravità è diventata più debole. Una leggera deformazione della crosta spiega il 25-45 percento della forza gravitazionale insolitamente bassa, tra le altre cose, questo è anche "incolpato" del movimento del magma nel mantello terrestre.

Senza gravità, alcuni virus sarebbero più forti

Cattive notizie per i cadetti spaziali: alcuni batteri diventano insopportabili nello spazio.

In assenza di gravità, i batteri modificano l'attività di almeno 167 geni e 73 proteine.

I topi che mangiavano cibo con tale salmonella si ammalavano molto più velocemente.

In altre parole, il pericolo di infezione non proviene necessariamente dallo spazio; è più probabile che i nostri stessi batteri stiano acquistando forza per attaccare.

Buchi neri al centro della galassia

Così chiamati perché nulla, nemmeno la luce, può sfuggire alla loro attrazione, i buchi neri sono tra gli oggetti più distruttivi dell'universo. Al centro della nostra galassia c'è un enorme buco nero con una massa di 3 milioni di soli. Suona intimidatorio, vero? Tuttavia, secondo gli esperti dell'Università di Kyoto, questo buco nero è attualmente "solo in riposo".

In effetti, un buco nero non è pericoloso per noi terrestri, perché è molto lontano e si comporta con estrema calma. Tuttavia, nel 2008 è stato riferito che circa 300 anni fa questo buco stava inviando esplosioni di energia. Un altro studio pubblicato nel 2007 ha scoperto che alcune migliaia di anni fa, il "singhiozzo galattico" ha inviato una piccola quantità di materia delle dimensioni di Mercurio proprio in questo buco, provocando una massiccia esplosione.

Questo buco nero, chiamato Sagittarius A*, ha forme relativamente sfocate rispetto ad altri buchi neri. "Questa debolezza significa che le stelle e il gas raramente si avvicinano a un buco nero a una distanza non sicura", ha affermato Frederick Baganoff, ricercatore presso il Massachusetts Institute of Technology. "C'è un grande appetito, ma non è soddisfatto".

Ogni persona nella sua vita si è imbattuto in questo concetto più di una volta, perché la gravità è la base non solo della fisica moderna, ma anche di una serie di altre scienze correlate.

Molti scienziati hanno studiato l'attrazione dei corpi fin dall'antichità, ma la scoperta principale è attribuita a Newton ed è descritta come una storia nota a tutti con un frutto che gli cadeva in testa.

Cos'è la gravità in parole semplici

La gravità è l'attrazione tra diversi oggetti in tutto l'universo. La natura del fenomeno è diversa, in quanto è determinata dalla massa di ciascuno di essi e dalla lunghezza tra, cioè la distanza.

La teoria di Newton si basava sul fatto che sia il frutto che cade che il satellite del nostro pianeta sono influenzati dalla stessa forza: l'attrazione verso la Terra. E il satellite non è caduto sullo spazio terrestre proprio a causa della sua massa e distanza.

Campo di gravità

Il campo gravitazionale è uno spazio all'interno del quale i corpi interagiscono secondo le leggi dell'attrazione.

La teoria della relatività di Einstein descrive il campo come una certa proprietà del tempo e dello spazio, che si manifesta tipicamente quando compaiono oggetti fisici.

onda di gravità

Questo è un certo tipo di cambiamento nei campi che si formano a seguito delle radiazioni di oggetti in movimento. Si staccano dal soggetto e si propagano in un effetto ondulatorio.

Teorie della gravità

La teoria classica è newtoniana. Tuttavia, non era perfetto e successivamente sono apparse opzioni alternative.

Questi includono:

teorie metriche;
non metrico;
vettore;
Le Sage, che per primo descrisse le fasi;
gravità quantistica.

Oggi ci sono diverse dozzine di teorie diverse, che si completano a vicenda o considerano fenomeni dall'altra parte.

Vale la pena notare: non c'è ancora una soluzione perfetta, ma i continui sviluppi stanno aprendo più risposte sull'attrazione dei corpi.

La forza di attrazione gravitazionale

Il calcolo di base è il seguente: la forza di gravità è proporzionale alla moltiplicazione della massa corporea per un'altra, tra cui è determinata. Questa formula è espressa anche come segue: la forza è inversamente proporzionale alla distanza tra gli oggetti al quadrato.

Il campo gravitazionale è potenziale, il che significa che l'energia cinetica è conservata. Questo fatto semplifica la soluzione di problemi in cui si misura la forza di attrazione.

Gravità nello spazio

Nonostante l'illusione di molti, c'è gravità nello spazio. È più basso che sulla Terra, ma è ancora presente.

Quanto agli astronauti, che a prima vista volano, sono in realtà in uno stato di lenta caduta. Visivamente sembra che non siano attratti da nulla, ma in pratica sperimentano la gravità.

La forza dell'attrazione dipende dalla distanza, ma non importa quanto sia grande la distanza tra gli oggetti, continueranno a raggiungersi l'un l'altro. L'attrazione reciproca non lo sarà mai zero.

Gravità nel sistema solare

Nel sistema solare, non solo la Terra ha gravità. I pianeti, così come il Sole, attraggono oggetti verso di loro.

Poiché la forza è determinata dalla massa dell'oggetto, il Sole ha il valore più alto. Ad esempio, se il nostro pianeta ha un indicatore uguale a uno, l'indicatore di un luminare sarà quasi ventotto.

Il successivo, dopo il Sole, per gravità è Giove, quindi la sua forza di attrazione è tre volte superiore a quella della Terra. Plutone ha il parametro più piccolo.

Per chiarezza, indichiamolo in questo modo, in teoria, sul Sole una persona media peserebbe circa due tonnellate, ma sul pianeta più piccolo del nostro sistema - solo quattro chilogrammi.

Ciò che determina la gravità del pianeta

L'attrazione gravitazionale, come già accennato in precedenza, è la potenza con cui il pianeta attira verso di sé gli oggetti situati sulla sua superficie.

La forza di attrazione dipende dalla gravità dell'oggetto, dal pianeta stesso e dalla distanza tra di loro. Se ci sono molti chilometri, la gravità è bassa, ma mantiene comunque gli oggetti collegati.

Alcuni aspetti importanti e affascinanti legati alla gravità e alle sue proprietà che vale la pena spiegare a un bambino:

Il fenomeno attrae tutto, ma non respinge mai: questo lo distingue da altri fenomeni fisici.
Non c'è un indicatore zero. È impossibile simulare una situazione in cui la pressione non agisce, cioè la gravità non funziona.
La terra sta cadendo da velocità media 11,2 chilometri al secondo, raggiungendo questa velocità, puoi lasciare il pozzo di attrazione del pianeta.
Il fatto dell'esistenza onde gravitazionali non è stato scientificamente provato, questa è solo un'ipotesi. Se mai diventeranno visibili, allora molti misteri del cosmo legati all'interazione dei corpi saranno rivelati all'umanità.

Secondo la teoria della relatività di base di uno scienziato come Einstein, la gravità è una curvatura dei parametri fondamentali dell'esistenza del mondo materiale, che è la base dell'universo.

La gravità è l'attrazione reciproca di due oggetti. La forza di interazione dipende dalla gravità dei corpi e dalla distanza tra loro. Finora non sono stati svelati tutti i segreti del fenomeno, ma oggi esistono diverse decine di teorie che descrivono il concetto e le sue proprietà.

La complessità degli oggetti studiati influisce sul tempo dello studio. Nella maggior parte dei casi, viene semplicemente presa la dipendenza di massa e distanza.

La gravità è la forza più potente dell'Universo, uno dei quattro fondamenti fondamentali dell'universo, che ne determina la struttura. Una volta, grazie a lei, sorsero pianeti, stelle e intere galassie. Oggi mantiene la Terra in orbita nel suo viaggio senza fine intorno al Sole.

L'attrazione è di grande importanza per la vita quotidiana di una persona. Grazie a questa forza invisibile, gli oceani del nostro mondo pulsano, i fiumi scorrono, le gocce di pioggia cadono a terra. Fin dall'infanzia, sentiamo il peso del nostro corpo e degli oggetti circostanti. Anche l'influenza della gravità sulla nostra attività economica è enorme.

La prima teoria della gravità fu creata da Isaac Newton alla fine del XVII secolo. La sua legge di gravitazione universale descrive questa interazione nel quadro della meccanica classica. Questo fenomeno è stato spiegato più ampiamente da Einstein nel suo teoria generale relatività, che ha visto la luce all'inizio del secolo scorso. I processi che si verificano con la forza di gravità a livello delle particelle elementari dovrebbero essere spiegati dalla teoria quantistica della gravità, ma deve ancora essere creata.

Oggi sappiamo molto di più sulla natura della gravità che ai tempi di Newton, ma nonostante secoli di studio, rimane ancora un vero ostacolo nella fisica moderna. Ci sono molti punti bianchi nella teoria della gravità esistente e ancora non capiamo esattamente cosa la genera e come viene trasferita questa interazione. E, naturalmente, siamo molto lontani dall'essere in grado di controllare la forza di gravità, così che l'antigravità o la levitazione esisteranno solo sulle pagine dei romanzi di fantascienza per molto tempo a venire.

Cosa è caduto sulla testa di Newton?

La gente ha sempre pensato alla natura della forza che attrae gli oggetti sulla terra, ma fu solo nel XVII secolo che Isaac Newton riuscì a sollevare il velo della segretezza. Le basi per la sua svolta furono poste dalle opere di Keplero e Galileo, brillanti scienziati che studiarono i movimenti dei corpi celesti.

Un secolo e mezzo prima della legge newtoniana della gravitazione universale, l'astronomo polacco Copernico riteneva che l'attrazione fosse "...nient'altro che un desiderio naturale che il padre dell'Universo ha conferito a tutte le particelle, vale a dire, di unirsi in un tutto comune , formando corpi di forma sferica”. Descartes, d'altra parte, considerava l'attrazione come il risultato di perturbazioni nell'etere del mondo. Il filosofo e scienziato greco Aristotele era sicuro che la massa influisse sulla velocità dei corpi che cadono. E solo Galileo Galilei alla fine del XVI secolo dimostrò che questo non è vero: se non c'è resistenza dell'aria, tutti gli oggetti accelerano allo stesso modo.

Contrariamente alla leggenda popolare sulla testa e la mela, Newton andò a comprendere la natura della gravità per più di vent'anni. La sua legge di gravità è una delle scoperte scientifiche più significative di tutti i tempi. È universale e consente di calcolare le traiettorie dei corpi celesti e descrive accuratamente il comportamento degli oggetti intorno a noi. La teoria classica della gravitazione ha posto le basi della meccanica celeste. Le tre leggi di Newton hanno dato agli scienziati l'opportunità di scoprire nuovi pianeti letteralmente "sulla punta di una penna", alla fine, grazie a loro, una persona è stata in grado di superare la gravità terrestre e volare nello spazio. Riassumevano una rigida base scientifica per il concetto filosofico dell'unità materiale dell'universo, in cui tutti i fenomeni naturali sono interconnessi e controllati da regole fisiche comuni.

Newton non solo ha pubblicato una formula che consente di calcolare quale sia la forza che attrae i corpi l'uno verso l'altro, ma ha creato un modello olistico, che includeva anche l'analisi matematica. Queste conclusioni teoriche sono state più volte confermate nella pratica, anche con l'ausilio dei metodi più moderni.

Nella teoria newtoniana, qualsiasi oggetto materiale genera un campo di attrazione, chiamato gravitazionale. Inoltre, la forza è proporzionale alla massa di entrambi i corpi e inversamente proporzionale alla distanza tra loro:

F = (SOL m1 m2)/r2

G è la costante gravitazionale, che è pari a 6,67 × 10−11 m³ / (kg s²). Henry Cavendish fu il primo a calcolarlo nel 1798.

Nella vita di tutti i giorni e nelle discipline applicate si parla della forza con cui la terra tira su un corpo come del suo peso. L'attrazione tra due oggetti materiali qualsiasi nell'universo è ciò che è la gravità. in parole povere.

La forza di attrazione è la più debole delle quattro interazioni fondamentali della fisica, ma per le sue caratteristiche è in grado di regolare il movimento di sistemi stellari e galassie:

L'attrazione funziona a qualsiasi distanza, questa è la principale differenza tra gravità e interazione nucleare forte e debole. All'aumentare della distanza, il suo effetto diminuisce, ma non diventa mai uguale a zero, quindi possiamo dire che anche due atomi situati a estremità diverse della galassia esercitano un'influenza reciproca. È solo molto piccolo;
La gravità è universale. Il campo di attrazione è inerente a qualsiasi corpo materiale. Gli scienziati non hanno ancora scoperto un oggetto sul nostro pianeta o nello spazio che non parteciperebbe a questo tipo di interazione, quindi il ruolo della gravità nella vita dell'Universo è enorme. Questa gravitazione differisce dall'interazione elettromagnetica, la cui influenza sui processi spaziali è minima, poiché in natura la maggior parte dei corpi sono elettricamente neutri. Le forze gravitazionali non possono essere limitate o schermate;
La gravità agisce non solo sulla materia, ma anche sull'energia. Per lui, la composizione chimica degli oggetti non ha importanza, solo la loro massa gioca un ruolo.

Usando la formula newtoniana, la forza di attrazione può essere calcolata facilmente. Ad esempio, la gravità sulla Luna è molte volte inferiore a quella sulla Terra, perché il nostro satellite ha una massa relativamente piccola. Ma è sufficiente per la formazione di maree regolari nell'Oceano Mondiale. Sulla Terra, l'accelerazione di caduta libera è di circa 9,81 m/s2. Inoltre, ai poli è leggermente più grande che all'equatore.

Nonostante la grande importanza per l'ulteriore sviluppo della scienza, le leggi di Newton avevano una serie di punti deboli che ossessionavano i ricercatori. Non era chiaro come funzionasse la gravità attraverso uno spazio assolutamente vuoto su grandi distanze e a una velocità incomprensibile. Inoltre, gradualmente iniziarono ad accumularsi dati che contraddicevano le leggi di Newton: ad esempio il paradosso gravitazionale o lo spostamento del perielio di Mercurio. È diventato ovvio che la teoria della gravitazione universale deve essere migliorata. Questo onore è toccato al brillante fisico tedesco Albert Einstein.

Attrazione e relatività

Il rifiuto di Newton di discutere la natura della gravità ("Non faccio ipotesi") era un'evidente debolezza nel suo concetto. Non sorprende che negli anni a seguire siano emerse molte teorie sulla gravità.

La maggior parte di essi apparteneva ai cosiddetti modelli idrodinamici, che cercavano di giustificare l'emergere della gravità mediante l'interazione meccanica di oggetti materiali con una sostanza intermedia che avesse determinate proprietà. I ricercatori lo chiamavano in modo diverso: "vuoto", "etere", "flusso di gravitoni", ecc. In questo caso, la forza di attrazione tra i corpi è nata a seguito di un cambiamento in questa sostanza, quando è stata assorbita da oggetti o schermata flussi. In realtà, tutte queste teorie presentavano un grave inconveniente: prevedendo in modo abbastanza accurato la dipendenza della forza gravitazionale dalla distanza, avrebbero dovuto portare alla decelerazione dei corpi che si muovevano rispetto al "flusso dell'etere" o del "flusso gravitazionale".

Einstein ha affrontato questo problema da un'angolazione diversa. Nella sua teoria della relatività generale (GR), la gravità non è vista come un'interazione di forze, ma come una proprietà dello spazio-tempo stesso. Qualsiasi oggetto che ha massa lo fa piegare, il che provoca attrazione. In questo caso, la gravità è un effetto geometrico, considerato nell'ambito della geometria non euclidea.

In poche parole, il continuum spazio-temporale colpisce la materia, provocandone il movimento. E questo, a sua volta, incide sullo spazio, “indicandogli” come piegarsi.

Le forze di attrazione agiscono anche nel microcosmo, ma a livello delle particelle elementari la loro influenza, rispetto all'interazione elettrostatica, è trascurabile. I fisici ritengono che l'interazione gravitazionale non sia stata inferiore al resto nei primi momenti (10 -43 secondi) dopo il Big Bang.

Attualmente, il concetto di gravità, proposto nella teoria della relatività generale, è la principale ipotesi di lavoro accettata dalla maggioranza della comunità scientifica e confermata dai risultati di numerosi esperimenti.

Einstein nel suo lavoro prevedeva effetti sorprendenti forze gravitazionali, la maggior parte dei quali è già stata confermata. Ad esempio, la capacità di corpi massicci di piegare i raggi luminosi e persino di rallentare il passare del tempo. Quest'ultimo fenomeno è necessariamente preso in considerazione nel funzionamento dei sistemi globali di navigazione satellitare come GLONASS e GPS, altrimenti dopo pochi giorni il loro errore sarebbe di decine di chilometri.

Inoltre, una conseguenza della teoria di Einstein sono i cosiddetti effetti sottili della gravità, come il campo gravimagnetico e il trascinamento dei sistemi di riferimento inerziali (noto anche come effetto Lense-Thirring). Queste manifestazioni di gravità sono così deboli che per molto tempo non è stato possibile rilevarle. Solo nel 2005, grazie all'esclusiva missione Gravity Probe B della NASA, l'effetto Lense-Thirring è stato confermato.

Radiazione gravitazionale o la scoperta più fondamentale degli ultimi anni

Le onde gravitazionali sono fluttuazioni nella struttura geometrica dello spazio-tempo che si propagano alla velocità della luce. L'esistenza di questo fenomeno è stata prevista anche da Einstein nella relatività generale, ma a causa della debolezza della forza gravitazionale, la sua magnitudine è molto piccola, quindi non potrebbe essere rilevata per molto tempo. Solo prove indirette parlavano a favore dell'esistenza delle radiazioni.

Tali onde generano qualsiasi oggetto materiale che si muove con accelerazione asimmetrica. Gli scienziati li descrivono come "increspature dello spazio-tempo". Le sorgenti più potenti di tale radiazione sono le galassie in collisione e i sistemi in collasso costituiti da due oggetti. Un tipico esempio di quest'ultimo caso è la fusione di buchi neri o stelle di neutroni. In tali processi, la radiazione gravitazionale può superare più del 50% della massa totale del sistema.

Le onde gravitazionali sono state rilevate per la prima volta nel 2015 da due osservatori LIGO. Quasi immediatamente, questo evento ha ricevuto lo status di più grande scoperta della fisica degli ultimi decenni. Nel 2017 è stato premiato premio Nobel. Successivamente, gli scienziati sono riusciti a rilevare la radiazione gravitazionale più volte.

Negli anni '70, molto prima conferma sperimentale- gli scienziati hanno proposto di utilizzare la radiazione gravitazionale per la comunicazione a lunga distanza. Il suo indubbio vantaggio è la sua elevata capacità di passare attraverso qualsiasi sostanza senza essere assorbito. Ma al momento questo è difficilmente possibile, perché ci sono enormi difficoltà nel generare e ricevere queste onde. Sì, e non abbiamo ancora una conoscenza reale sufficiente sulla natura della gravità.

Oggi, diverse installazioni simili a LIGO sono operative in diversi paesi del mondo e ne stanno costruendo di nuove. È probabile che impareremo di più sulla radiazione gravitazionale nel prossimo futuro.

Teorie alternative della gravitazione universale e le ragioni della loro creazione

Attualmente, il concetto dominante di gravità è la relatività generale. L'intera gamma esistente di dati sperimentali e osservazioni è coerente con esso. Allo stesso tempo, ha un gran numero di punti francamente deboli e punti controversi, quindi i tentativi di creare nuovi modelli che spieghino la natura della gravità non si fermano.

Tutte le teorie sulla gravitazione universale sviluppate finora possono essere suddivise in diversi gruppi principali:

standard;
alternativa;
quantistico;
teoria dei campi unificati

I tentativi di creare un nuovo concetto di gravitazione universale furono fatti già nel 19° secolo. Vari autori vi hanno incluso l'etere o la teoria corpuscolare della luce. Ma l'emergere della relatività generale pose fine a queste ricerche. Dopo la sua pubblicazione, l'obiettivo degli scienziati è cambiato: ora i loro sforzi erano volti a migliorare il modello di Einstein, includendo nuovi fenomeni naturali in esso: la rotazione delle particelle, l'espansione dell'Universo, ecc.

All'inizio degli anni '80, i fisici avevano sperimentalmente rifiutato tutti i concetti, ad eccezione di quelli che includevano la relatività generale come parte integrante. In questo momento, le "teorie delle stringhe" sono diventate di moda, con un aspetto molto promettente. Ma non è stata trovata una conferma sperimentale di queste ipotesi. Negli ultimi decenni, la scienza ha raggiunto livelli significativi e ha accumulato una vasta gamma di dati empirici. Oggi, i tentativi di creare teorie alternative della gravità sono ispirati principalmente da studi cosmologici relativi a concetti come " materia oscura”, “inflazione”, “energia oscura”.

Uno dei compiti principali della fisica moderna è quello di combinare due aree fondamentali: teoria dei quanti e OTO. Gli scienziati cercano di collegare l'attrazione con altri tipi di interazioni, creando così una "teoria del tutto". Questo è esattamente ciò che fa la gravità quantistica, la branca della fisica che tenta di fornire una descrizione quantistica dell'interazione gravitazionale. Una propaggine di questa direzione è la teoria della gravità ad anello.

Nonostante gli sforzi attivi ea lungo termine, questo obiettivo non è stato ancora raggiunto. E non è nemmeno la complessità di questo problema: è solo che la teoria quantistica e la relatività generale si basano su paradigmi completamente diversi. Meccanica quantistica lavora con sistemi fisici che operano sullo sfondo dello spazio-tempo ordinario. E nella teoria della relatività, lo spazio-tempo stesso è una componente dinamica che dipende dai parametri dei sistemi classici che vi si trovano.

Insieme alle ipotesi scientifiche della gravitazione universale, esistono teorie molto lontane dalla fisica moderna. Purtroppo, dentro l'anno scorso tali "opere" hanno semplicemente invaso Internet e gli scaffali delle librerie. Alcuni autori di tali opere generalmente informano il lettore che la gravità non esiste e le leggi di Newton ed Einstein sono invenzioni e bufale.

Un esempio è il lavoro dello "scienziato" Nikolai Levashov, il quale afferma che Newton non ha scoperto la legge di gravitazione universale e solo i pianeti e il nostro satellite, la Luna, hanno forza gravitazionale nel sistema solare. Le prove fornite da questo "scienziato russo" sono piuttosto strane. Uno di questi è il volo della sonda americana NEAR Shoemaker sull'asteroide Eros, avvenuto nel 2000. Levashov considera la mancanza di attrazione tra la sonda e il corpo celeste una prova della falsità delle opere di Newton e della cospirazione dei fisici che nascondono la verità sulla gravità alle persone.

In realtà navicella spaziale ha completato con successo la sua missione: prima è entrato nell'orbita di un asteroide, quindi ha effettuato un atterraggio morbido sulla sua superficie.

Gravità artificiale e a cosa serve

Ci sono due concetti associati alla gravità che, nonostante il loro attuale stato teorico, sono ben noti al grande pubblico. Questi sono l'antigravità e la gravità artificiale.

L'antigravità è il processo di contrasto alla forza di attrazione, che può ridurla significativamente o addirittura sostituirla con la repulsione. La padronanza di tale tecnologia porterebbe a una vera rivoluzione nei trasporti, nell'aviazione, nell'esplorazione spaziale e cambierebbe radicalmente tutta la nostra vita. Ma al momento, la possibilità dell'antigravità non ha nemmeno conferme teoriche. Inoltre, procedendo dalla relatività generale, un tale fenomeno non è affatto fattibile, poiché non può esserci massa negativa nel nostro Universo. È possibile che in futuro impareremo di più sulla gravità e impareremo come costruire aerei basati su questo principio.

La gravità artificiale è un cambiamento provocato dall'uomo nella forza di gravità esistente. Oggi non abbiamo davvero bisogno di tale tecnologia, ma la situazione cambierà sicuramente dopo l'inizio dei viaggi spaziali a lungo termine. E ha a che fare con la nostra fisiologia. Il corpo umano, “abituato” da milioni di anni di evoluzione alla costante gravità della Terra, percepisce l'impatto della ridotta gravità in modo estremamente negativo. Una lunga permanenza anche nelle condizioni di gravità lunare (sei volte più debole della terra) può portare a tristi conseguenze. L'illusione dell'attrazione può essere creata usando altre forze fisiche, come l'inerzia. Tuttavia, queste opzioni sono complesse e costose. Al momento la gravità artificiale non ha nemmeno giustificazioni teoriche, è ovvio che la sua possibile attuazione pratica è questione di un futuro molto lontano.

La gravità è un concetto noto a tutti fin dai tempi della scuola. Sembrerebbe che gli scienziati avrebbero dovuto studiare a fondo questo fenomeno! Ma la gravità rimane il mistero più profondo scienza moderna. E questo può essere definito un eccellente esempio di quanto sia limitata la conoscenza umana del nostro vasto e meraviglioso mondo.

Se hai domande, lasciale nei commenti sotto l'articolo. Noi o i nostri visitatori saremo lieti di rispondere.

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 ragione di tutto è la gravità. Che cos'è e perché questo fenomeno è così importante sulla scala dell'Universo, lo considereremo oggi.

introduzione

Gli scienziati hanno scoperto che tutti i corpi enormi provano attrazione reciproca l'uno per l'altro. Successivamente, si è scoperto che questa forza misteriosa determina anche il movimento dei corpi celesti nelle 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 ha sviluppato e continuato (anche se in una direzione completamente diversa) Albert Einstein, una delle più grandi menti del secolo scorso.

Per secoli, gli scienziati hanno osservato la gravità, cercando di comprenderla e misurarla. Infine, negli ultimi decenni, anche un fenomeno come la gravità è stato messo al servizio dell'uomo (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 di pensatori antichi, puoi scoprire che la parola latina "gravitas" significa "gravità", "attrazione". Oggi gli scienziati chiamano così l'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 ad essi. Se è il caso opposto, dovrebbero essere utilizzate le conclusioni di Einstein.

Facciamo subito una prenotazione: al momento, la natura stessa della gravità non è stata completamente studiata in linea di principio. Di cosa si tratta, non lo capiamo ancora del tutto.

Teorie di Newton ed Einstein

Secondo l'insegnamento classico 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 gravità tra gli oggetti si manifesta nel caso della curvatura dello spazio e del tempo (e la curvatura dello spazio è possibile solo se vi è materia).

Questo pensiero era molto profondo, ma ricerca moderna dimostrare qualche imprecisione. Oggi si crede che la gravità nello spazio pieghi solo lo spazio: il tempo può essere rallentato e persino fermato, ma la realtà del cambiamento della forma della materia temporanea non è stata teoricamente confermata. Pertanto, la classica equazione di Einstein non prevede nemmeno una possibilità che lo spazio continui a influenzare la materia e il campo magnetico emergente.

In misura maggiore è nota la legge di gravità (gravitazione universale), la cui espressione matematica appartiene proprio a Newton:

\[ F = γ \frac[-1.2](m_1 m_2)(r^2) \]

Sotto γ si intende 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 all'infinito numero di particelle elementari. Ci sono anche varie interazioni tra di loro a livelli che possiamo solo immaginare. Tuttavia, tutti i tipi di interazione delle particelle elementari tra loro differiscono in modo significativo nella loro forza.

La più potente di tutte le forze a noi note legano insieme i componenti del nucleo atomico. Per separarli, devi spendere una quantità di energia davvero colossale. Quanto agli elettroni, sono “legati” al nucleo solo da quelli ordinari, per fermarlo a volte basta l'energia che appare come risultato della più ordinaria reazione chimica. La gravità (che cos'è, lo sai già) nella variante degli atomi e delle particelle subatomiche è il tipo di interazione più semplice.

Il campo gravitazionale in questo caso è così debole che è difficile da immaginare. Stranamente, ma sono loro che “seguono” il movimento dei corpi celesti, la cui massa a volte è impossibile da immaginare. Tutto ciò è possibile grazie a due caratteristiche della gravità, che sono particolarmente pronunciate nel caso di grandi corpi fisici:

A differenza di quelli atomici, è più evidente a distanza dall'oggetto. Quindi, la gravità terrestre mantiene anche la Luna nel suo campo, e la forza simile di Giove supporta facilmente le orbite di più satelliti contemporaneamente, la massa di ciascuno dei quali è abbastanza paragonabile a quella terrestre!
Inoltre, fornisce sempre attrazione tra gli oggetti e con la distanza questa forza si indebolisce a bassa velocità.

La formazione di una teoria della gravitazione più o meno coerente è avvenuta in tempi relativamente recenti, e proprio sulla base dei risultati di osservazioni secolari 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 spianare la strada a 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 una rappresentazione matematica. Questa è stata la prima legge di gravità, la rappresentazione matematica di cui 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 in ambienti quasi scientifici, è estremamente scorretto: anche l'assenza di gravità nello spazio non significa che una persona o navicella spaziale l'attrazione di un oggetto massiccio non funziona.

Inoltre, tutti i corpi materiali hanno una certa massa, espressa sotto forma di una forza che è stata applicata su di essi, e un'accelerazione ottenuta a causa di questo impatto.

Pertanto, le forze gravitazionali sono proporzionali alla massa degli oggetti. Numericamente si possono esprimere ottenendo il prodotto delle masse di entrambi i corpi considerati. Dato il potere obbedisce rigorosamente alla dipendenza inversa dal quadrato della distanza tra gli oggetti. Tutte le altre interazioni dipendono in modo molto diverso dalle distanze tra due corpi.

La massa come pietra angolare della teoria

La massa degli oggetti è diventata un particolare punto di contesa 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) accelerano quando una forza esterna agisce su di essi, 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 questo è spiegato dalla teoria della gravità.

Qual è il rapporto tra massa e attrazione?

Se parliamo di gravità, allora la massa in questo fenomeno gioca un ruolo completamente opposto a quello che svolge in relazione alla forza e all'accelerazione di un oggetto. È lei che è la fonte primaria di attrazione stessa. Se prendi due corpi e vedi con quale forza attraggono un terzo oggetto, che si trova a distanze uguali dai primi due, il rapporto di tutte le forze sarà uguale al rapporto delle masse dei primi due oggetti. Pertanto, la forza di attrazione è direttamente proporzionale alla massa del corpo.

Se consideriamo la terza legge di Newton, possiamo vedere 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 del suo peso.

Riassumiamo alcuni risultati. Quindi, la massa è strettamente correlata all'accelerazione. Allo stesso tempo, è lei che determina la forza con cui la gravità 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 una massa z a uno di essi e all'altro Z. Entrambi gli oggetti vengono fatti cadere a terra, dove cadono liberamente.

Come si determina il rapporto delle forze di attrazione? È mostrato dalla formula matematica più semplice: z / Z. Questa è solo l'accelerazione che ricevono come risultato della forza di gravità, sarà esattamente la stessa. In poche parole, 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, oltre che dalla loro posizione spaziale. Il duplice ruolo della massa e l'eguale accelerazione di vari corpi in un campo gravitazionale sono stati scoperti da un tempo relativamente lungo. Questi fenomeni hanno ricevuto il seguente nome: "Principio di equivalenza". Questo termine sottolinea ancora una volta che accelerazione e inerzia sono spesso equivalenti (in una certa misura, ovviamente).

Sull'importanza di G

Dal corso di fisica della scuola, ricordiamo che l'accelerazione di caduta libera sulla superficie del nostro pianeta (gravità terrestre) è di 10 m/s² (9,8 ovviamente, ma questo valore serve per facilità di calcolo). Pertanto, se la resistenza dell'aria non viene presa in considerazione (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/sec entro la fine del suo volo. In poche parole, 10 m/s è la "velocità" della gravità all'interno della Terra.

L'accelerazione dovuta alla gravità nella letteratura fisica è indicata dalla lettera "g". Poiché la forma della Terra è in una certa misura più simile a un mandarino che a una sfera, il valore di questa quantità è ben lungi dall'essere lo stesso in tutte le sue regioni. Quindi, ai poli, l'accelerazione è maggiore, e alle cime montagne alte diventa più piccolo.

Anche nell'industria mineraria, la gravità gioca un ruolo importante. La fisica di questo fenomeno a volte fa risparmiare molto tempo. Pertanto, i geologi sono particolarmente interessati alla determinazione idealmente accurata di g, poiché ciò consente l'esplorazione e il ritrovamento di giacimenti minerari con eccezionale precisione. A proposito, che aspetto ha la formula della gravità, in cui il valore che abbiamo considerato gioca un ruolo importante? Eccola:

Nota! In questo caso, la formula gravitazionale indica 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 poteva descrivere tutti gli aspetti di questo fenomeno. Questo onore toccò ad Albert Einstein, che fu anche in grado di spiegare il principio di equivalenza. È a lui che l'umanità deve una moderna comprensione della natura stessa del continuum spazio-temporale.

Teoria della relatività, opere di Albert Einstein

Al tempo di Isaac Newton, si credeva che i punti di riferimento potessero essere rappresentati come 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 presumeva che tutti gli osservatori che contrassegnassero queste coordinate si trovassero in un unico spazio temporale. In quegli anni questa disposizione era considerata così evidente che non si tentava di impugnarla o integrarla. E questo è comprensibile, perché all'interno del nostro pianeta non ci sono deviazioni in questa regola.

Einstein dimostrò che l'accuratezza della misurazione sarebbe davvero significativa se l'ipotetico orologio si muovesse molto più lentamente della velocità della luce. In parole povere, se un osservatore, muovendosi più lentamente della velocità della luce, segue due eventi, allora accadranno 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? Esploriamo questo problema in dettaglio.

Relazione tra relatività e forze gravitazionali

Negli ultimi anni è stato fatto un numero enorme di scoperte nel campo delle particelle subatomiche. Si fa sempre più forte la convinzione che stiamo per trovare la particella finale, oltre la quale il nostro mondo non può essere diviso. Tanto più insistente è la necessità di scoprire esattamente come i più piccoli “mattoni” del nostro universo siano influenzati da quelle forze fondamentali che sono state scoperte nel secolo scorso, o anche prima. È particolarmente deludente che la natura stessa della gravità non sia stata ancora spiegata.

Ecco perché, dopo Einstein, che stabilì l'“incapacità” della meccanica newtoniana classica nell'area in esame, i ricercatori si sono concentrati su un completo ripensamento dei dati ottenuti in precedenza. 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 presumere che il campo gravitazionale si propaghi come un campo magnetico, dopodiché può essere dichiarato un "mediatore" nelle interazioni dei corpi celesti, spiegando molte incongruenze tra il vecchio e nuova teoria. Il fatto è che allora le velocità relative di propagazione delle forze in esame sarebbero molto inferiori alla velocità della luce. Quindi, come sono correlati la gravità e il tempo?

In linea di principio, lo stesso Einstein è quasi riuscito a costruire una teoria relativistica basata proprio su tali punti di vista, solo una circostanza ha impedito 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 ai movimenti di grandi masse. Come è noto, erano solo la fonte generalmente riconosciuta di potenti campi gravitazionali.

Le alte velocità influenzano fortemente le masse dei corpi, e questo non è affatto come l'interazione tra velocità e carica. Maggiore è la velocità, maggiore è la massa del corpo. Il problema è che l'ultimo valore diventerebbe automaticamente infinito in caso di movimento alla velocità della luce o superiore. Pertanto, Einstein concluse che non esiste un campo gravitazionale, ma un campo tensoriale, per la descrizione del quale dovrebbero essere utilizzate molte più variabili.

I suoi seguaci sono giunti alla conclusione che gravità e tempo non sono praticamente correlati. Il fatto è che questo stesso campo tensoriale può agire sullo spazio, ma non è in grado di influenzare il tempo. Tuttavia, il brillante fisico moderno Stephen Hawking ha un punto di vista diverso. Ma questa è una storia completamente diversa...