Законът за всемирното притегляне беше открит, когато една ябълка падна. Какъв е законът за всемирното притегляне: формулата на голямото откритие

Между всякакви материални точки има сила на взаимно привличане, право пропорционална на произведението на техните маси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях, действаща по линията, свързваща тези точки

Исак Нютон предполага, че между всички тела в природата съществуват сили на взаимно привличане. Тези сили се наричат гравитационни силиили сили на гравитацията. Силата на неудържимата гравитация се проявява в космоса, Слънчевата система и на Земята.

Закон за гравитацията

Нютон обобщи законите за движение на небесните тела и установи, че силата \ (F \) е равна на:

\[ F = G \dfrac(m_1 m_2)(R^2) \]

където \(m_1 \) и \(m_2 \) са масите на взаимодействащи тела, \(R \) е разстоянието между тях, \(G \) е коефициентът на пропорционалност, който се нарича гравитационна константа. Числова стойностГравитационната константа е експериментално определена от Кавендиш чрез измерване на силата на взаимодействие между оловните топки.

Физическото значение на гравитационната константа следва от закона за всемирното привличане. Ако \(m_1 = m_2 = 1 \text(kg) \), \(R = 1 \text(m) \) , тогава \(G = F \) , т.е. гравитационната константа е равна на силата, с която две тела от 1 kg се привличат на разстояние 1 m.

Числова стойност:

\(G = 6,67 \cdot() 10^(-11) N \cdot() m^2/ kg^2 \) .

Силите на универсалната гравитация действат между всички тела в природата, но те стават осезаеми при големи маси (или ако поне масата на едно от телата е голяма). Законът за всемирното притегляне се изпълнява само за материални точки и топки (в този случай за разстояние се приема разстоянието между центровете на топките).

Земно притегляне

Специален вид универсална гравитационна сила е силата на привличане на телата към Земята (или към друга планета). Тази сила се нарича земно притегляне. Под действието на тази сила всички тела придобиват ускорение на свободно падане.

Според втория закон на Нютон \(g = F_T /m \) , следователно \(F_T = mg \) .

Ако M е масата на Земята, R е нейният радиус, m е масата на даденото тяло, тогава силата на гравитацията е равна на

\(F = G \dfrac(M)(R^2)m = mg \) .

Силата на гравитацията винаги е насочена към центъра на Земята. В зависимост от височината \ (h \) над земната повърхност и географската ширина на положението на тялото, ускорението на свободното падане придобива различни значения. На повърхността на Земята и в средните географски ширини ускорението на свободното падане е 9,831 m/s 2 .

Телесно тегло

В технологиите и ежедневието понятието телесно тегло се използва широко.

Телесно теглоозначено с \(P \) . Единицата за тегло е нютон (N). Тъй като теглото е равно на силата, с която тялото действа върху опората, тогава, в съответствие с третия закон на Нютон, теглото на тялото е равно по големина на силата на реакция на опората. Следователно, за да се намери теглото на тялото, е необходимо да се определи на какво е равна силата на реакция на опората.

Предполага се, че тялото е неподвижно спрямо опората или окачването.

Теглото на тялото и гравитацията се различават по природа: телесното тегло е проява на действието на междумолекулните сили, а гравитацията има гравитационен характер.

Състоянието на тялото, при което теглото му е нула, се нарича безтегловност. Състоянието на безтегловност се наблюдава в самолет или космически кораб при движение с ускорение на свободно падане, независимо от посоката и стойността на скоростта на тяхното движение. Извън земната атмосфера, когато реактивните двигатели са изключени, върху космическия кораб действа само силата на всемирната гравитация. Под действието на тази сила космическият кораб и всички тела в него се движат с еднакво ускорение, така че в кораба се наблюдава състояние на безтегловност.

Javascript е деактивиран във вашия браузър.
ActiveX контролите трябва да са активирани, за да се правят изчисления!

Не е тайна, че законът за всемирното привличане е открит от великия английски учен Исак Нютон, който според легендата се разхожда във вечерната градина и размишлява върху проблемите на физиката. В този момент от едно дърво паднала ябълка (според една версия точно върху главата на физика, според друга тя просто паднала), която по-късно станала известната ябълка на Нютон, тъй като довела учения до прозрението, еврика. Ябълката, която падна върху главата на Нютон и го вдъхнови да открие закона за всемирното притегляне, тъй като Луната остана неподвижна на нощното небе, ябълката падна, ученият може да е помислил, че някаква сила действа като Луната (като я кара да орбита), така че върху ябълката, карайки я да падне на земята.

Сега, според уверенията на някои историци на науката, цялата тази история за ябълката е просто красива измислица. Всъщност не е толкова важно дали ябълката е паднала или не, важно е, че ученият наистина е открил и формулирал закона за всемирното притегляне, който днес е един от крайъгълните камъни както на физиката, така и на астрономията.

Разбира се, много преди Нютон хората са наблюдавали както неща, падащи на земята, така и звезди в небето, но преди него те са вярвали, че има два вида гравитация: земна (действаща изключително в рамките на Земята, карайки телата да падат) и небесна ( действащ върху звезди и луна). Нютон е първият, който комбинира тези два вида гравитация в главата си, първият, който разбира, че има само една гравитация и нейното действие може да се опише с универсален физичен закон.

Определение на закона за всемирното притегляне

Според този закон всички материални тела се привличат, докато силата на привличане не зависи от физическото или химични свойствател. Зависи, ако всичко е максимално опростено, само от теглото на телата и разстоянието между тях. Освен това трябва да вземете предвид факта, че всички тела на Земята се влияят от силата на привличане на самата планета, която се нарича гравитация (от латински думата "gravitas" се превежда като гравитация).

Сега нека се опитаме да формулираме и запишем закона за всемирното привличане възможно най-кратко: силата на привличане между две тела с маси m1 и m2 и разделени от разстояние R е право пропорционална на двете маси и обратно пропорционална на квадрата на разстояние между тях.

Формулата на закона за всемирното привличане

По-долу представяме на вашето внимание формулата на закона за всемирното привличане.

G в тази формула е гравитационната константа, равна на 6.67408(31) 10 −11, това е стойността на въздействието върху всеки материален обект на гравитационната сила на нашата планета.

Законът за всемирното притегляне и безтегловността на телата

Законът за всемирното притегляне, открит от Нютон, както и съпътстващият го математически апарат, по-късно формират основата на небесната механика и астрономията, тъй като могат да бъдат използвани за обяснение на природата на движението на небесните тела, както и на феномена на безтегловността. . Намирайки се в космоса на значително разстояние от силата на привличане-гравитация на такова голямо тяло като планета, всеки материален обект (например космически кораб с астронавти на борда) ще бъде в състояние на безтегловност, тъй като силата на гравитационното влияние на Земята (G във формулата на закона за гравитацията) или някоя друга планета вече няма да го засяга.

Закон за гравитацията видео

И в заключение едно поучително видео за откриването на закона за всемирното привличане.

В края на живота си той разказа как е открил закон на гравитацията.

Кога младият Исак се разхождаше в градината сред ябълковите дървета в имението на родителите си той видял луната на дневното небе. А до него една ябълка падна на земята, отчупи се от клон.

Тъй като по същото време Нютон работеше върху законите на движението, той вече знаеше, че ябълката пада под въздействието на гравитационното поле на Земята. И той знаеше, че Луната не е просто в небето, но се върти около Земята в орбита и следователно върху нея действа някаква сила, която я предпазва от излизане от орбитата и отлитане по права линия, в космическо пространство. Тук му хрумва идеята, че може би същата сила кара ябълката да падне на земята, а луната остава в земната орбита.

Преди Нютон учените вярваха, че има два вида гравитация: земна гравитация (действаща на Земята) и небесна гравитация (действаща на небето). Тази идея беше здраво вкоренена в съзнанието на хората от онова време.

Богоявлението на Нютон беше, че той комбинира тези два вида гравитация в ума си. От този исторически момент изкуственото и фалшиво разделение на Земята и останалата част от Вселената е престанало да съществува.

И така беше открит законът за всемирното притегляне, който е един от универсалните закони на природата. Според закона всички материални тела се привличат едно към друго и големината на гравитационната сила не зависи от химичните и физичните свойства на телата, от състоянието на тяхното движение, от свойствата на средата, в която се намират телата . Гравитацията на Земята се проявява преди всичко в наличието на гравитация, която е резултат от привличането на всяко материално тяло от Земята. Свързан с това е терминът "гравитация" (от лат. gravitas - гравитация) , еквивалентно на термина "гравитация".

Законът за гравитацията гласи, че силата на гравитационното привличане между две материални точки с маса m1 и m2, разделени на разстояние R, е пропорционална на двете маси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.

Самата идея за универсална гравитационна сила беше многократно изразена дори преди Нютон. Преди това Хюйгенс, Робервал, Декарт, Борели, Кеплер, Гасенди, Епикур и други са мислили за това.

Според предположението на Кеплер, гравитацията е обратно пропорционална на разстоянието до Слънцето и се простира само в равнината на еклиптиката; Декарт го смята за резултат от вихри в етера.

Имаше обаче предположения с правилната зависимост от разстоянието, но преди Нютон никой не успя да свърже ясно и математически категорично закона за гравитацията (сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието) и законите за движението на планетите (на Кеплер закони).

В основната си работа "Математическите принципи на естествената философия" (1687) Исак Нютон извежда закона за гравитацията въз основа на емпиричните закони на Кеплер, известни по това време.
Той показа, че:

- наблюдаваните движения на планетите свидетелстват за наличието на централна сила;
- обратно, централната сила на привличане води до елиптични (или хиперболични) орбити.

За разлика от хипотезите на своите предшественици, теорията на Нютон имаше редица съществени разлики. Сър Айзък публикува не само предложената формула за закона за всемирното привличане, но всъщност предложи пълен математически модел:

- закон на гравитацията;
- законът за движението (втори закон на Нютон);
- система от методи за математически изследвания (математически анализ).

Взети заедно, тази триада е достатъчна, за да изследва напълно най-сложните движения на небесните тела, създавайки по този начин основите на небесната механика.

Но Исак Нютон остави отворен въпроса за природата на гравитацията. Предположението за мигновеното разпространение на гравитацията в пространството (т.е. предположението, че с промяна в положението на телата силата на гравитацията между тях се променя моментално), което е тясно свързано с природата на гравитацията, също не беше обяснено. Повече от двеста години след Нютон физиците са предлагали различни начини за подобряване на теорията на Нютон за гравитацията. Едва през 1915 г. тези усилия се увенчават с успех от създаването Общата теория на относителността на Айнщайн в който всички тези трудности бяха преодолени.

И така, движението на планетите, например Луната около Земята или Земята около Слънцето, е едно и също падане, но само падане, което продължава безкрайно дълго време (поне ако пренебрегнем прехода на енергията в „не -механични" форми).

Предположението за единството на причините, управляващи движението на планетите и падането на земните тела, е изказано от учените много преди Нютон. Очевидно гръцкият философ Анаксагор, родом от Мала Азия, живял в Атина преди почти две хиляди години, е първият, който ясно изрази тази идея. Той каза, че Луната, ако не се движи, ще падне на Земята.

Въпреки това блестящата хипотеза на Анаксагор очевидно не е оказала практическо влияние върху развитието на науката. Тя беше обречена да бъде неразбрана от своите съвременници и забравена от своите потомци. Древните и средновековните мислители, чието внимание беше привлечено от движението на планетите, бяха много далеч от правилното (и по-често от всякакво) тълкуване на причините за това движение. В крайна сметка дори великият Кеплер, който успя с цената на гигантски труд да формулира точните математически закони на движението на планетите, вярваше, че причината за това движение е въртенето на Слънцето.

Според идеите на Кеплер Слънцето, въртейки се, увлича планетите в ротация с постоянни тласъци. Вярно е, че остава неясно защо времето на революция на планетите около Слънцето се различава от периода на революция на Слънцето около собствената си ос. Кеплер пише за това: „Ако планетите нямаха естествени съпротивления, тогава не би било възможно да се посочат причините, поради които те не трябва да следват точно въртенето на Слънцето. Но въпреки че в действителност всички планети се движат в същата посока като въртенето на Слънцето, скоростта им на движение не е еднаква. Факт е, че те смесват в определени пропорции инертността на собствената си маса със скоростта на движението си.

Кеплер не успя да разбере, че съвпадението на посоките на движение на планетите около Слънцето с посоката на въртене на Слънцето около оста му не е свързано със законите на движението на планетите, а с произхода на нашата слънчева система. Една изкуствена планета може да бъде изстреляна както по посока на въртенето на Слънцето, така и срещу това въртене.

Робърт Хук, много по-близо от Кеплер до откриването на закона за привличането на телата. Ето неговите оригинални думи от произведение, озаглавено „Опит за изследване на движението на Земята“, публикувано през 1674 г.: „Ще разработя теория, която във всяко отношение е в съответствие с общоприетите правила на механиката. Тази теория се основава на три предположения: първо, че всички небесни тела без изключение имат посока или гравитация, насочена към техния център, поради което те привличат не само собствените си части, но и всички небесни тела, намиращи се в тяхната сфера на действие . Според второто предположение всички тела, движещи се право и равномерно, ще се движат по права линия, докато не бъдат отклонени от някаква сила и започнат да описват траектории в кръг, елипса или друга по-малко проста крива. Според третото предположение силите на привличане действат толкова повече, колкото по-близо до тях са телата, върху които действат. Все още не съм успял да установя от опит какво различни степениатракция. Но ако тази идея бъде доразвита, тогава астрономите ще могат да определят закона, според който се движат всички небесни тела.

Всъщност човек може само да бъде учуден, че самият Хук не иска да развие тези идеи, като се позовава на това, че е зает с други произведения. Но се появи учен, който направи пробив в тази област

Историята на откриването от Нютон на закона за всемирното привличане е добре известна. За първи път идеята, че природата на силите, които карат камъка да падне и определя движението на небесните тела, е една и съща, възниква още при ученика Нютон, че първите изчисления не са дали правилни резултати, тъй като данните наличните по това време за разстоянието от Земята до Луната са били неточни, че 16 години по-късно се появява нова, коригирана информация за това разстояние. За да обясни законите на движението на планетите, Нютон прилага създадените от него закони на динамиката и установения от него закон за универсалната гравитация.

Като първи закон на динамиката той назовава принципа на инерцията на Галилей, включвайки го в системата от основни закони-постулати на своята теория.

В същото време Нютон трябваше да елиминира грешката на Галилей, който вярваше, че равномерното движение в кръг е движение по инерция. Нютон посочи (и това е вторият закон на динамиката), че единственият начин да се промени движението на тялото - стойността или посоката на скоростта - е да се въздейства върху него с някаква сила. В този случай ускорението, с което се движи едно тяло под действието на сила, е обратно пропорционално на масата на тялото.

Според третия закон на динамиката на Нютон, "За всяко действие има еднаква и противоположна реакция."

Последователно прилагайки принципите - законите на динамиката, той първо изчисли центростремителното ускорение на Луната, докато се движи по орбита около Земята, а след това успя да покаже, че отношението на това ускорение към ускорението на свободното падане на тела в близост до Земята повърхност е равна на отношението на квадратите на радиусите на Земята и лунната орбита. От това Нютон заключава, че природата на силата на гравитацията и силата, която поддържа луната в орбита, е една и съща. С други думи, според неговите изводи Земята и Луната се привличат една към друга със сила, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между техните центрове Fg ≈ 1∕r2.

Нютон успя да покаже, че единственото обяснение за независимостта на ускорението на свободното падане на телата от тяхната маса е пропорционалността на силата на гравитацията към масата.

Обобщавайки констатациите, Нютон пише: „Няма съмнение, че природата на гравитацията на други планети е същата като на Земята. Всъщност нека си представим, че земните тела са издигнати до орбитата на Луната и са изпратени заедно с Луната, също лишени от движение, да паднат на Земята. Въз основа на вече доказаното (имайки предвид опитите на Галилей), няма съмнение, че те ще преминат едновременно през същото пространство като Луната, тъй като техните маси са свързани с масата на Луната в същото време. начин, тъй като теглото им е спрямо теглото му. Така Нютон открива и след това формулира закона за всемирното привличане, който по право е собственост на науката.

2. Свойства на гравитационните сили.

Едно от най-забележителните свойства на силите на универсалната гравитация или, както често се наричат, гравитационни сили, вече е отразено в самото име, дадено от Нютон: универсално. Тези сили, така да се каже, са "най-универсалните" сред всички сили на природата. Всичко, което има маса - а масата е присъща на всяка форма, всякакъв вид материя - трябва да изпитва гравитационни влияния. Дори светлината не е изключение. Ако визуализираме гравитационните сили с помощта на нишки, които се простират от едно тяло към друго, тогава безброй много такива нишки трябва да проникнат в пространството навсякъде. В същото време не е на място да се отбележи, че е невъзможно да се скъса такава нишка, да се огради от гравитационните сили. За универсалната гравитация няма бариери, радиусът им на действие не е ограничен (r = ∞). Гравитационните сили са далечни сили. Това е "официалното име" на тези сили във физиката. Благодарение на действието на далечни разстояния, гравитацията свързва всички тела на Вселената.

Относителната бавност на намаляването на силите с разстоянието на всяка крачка се проявява в нашите земни условия: в края на краищата всички тела не променят теглото си, прехвърляйки се от една височина на друга (или, по-точно, променят се, но изключително малко), именно защото при относително малка промяна на разстоянието - в случая от центъра на Земята - гравитационните сили практически не се променят.

Между другото, именно поради тази причина законът за измерване на гравитационните сили с разстоянието е открит "в небето". Всички необходими данни бяха взети от астрономията. Не трябва обаче да се мисли, че намаляването на силата на гравитацията с височината не може да бъде открито в земни условия. Така например часовник с махало с период на трептене от една секунда ще изостане с почти три секунди на ден, ако бъде вдигнат от мазето до последния етаж на Московския университет (200 метра) - и това се дължи само на намаляване в гравитацията.

Височините, на които се движат изкуствените спътници, вече са сравними с радиуса на Земята, така че за да се изчисли траекторията им, е абсолютно необходимо да се вземе предвид промяната в силата на гравитацията с разстоянието.

Гравитационните сили имат още едно много интересно и необичайно свойство, което ще бъде обсъдено сега.

В продължение на много векове средновековната наука приема като непоклатима догма твърдението на Аристотел, че тялото пада толкова по-бързо, колкото по-голяма е тежестта му. Дори ежедневният опит потвърждава това: в края на краищата, известно е, че парче пух пада по-бавно от камък. Въпреки това, както Галилей успя да покаже за първи път, цялата работа тук е, че съпротивлението на въздуха, влизайки в действие, радикално изкривява картината, която би била, ако върху всички тела действаше само земната гравитация. Има чудесно ясен експеримент с така наречената тръба на Нютон, който прави много лесно да се оцени ролята на въздушното съпротивление. Тук Кратко описаниетова преживяване. Представете си обикновена стъклена (така че да виждате какво се прави вътре) тръба, в която са поставени различни предмети: пелети, парчета корк, пера или пух и т.н. Ако завъртите тръбата така, че всичко това да може да падне, тогава топчето ще мине най-бързо, последвано от парчета корк и накрая пухът ще падне плавно. Но нека се опитаме да проследим падането на същите обекти, когато въздухът се изпомпва от тръбата. Пухът, загубил предишната си бавност, се втурва, поддържайки пелета и корк. Това означава, че движението му е било забавено от съпротивлението на въздуха, което е повлияло в по-малка степен на движението на тапата и още по-малко на движението на пелетата. Следователно, ако не беше съпротивлението на въздуха, ако върху телата действаха само силите на всемирната гравитация - в конкретен случай земната гравитация - тогава всички тела биха падали по абсолютно същия начин, ускорявайки се с еднаква скорост.

Но „нищо ново под слънцето“. Преди две хиляди години Лукреций Кар пише в известната си поема „За природата на нещата“:

всичко, което пада в рядък въздух,

Падането по-бързо трябва да бъде в съответствие със собственото тегло

Просто защото водата или въздухът са фина същност

Не мога да поставям пречки пред едни и същи неща,

Но по-скоро отстъпва на тези с по-голяма тежест.

Напротив, никога и никъде не е способен

Нещо, което да сдържа празнотата и да бъде някакъв вид опора,

По силата на природата си той постоянно отстъпва на всичко.

Следователно всичко, което се втурва през празнотата без препятствия, трябва

Еднаква скорост да има, въпреки разликата в теглото.

Разбира се, тези прекрасни думи бяха страхотно предположение. Бяха необходими много експерименти, за да се превърне тази хипотеза в добре установен закон, като се започне с известните експерименти на Галилей, който изучава падането на топки с еднакъв размер, но направени от различни материали(мрамор, дърво, олово и др.) и завършвайки с най-сложните съвременни измервания на ефекта на гравитацията върху светлината. И цялото това разнообразие от експериментални данни упорито ни укрепва в убеждението, че гравитационните сили придават еднакво ускорение на всички тела; по-специално, ускорението на свободното падане, причинено от гравитацията, е еднакво за всички тела и не зависи от състава, структурата или масата на самите тела.

Този на пръв поглед прост закон изразява може би най-забележителната характеристика на гравитационните сили. Буквално няма други сили, които да ускоряват еднакво всички тела, независимо от тяхната маса.

И така, това свойство на силите на универсалната гравитация може да се компресира в едно кратко твърдение: гравитационната сила е пропорционална на масата на телата. Подчертаваме, че тук става дума за същата маса, която в законите на Нютон действа като мярка за инерция. Дори се нарича инерционна маса.

Четирите думи "гравитационната сила е пропорционална на масата" съдържат изненадващо дълбок смисъл. Големи и малки тела, горещи и студени, най-разнообразни химичен състав, от всяка структура - всички те изпитват едно и също гравитационно взаимодействие, ако масите им са равни.

Или може би този закон е наистина прост? В края на краищата Галилей, например, го смяташе за почти самоочевидно. Ето неговите разсъждения. Нека паднат две тела с различно тегло. Според Аристотел тежкото тяло трябва да пада по-бързо дори във вакуум. Сега нека свържем телата. Тогава, от една страна, телата трябва да падат по-бързо, тъй като общото тегло се е увеличило. Но, от друга страна, добавянето на по-бавно падаща част към тежкото тяло трябва да забави това тяло. Има противоречие, което може да бъде отстранено само ако приемем, че всички тела под действието на гравитацията падат с еднакво ускорение. Изглежда всичко е наред! Нека обаче отново да помислим върху горната дискусия. Тя се основава на общ метод за доказване „от противно“: ако приемем, че по-тежкото тяло пада по-бързо от по-лекото, стигаме до противоречие. И от самото начало имаше предположение, че ускорението на свободното падане се определя от теглото и само от теглото. (Строго погледнато, не по тегло, а по маса.)

Но това в никакъв случай не е очевидно предварително (т.е. преди експеримента). Но какво ще стане, ако това ускорение се определя от обема на телата? Или температура? Представете си, че има гравитационен заряд, подобен на електрическия и като този последния, който изобщо не е пряко свързан с масата. Сравнението с електрически заряд е много полезно. Ето две прахови частици между заредените пластини на кондензатор. Нека тези прахови частици имат равни заряди и масите са съотнесени като 1 към 2. Тогава ускоренията трябва да се различават с коефициент две: силите, определени от зарядите, са равни и при равни сили тяло с два пъти по-голяма маса се ускорява двойно повече. Ако обаче праховите частици са свързани, тогава, очевидно, ускорението ще има нова, междинна стойност. Никой спекулативен подход без експериментално изследване на електрическите сили не може да даде нищо тук. Абсолютно същата беше картината, ако гравитационният заряд не беше свързан с масата. И да се отговори на въпроса дали има такава връзка, може само опитът. И сега разбираме, че именно експериментите, които доказаха едно и също ускорение поради гравитацията за всички тела, показаха по същество, че гравитационният заряд (гравитационна или тежка маса) е равен на инертната маса.

Опитът и само опитът може да служи както като основа на физическите закони, така и като критерий за тяхната валидност. Да си припомним например рекордните експерименти, проведени под ръководството на В. Б. Брагински в Московския държавен университет. Тези експерименти, при които е получена точност от порядъка на 10-12, още веднъж потвърдиха равенството на тежката и инерционната маса.

Именно върху опита, върху широк тест на природата - от скромния мащаб на малка лаборатория на учен до грандиозния космически мащаб - се основава законът за всемирното привличане, който (за да обобщим всичко казано по-горе) гласи:

Силата на взаимно привличане на всеки две тела, чиито размери са много по-малки от разстоянието между тях, е пропорционална на произведението на масите на тези тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тези тела.

Коефициентът на пропорционалност се нарича гравитационна константа. Ако измерваме дължината в метри, времето в секунди и масата в килограми, гравитационната винаги ще бъде равна на 6,673 * 10-11, а размерът й ще бъде съответно m3 / kg * s2 или N * m2 / kg2.

G=6,673*10-11 N*m2/kg2

3. Гравитационни вълни.

Законът на Нютон за всемирното привличане не казва нищо за времето на прехвърляне на гравитационното взаимодействие. Имплицитно се приема, че то е мигновено, независимо колко големи са разстоянията между взаимодействащите тела. Такова виждане е типично за привържениците на действието от разстояние. Но от „специалната теория на относителността“ на Айнщайн следва, че гравитацията се предава от едно тяло на друго със същата скорост като светлинния сигнал. Ако едно тяло се премести от мястото си, тогава причинената от него кривина на пространството и времето не се променя мигновено. Отначало това ще има ефект в непосредствена близост до тялото, след това промяната ще обхваща все по-отдалечени региони и накрая ще се установи ново разпределение на кривината в цялото пространство, съответстващо на променената позиция на тялото. .

И тук стигаме до проблема, който предизвика и продължава да предизвиква най-много спорове и разногласия - проблемът с гравитационното излъчване.

Може ли да съществува гравитация, ако няма маса, която да я създава? Според закона на Нютон определено не. Няма смисъл да задавам такъв въпрос. Но след като се съгласим, че гравитационните сигнали се предават, макар и с много висока, но все пак не безкрайна скорост, всичко се променя коренно. Наистина, представете си, че първоначално създаващата гравитация маса, като например топка, е била в покой. Всички тела около топката ще бъдат засегнати от обичайните нютонови сили. И сега с голяма скорост ще премахнем топката от първоначалното й място. Първоначално околните тела няма да го усетят. В крайна сметка гравитационните сили не се променят мигновено. Отнема време промените в кривината на пространството да се разпространят във всички посоки. Това означава, че за известно време околните тела ще изпитват същия удар на топката, когато самата топка вече не е там (във всеки случай на същото място).

Оказва се, че кривината на пространството придобива известна независимост, че е възможно тялото да бъде извадено от областта на пространството, където то е причинило кривината, и то по такъв начин, че самите тези кривини, поне на големи разстояния, ще остават и ще се развиват според собствените си вътрешни закони. Ето гравитация без гравитираща маса! Можете да отидете по-далеч. Ако накарате топката да се колебае, тогава, както се оказва от теорията на Айнщайн, върху Нютоновата картина на гравитацията се наслагват някакви вълни - гравитационни вълни. За да си представите по-добре тези вълни, трябва да използвате модел - гумен филм. Ако не само натиснете този филм с пръст, но едновременно с това правите колебателни движения с него, тогава тези вибрации ще започнат да се предават по опънатия филм във всички посоки. Това е аналогът на гравитационните вълни. Колкото по-далеч от източника, толкова по-слаби са тези вълни.

И сега в един момент ще спрем да натискаме филма. Вълните няма да изчезнат. Те също така ще съществуват сами по себе си, разпространявайки се все по-далеч и по-далеч по филма, причинявайки изкривяване на геометрията по пътя си.

По абсолютно същия начин вълните на пространствената кривина - гравитационните вълни - могат да съществуват независимо. Много изследователи правят това заключение от теорията на Айнщайн.

Разбира се, всички тези ефекти са много слаби. Така например енергията, освободена при изгарянето на една кибритена клечка, е многократно по-голяма от енергията на гравитационните вълни, излъчвани от цялото ни слънчева системаза същото време. Но тук е важна не количествената, а принципната страна на въпроса.

Привържениците на гравитационните вълни - а те изглежда са мнозинство сега - предсказват и друго невероятно явление; трансформацията на гравитацията в такива частици като електрони и позитрони (те трябва да се раждат по двойки), протони, антитрони и др. (Иваненко, Уилър и др.).

Трябва да изглежда нещо подобно. Гравитационна вълна е достигнала определена област от пространството. AT определен моменттази гравитация рязко, рязко, намалява и в същото време, да речем, на същото място се появява двойка електрон-позитрон. Същото може да се опише като рязко намаляване на кривината на пространството с едновременното раждане на двойка.

Има много опити това да се преведе на квантово-механичен език. Въведени са частици - гравитони, които се сравняват с неквантово изображение гравитационна вълна. Във физическата литература е в обръщение терминът "трансмутация на гравитони в други частици", като тези трансмутации - взаимни трансформации - са възможни между гравитони и по принцип всякакви други частици. В крайна сметка няма частици, които да са нечувствителни към гравитацията.

Въпреки че подобни трансформации са малко вероятни, т.е. случват се изключително рядко, в космически мащаб те могат да се окажат фундаментални.

4. Изкривяване на пространство-времето от гравитацията,

„Притчата на Едингтън“.

Притчата на английския физик Едингтън от книгата "Пространство, време и гравитация" (преразказ):

„В океан, който има само две измерения, някога е живяла порода плоски риби. Наблюдавано е, че рибите обикновено плуват в права линия, докато не срещнат очевидни препятствия по пътя си. Това поведение изглеждаше съвсем естествено. Но в океана имаше мистериозен район; когато рибите паднаха в него, те изглеждаха омагьосани; някои плаваха през този район, но промениха посоката, други обикаляха района безкрайно. Една риба (почти Декарт) предложи теорията за вихрите; тя каза, че в този район има водовъртежи, които карат всичко, което попадне в тях, да се върти. С течение на времето беше предложена много по-съвършена теория (теорията на Нютон); беше казано, че всички риби са привлечени от много голяма риба - слънчева риба, която дреме в средата на района - и това обясняваше отклонението на техните пътища. Отначало тази теория изглеждаше може би малко странна; но е потвърдено с удивителна точност в голямо разнообразие от наблюдения. Установено е, че всички риби имат това привлекателно свойство пропорционално на техния размер; законът за привличането (аналогичен на закона за всемирното привличане) беше изключително прост, но въпреки това той обясняваше всички движения с точност, която никога преди не беше постигната с точността на научните изследвания. Вярно, някои риби, мърморейки, заявиха, че не разбират как е възможно такова действие от разстояние; но всички се съгласиха, че това действие се разпространява от океана и че би било по-лесно да се разбере, когато естеството на водата бъде разбрано по-добре. Така че почти всяка риба, която е искала да обясни гравитацията, е започнала с приемането на някакъв механизъм, чрез който тя се разпространява във водата.

Но имаше риба, която гледаше на нещата по друг начин. Тя обърна внимание на факта, че големите и малките риби винаги се движат по едни и същи пътеки, въпреки че може да изглежда, че ще е необходима много сила, за да се отклони голямата риба от пътя й. (Рибата-слънце придаваше еднакви ускорения на всички тела.) Затова вместо сили, тя започна да изучава подробно пътищата на движение на рибите и така стигна до удивително решение на проблема. В света имаше едно високо място, където лежеше слънчевата риба. Рибите не можеха да видят това директно, защото бяха двуизмерни; но когато рибата в движението си падна върху склона на това възвишение, тогава, въпреки че се опита да плува по права линия, тя неволно се обърна малко настрани. Това беше тайната на мистериозното привличане или кривината на пътеките, които минаваха в мистериозната област. »

Тази притча показва как кривината на света, в който живеем, може да създаде илюзията за гравитация и виждаме, че ефект като гравитацията е единственият начин, по който такава кривина може да се прояви.

Накратко това може да се формулира по следния начин. Тъй като гравитацията криви пътищата на всички тела по един и същи начин, можем да мислим за гравитацията като за кривина на пространство-времето.

5. Гравитация на Земята.

Ако се замислите за ролята, която гравитацията играе в живота на нашата планета, тогава се отварят цели океани. И не само океани от явления, но и океани в буквалния смисъл на думата. Океани от вода. въздушен океан. Без гравитацията те не биха съществували.

Една вълна в морето, движението на всяка капка вода в реките, които захранват това море, всички течения, всички ветрове, облаци, целият климат на планетата се определят от играта на два основни фактора: слънчевата активност и земната гравитация .

Гравитацията не само задържа хората, животните, водата и въздуха на Земята, но и ги компресира. Тази компресия на повърхността на Земята не е толкова голяма, но ролята й е важна.

Корабът плава по морето. Какво го предпазва от удавяне е известно на всички. Това е известната плаваща сила на Архимед. Но се появява само защото водата се компресира от гравитацията със сила, която нараства с дълбочината. Вътре космически корабпри полет няма плавателна сила, както няма и тежест. Самото земно кълбо е компресирано от гравитационните сили до колосални налягания. В центъра на Земята налягането изглежда надвишава 3 милиона атмосфери.

Под въздействието на дългодействащи сили на натиск при тези условия всички вещества, които сме свикнали да считаме за твърди, се държат като смола или смола. Тежките материали потъват на дъното (ако така може да се нарече центърът на Земята), а леките плуват. Този процес е издоен от милиарди години. Той не е приключил, както следва от теорията на Шмид, дори и сега. Концентрацията на тежки елементи в центъра на Земята бавно нараства.

Е, как се проявява привличането на Слънцето и най-близкото небесно тяло на Луната на Земята? Само жителите на океанските брегове могат да наблюдават тази атракция без специални инструменти.

Слънцето действа почти по същия начин на всичко, което е на Земята и вътре в нея. Силата, с която Слънцето привлича човек по обяд, когато той е най-близо до Слънцето, е почти същата като силата, действаща върху него в полунощ. В крайна сметка разстоянието от Земята до Слънцето е десет хиляди пъти по-голямо от диаметъра на Земята и увеличаването на разстоянието с една десет хилядна, когато Земята се завърти около оста си с половин оборот, практически не променя силата на атракция. Следователно Слънцето придава почти еднакви ускорения на всички части на земното кълбо и на всички тела на повърхността му. Почти, но все пак не съвсем същото. Поради тази разлика в океана има приливи и отливи.

На частта от земната повърхност, обърната към Слънцето, силата на привличане е малко по-голяма, отколкото е необходимо за движението на тази част по елиптична орбита, а на противоположната страна на Земята е малко по-малка. В резултат на това, според законите на механиката на Нютон, водата в океана леко се издува в посока към Слънцето, а от другата страна се отдръпва от повърхността на Земята. Както се казва, възникват приливни сили, които разтягат земното кълбо и придават, грубо казано, формата на елипсоид на повърхността на океаните.

Колкото по-малко е разстоянието между взаимодействащите тела, толкова по-големи са силите, образуващи приливите и отливите. Ето защо формата на световния океан се влияе повече от Луната, отколкото от Слънцето. По-точно, приливното действие се определя от съотношението на масата на тялото към куба на неговото разстояние от земята; това съотношение за Луната е около два пъти по-голямо от това за Слънцето.

Ако нямаше сцепление между частите на земното кълбо, тогава приливните сили биха го разкъсали.

Може би това се е случило с един от спътниците на Сатурн, когато той се приближи до това голяма планета. Този фрагментарен пръстен, който прави Сатурн толкова забележителна планета, може да е отломка от луната.

И така, повърхността на океаните е като елипсоид, чиято голяма ос е обърната към Луната. Земята се върти около оста си. Следователно приливна вълна се движи по повърхността на океана в посока на въртене на Земята. Когато тя се приближи до брега, започва приливът. На места нивото на водата достига до 18 метра. След това приливната вълна напуска и приливът започва да намалява. Нивото на водата в океана варира средно с период от 12 часа. 25 мин (половин лунен ден).

Тази проста картина е силно изкривена от едновременното приливно-образуващо действие на Слънцето, триенето на водата, съпротивлението на континентите, сложността на конфигурацията на океанските брегове и дъното в крайбрежните зони и някои други специфични ефекти.

Важно е, че приливната вълна забавя въртенето на Земята.

Ефектът обаче е много малък. За 100 години денят се увеличава с хилядна от секундата. Но, действайки в продължение на милиарди години, спирачните сили ще доведат до факта, че Земята ще бъде обърната към Луната през цялото време от едната страна и дните на Земята ще станат равни лунен месец. Това вече се случи с Луна. Луната е забавена толкова много, че е обърната към Земята през цялото време на една страна. За да се "погледне" обратната страна на Луната, беше необходимо да се изпрати космически кораб около нея.

Сър Исак Нютонв починалите си години разказа как е открил закон на гравитацията.

Тъй като по същото време Нютон работеше върху законите на движението, той вече знаеше, че ябълката пада под въздействието на гравитационното поле на Земята. И той знаеше, че Луната не е просто в небето, но се върти около Земята в орбита и следователно е засегната от някаква сила, която я предпазва от излизане от орбитата и отлитане по права линия, в открития космос. Тук му хрумва идеята, че може би същата сила кара ябълката да падне на земята, а луната остава в земната орбита.

- наблюдаваните движения на планетите свидетелстват за наличието на централна сила;
- обратно, централната сила на привличане води до елиптични (или хиперболични) орбити.

- закон на гравитацията;
- законът за движението (втори закон на Нютон);
- система от методи за математически изследвания (математически анализ).