Abstrakt. Universal tyngdekraft

I dette afsnit vil vi minde dig om tyngdekraft, centripetalacceleration og kropsvægt

Hver krop på planeten er påvirket af Jordens tyngdekraft. Den kraft, hvormed Jorden tiltrækker hvert legeme, bestemmes af formlen

Påføringspunktet er i kroppens tyngdepunkt. Tyngdekraft altid rettet lodret nedad.

Den kraft, hvormed et legeme bliver tiltrukket af Jorden under påvirkning af Jordens tyngdefelt kaldes tyngdekraft. Sviger universel tyngdekraft på Jordens overflade (eller nær denne overflade) påvirkes et legeme med massen m af tyngdekraften

Ft=GMm/R2

hvor M er Jordens masse; R er jordens radius.
Hvis kun tyngdekraften virker på et legeme, og alle andre kræfter er gensidigt afbalancerede, gennemgår kroppen frit fald. Ifølge Newtons anden lov og formel Ft=GMm/R2 g findes ved formlen

g=Ft/m=GM/R2.

Af formel (2.29) følger, at accelerationen af ​​frit fald ikke afhænger af massen m af det faldende legeme, dvs. for alle legemer på et givet sted på Jorden er det det samme. Af formel (2.29) følger, at Ft = mg. I vektorform

Ft = mg

I § ​​5 blev det bemærket, at eftersom Jorden ikke er en kugle, men en omdrejningsellipsoide, er dens polære radius mindre end den ækvatoriale. Fra formlen Ft=GMm/R2 det er klart, at af denne grund er tyngdekraften og tyngdeaccelerationen forårsaget af den ved polen større end ved ækvator.

Tyngdekraften virker på alle legemer, der befinder sig i Jordens gravitationsfelt, men ikke alle legemer falder til Jorden. Dette forklares med, at mange legemers bevægelse hæmmes af andre legemer, for eksempel understøtninger, ophængningsgevind osv. Legemer, der begrænser andre legems bevægelser, kaldes forbindelser. Under påvirkning af tyngdekraften deformeres bindingerne, og reaktionskraften af ​​den deforme forbindelse, ifølge Newtons tredje lov, balancerer tyngdekraften.

Tyngdeaccelerationen påvirkes af Jordens rotation. Denne påvirkning forklares som følger. De referencesystemer, der er knyttet til Jordens overflade (bortset fra de to, der er knyttet til Jordens poler) er strengt taget ikke inerti-referencesystemer - Jorden roterer om sin akse, og sammen med den bevæger sådanne referencesystemer sig i cirkler med centripetalacceleration. Denne ikke-inertialitet af referencesystemer kommer især til udtryk i det faktum, at værdien af ​​accelerationen af ​​frit fald viser sig at være forskellig forskellige steder på Jorden og afhænger af geografisk breddegrad det sted, hvor referencerammen forbundet med Jorden er placeret, i forhold til hvilken tyngdeaccelerationen bestemmes.

Det viste målinger udført på forskellige breddegrader numeriske værdier frit faldsaccelerationer adskiller sig lidt fra hinanden. Derfor kan vi med ikke særlig nøjagtige beregninger negligere ikke-inertialiteten af ​​referencesystemerne forbundet med Jordens overflade, såvel som forskellen i Jordens form fra sfærisk, og antage, at tyngdeaccelerationen overalt på Jorden er den samme og lig med 9,8 m/s 2 .

Af loven om universel tyngdekraft følger det, at tyngdekraften og tyngdeaccelerationen forårsaget af den aftager med stigende afstand fra Jorden. I en højde h fra Jordens overflade bestemmes af formlen

g=GM/(R+h) 2.

Det er blevet fastslået, at i en højde af 300 km over jordens overflade er tyngdeaccelerationen 1 m/s2 mindre end ved jordens overflade.
Derfor ændrer tyngdekraften sig praktisk talt ikke nær Jorden (op til højder på flere kilometer), og derfor er det frie fald af kroppe nær Jorden en ensartet accelereret bevægelse.

Kropsvægt. Vægtløshed og overbelastning

Den kraft, hvori et legeme på grund af tiltrækning til Jorden virker på dets støtte eller ophæng kaldes kropsvægt. I modsætning til tyngdekraften, dvs gravitationskraft, påført på et legeme, er vægt en elastisk kraft påført en støtte eller ophæng (dvs. på en forbindelse).

Observationer viser, at vægten af ​​et legeme P, bestemt på en fjederskala, kun er lig med tyngdekraften F t, der virker på kroppen, hvis vægten med kroppen i forhold til Jorden er i hvile eller bevæger sig ensartet og retlinet; I dette tilfælde

Р=F t=mg.

Hvis et legeme bevæger sig med en accelereret hastighed, afhænger dets vægt af værdien af ​​denne acceleration og af dets retning i forhold til retningen af ​​tyngdeaccelerationen.

Når et legeme er ophængt på en fjederskala, virker to kræfter på det: Tyngdekraften F t =mg og fjederens elastiske kraft F yp. Hvis kroppen i dette tilfælde bevæger sig lodret op eller ned i forhold til accelerationsretningen af ​​frit fald, så giver vektorsummen af ​​kræfterne F t og F op en resultant, der forårsager acceleration af kroppen, dvs.

F t + F up =ma.

Ifølge ovenstående definition af begrebet "vægt", kan vi skrive, at P = -F yp. Fra formlen: F t + F up =ma. under hensyntagen til, at F T =mg, det følger, at mg-ma=-F yp . Derfor er P=m(g-a).

Kræfterne Ft og Fup er rettet langs en lodret lige linje. Derfor, hvis accelerationen af ​​krop a er rettet nedad (dvs. den falder sammen i retning med accelerationen af ​​frit fald g), så i modulus

P=m(g-a)

Hvis kroppens acceleration er rettet opad (dvs. modsat retningen af ​​accelerationen af ​​frit fald), så

P = m = m(g+a).

Som følge heraf er vægten af ​​et legeme, hvis acceleration falder sammen i retning med tyngdeaccelerationen, mindre vægt kroppen i hvile, og kroppens vægt, hvis acceleration er modsat retningen af ​​accelerationen af ​​det frie fald, mere vægt kroppen i hvile. En stigning i kropsvægt forårsaget af dens accelererede bevægelse kaldes overbelaste.

I frit fald a=g. Fra formlen: P=m(g-a)

det følger, at i dette tilfælde P = 0, dvs. der er ingen vægt. Derfor, hvis legemer kun bevæger sig under påvirkning af tyngdekraften (dvs. falder frit), er de i en tilstand vægtløshed. Et karakteristisk træk Denne tilstand er fraværet af deformationer og indre spændinger i frit faldende legemer, som er forårsaget af tyngdekraften i legemer i hvile. Årsagen til kroppens vægtløshed er, at tyngdekraften giver lige store accelerationer til et frit faldende legeme og dets støtte (eller ophæng).

Mennesket har længe kendt den kraft, der får alle legemer til at falde til Jorden. Men indtil 1600-tallet. Det blev antaget, at kun Jorden har den særlige egenskab at tiltrække kroppe placeret nær dens overflade. I 1667 foreslog Newton, at kræfter af gensidig tiltrækning generelt virker mellem alle legemer. Han kaldte disse kræfter for universel gravitationskræfter.

Newton opdagede bevægelseslovene for legemer. Ifølge disse love er bevægelse med acceleration kun mulig under påvirkning af kraft. Da faldende kroppe bevæger sig med acceleration, skal de påvirkes af en kraft, der er rettet nedad mod Jorden.

Hvorfor bemærker vi ikke den gensidige tiltrækning mellem kroppe omkring os? Måske forklares det med, at tiltrækningskræfterne mellem dem er for små?

Newton var i stand til at vise, at tiltrækningskraften mellem legemer afhænger af begge legemers masser og, som det viste sig, kun når en mærkbar værdi, når de interagerende legemer (eller i det mindste en af ​​dem) har en tilstrækkelig stor masse.

Tyngdeaccelerationen adskiller sig fra det interessant funktion, at det på et givet sted er ens for alle legemer, for legemer af enhver masse. Ved første øjekast er dette en meget mærkelig egenskab. Når alt kommer til alt, fra formlen, der udtrykker Newtons anden lov,

det følger, at accelerationen af ​​et legeme bør være større, jo mindre dets masse. Legemer med lav masse skal falde med større acceleration end legemer med stor masse. Erfaringen har vist (se § 20), at accelerationerne af frit faldende legemer ikke afhænger af deres masser. Den eneste forklaring, der kan findes på dette fantastiske

faktum er, at selve den kraft, hvormed Jorden tiltrækker et legeme, er proportional med dets masse, dvs.

Faktisk vil en fordobling af massen i dette tilfælde også fordoble kraften, men accelerationen, som er lig med forholdet, forbliver uændret. Newton kom med denne eneste rigtige konklusion: den universelle tyngdekraft er proportional med massen af ​​det legeme, som den virker på. Men kroppe tiltrækker hinanden. Og ifølge Newtons tredje lov virker kræfter af samme absolutte værdi på begge tiltrækkende kroppe. Dette betyder, at kraften af ​​gensidig tiltrækning skal være proportional med masserne af hver af de tiltrækningslegemer. Så vil begge kroppe modtage accelerationer, der ikke afhænger af deres masser.

Hvis kraften er proportional med masserne af hver af de interagerende legemer, betyder det, at den er proportional med produktet af begge legemers masser.

Hvad ellers afhænger kraften af ​​gensidig tiltrækning mellem to kroppe af? Newton foreslog, at det skulle afhænge af afstanden mellem kroppene. Det er velkendt af erfaring, at nær Jorden er accelerationen af ​​frit fald ens, og det er det samme for kroppe, der falder fra en højde på 1, 10 eller 100 m. Men heraf kan vi endnu ikke konkludere, at accelerationen ikke afhænger af afstanden til jorden. Newton mente, at afstande ikke skulle tælles fra Jordens overflade, men fra dens centrum. Men Jordens radius er 6400 km. Det er derfor klart, at flere titusinder eller hundreder af meter over jordens overflade ikke mærkbart kan ændre tyngdeaccelerationen.

For at finde ud af, hvordan afstanden mellem kroppe påvirker kraften af ​​deres gensidige tiltrækning, skal du vide, med hvilken acceleration kroppe bevæger sig i store afstande fra jordens overflade.

Det er klart, at det er vanskeligt at måle den lodrette acceleration af frit fald af kroppe placeret i en højde af flere tusinde kilometer over jordens overflade. Det er mere bekvemt at måle centripetal acceleration et legeme, der bevæger sig rundt om Jorden i en cirkel under påvirkning af tyngdekraften mod Jorden. Lad os huske, at vi brugte den samme teknik, når vi studerede elastisk kraft. Vi målte centripetalaccelerationen af ​​en cylinder, der bevæger sig i en cirkel under påvirkning af denne kraft.

Ved at studere den universelle tyngdekraft kom naturen selv til hjælp for fysikere og gjorde det muligt at bestemme accelerationen af ​​et legeme, der bevæger sig i en cirkel rundt om Jorden. Sådan en krop er naturlig satellit Jorden - Månen. Når alt kommer til alt, hvis Newtons antagelse er korrekt, så må vi antage, at Månens centripetale acceleration, når den bevæger sig i en cirkel rundt om Jorden, bibringes af kraften fra dens tiltrækning til Jorden. Hvis tyngdekraften mellem Månen og Jorden ikke afhang af afstanden mellem dem, ville Månens centripetalacceleration være den samme som accelerationen

frit fald af kroppe nær jordens overflade. Faktisk er den centripetale acceleration, som Månen bevæger sig med i sin bane, den samme, som vi allerede ved (se øvelse 16, opgave 9), . Og det er cirka 3600 gange mindre end accelerationen af ​​faldende kroppe nær Jorden. Samtidig ved man, at afstanden fra Jordens centrum til Månens centrum er 384.000 km. Dette er 60 gange Jordens radius, altså afstanden fra Jordens centrum til dens overflade. En stigning i afstanden mellem tiltrækkende kroppe med 60 gange fører således til et fald i accelerationen med 602 gange. Ud fra dette kan vi konkludere, at den acceleration, der tilføres legemer af den universelle tyngdekraft, og derfor denne kraft selv, er omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem de vekselvirkende legemer.

Newton kom til denne konklusion.

Derfor kan vi skrive, at to masselegemer tiltrækkes af hinanden med en kraft, hvis absolutte værdi er udtrykt ved formlen

hvor er afstanden mellem kroppe, y er proportionalitetskoefficienten, den samme for alle kroppe i naturen. Denne universelle gravitationskoefficient kaldes gravitationskonstanten.

Ovenstående formel udtrykker loven om universel gravitation opdaget af Newton:

Alle legemer er tiltrukket af hinanden med en kraft, der er direkte proportional med produktet af deres masser og omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem.

Under påvirkning af universel tyngdekraft bevæger begge planeter sig rundt om Solen og kunstige satellitter rundt om Jorden.

Men hvad skal forstås ved afstanden mellem interagerende kroppe? Lad os tage to kroppe med vilkårlig form (fig. 109). Spørgsmålet opstår straks: hvilken afstand skal erstattes af formlen for loven om universel gravitation? Afstand mellem

de fjerneste punkter på overfladen af ​​begge legemer eller omvendt afstanden mellem de nærmeste punkter? Eller måske afstanden mellem nogle andre punkter på kroppen?

Det viser sig, at formel (1), der udtrykker loven om universel gravitation, er gyldig, når afstanden mellem legemerne er så stor sammenlignet med deres størrelser, at legemerne kan betragtes materielle punkter. Når man beregner tyngdekraften mellem dem, kan Jorden og Månen, planeterne og Solen betragtes som materielle punkter.

Hvis kroppene har form som kugler, så tiltrækker de hinanden som materielle punkter, der er placeret i midten af ​​kuglerne, selvom deres størrelser er sammenlignelige med afstanden mellem dem (fig. 110). I dette tilfælde er dette afstanden mellem kuglernes centre.

Formel (1) kan også bruges, når man beregner tiltrækningskraften mellem en kugle med stor radius og et legeme med vilkårlig form af små dimensioner placeret tæt på boldens overflade (fig. 111). Så kan kroppens dimensioner negligeres i sammenligning med boldens radius. Det er præcis, hvad vi gør, når vi overvejer forskellige kroppes tiltrækning til kloden.

Tyngdekraften er endnu et eksempel på en kraft, der afhænger af positionen (koordinaterne) af det legeme, som denne kraft virker på, i forhold til det legeme, der har virkningen. Tyngdekraften afhænger jo af afstanden mellem kroppe.

Med hvilken lov vil du hænge mig?
- Og vi hænger alle efter én lov - loven om universel tyngdekraft.

Tyngdeloven

Fænomenet gravitation er loven om universel gravitation. To legemer virker på hinanden med en kraft, der er omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem og direkte proportional med produktet af deres masser.

Matematisk kan vi udtrykke denne store lov med formlen

Tyngdekraften virker over store afstande i universet. Men Newton hævdede, at alle objekter er gensidigt tiltrukket. Er det sandt, at to genstande tiltrækker hinanden? Bare forestil dig, det er kendt, at Jorden tiltrækker dig siddende på en stol. Men har du nogensinde troet, at en computer og en mus tiltrækker hinanden? Eller en blyant og kuglepen liggende på bordet? I dette tilfælde erstatter vi pennens masse og blyantens masse i formlen, dividerer med kvadratet af afstanden mellem dem under hensyntagen til gravitationskonstanten og opnår kraften af ​​deres gensidige tiltrækning. Men den vil være så lille (på grund af de små masser af pennen og blyanten), at vi ikke mærker dens tilstedeværelse. Det er en anden sag hvornår vi taler om om Jorden og stolen, eller Solen og Jorden. Masserne er betydelige, hvilket betyder, at vi allerede kan evaluere effekten af ​​kraften.

Lad os huske accelerationen af ​​frit fald. Dette er handlingen af ​​loven om tiltrækning. Under påvirkning af kraft ændrer et legeme hastighed jo langsommere, jo større er dets masse. Som et resultat falder alle kroppe til Jorden med samme acceleration.

Hvad forårsager denne usynlige unikke kraft? I dag eksistensen af gravitationsfelt. Du kan lære mere om karakteren af ​​gravitationsfeltet i yderligere materiale Emner.

Tænk over det, hvad er tyngdekraften? Hvor er det fra? Hvad er det? Det kan vel ikke passe, at planeten ser på Solen, ser hvor langt væk den er, og beregner det omvendte kvadrat af afstanden i overensstemmelse med denne lov?

Tyngdekraftens retning

Der er to kroppe, lad os sige krop A og B. Krop A tiltrækker krop B. Den kraft, hvormed krop A virker, begynder på krop B og er rettet mod krop A. Det vil sige, at den "tager" krop B og trækker den mod sig selv . Krop B "gør" det samme ved krop A.

Hver krop er tiltrukket af Jorden. Jorden "tager" kroppen og trækker den mod dens centrum. Derfor vil denne kraft altid være rettet lodret nedad, og den påføres fra kroppens tyngdepunkt, det kaldes tyngdekraften.

Det vigtigste at huske

Nogle metoder til geologisk udforskning, tidevandsforudsigelse og På det sidste beregning af bevægelsen af ​​kunstige satellitter og interplanetære stationer. Forudberegning af planetpositioner.

Kan vi selv udføre et sådant eksperiment og ikke gætte på, om planeter og objekter tiltrækkes?

Sådan direkte erfaring gjort Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - engelsk fysiker og kemiker) ved hjælp af enheden vist på figuren. Idéen var at hænge en stang med to kugler på en meget tynd kvartstråd og så bringe to store blykugler hen imod dem fra siden. Tiltrækningen af ​​kuglerne vil lidt sno tråden - lidt, fordi tiltrækningskræfterne imellem almindelige genstande meget svag. Ved hjælp af en sådan enhed var Cavendish i stand til direkte at måle kraften, afstanden og størrelsen af ​​begge masser og dermed bestemme gravitationskonstant G.

Den unikke opdagelse af gravitationskonstanten G, som karakteriserer gravitationsfeltet i rummet, gjorde det muligt at bestemme massen af ​​Jorden, Solen og andre himmellegemer. Derfor kaldte Cavendish sin erfaring for "at veje Jorden."

Interessant nok har fysikkens forskellige love nogle fællestræk. Lad os vende os til elektricitetslovene (Coulomb-kraft). Elektriske kræfter er også omvendt proportionale med kvadratet af afstanden, men mellem ladninger, og den tanke opstår ufrivilligt, at dette mønster skjuler dyb mening. Indtil nu har ingen kunnet forestille sig tyngdekraft og elektricitet som to forskellige manifestationer samme enhed.

Kraften varierer her også omvendt med kvadratet på afstanden, men forskellen i størrelsen af ​​de elektriske og tyngdekraften er slående. I et forsøg på at fastslå den generelle karakter af tyngdekraft og elektricitet, opdager vi en sådan overlegenhed af elektriske kræfter over tyngdekræfterne, at det er svært at tro, at begge har den samme kilde. Hvordan kan du sige, at den ene er stærkere end den anden? Alt afhænger jo af, hvad massen er, og hvad ladningen er. Når du diskuterer, hvor stærkt tyngdekraften virker, har du ingen ret til at sige: "Lad os tage en masse af sådan en størrelse", fordi du vælger den selv. Men hvis vi tager, hvad naturen selv tilbyder os (hendes egne tal og mål, som ikke har noget at gøre med vores tommer, år, med vores mål), så vil vi være i stand til at sammenligne. Vi tager en elementært ladet partikel, såsom en elektron. To elementære partikler, to elektroner, pga elektrisk ladning frastøder hinanden med en kraft, der er omvendt proportional med kvadratet af afstanden mellem dem, og på grund af tyngdekraften tiltrækkes de af hinanden igen med en kraft omvendt proportional med kvadratet af afstanden.

Spørgsmål: Hvad er forholdet mellem gravitationskraft og elektrisk kraft? Tyngdekraften er til elektrisk frastødning, som man er til et tal med 42 nuller. Dette forårsager den dybeste forvirring. Hvor kunne et så stort antal komme fra?

Folk leder efter denne enorme koefficient i andre naturfænomener. De gennemgår alle mulige store tal og hvis du har brug for stort antal, hvorfor ikke tage for eksempel forholdet mellem universets diameter og protonens diameter - overraskende nok er dette også et tal med 42 nuller. Og så siger de: måske er denne koefficient lig med forholdet mellem protonens diameter og universets diameter? Dette er en interessant idé, men i takt med at universet gradvist udvider sig, skal gravitationskonstanten også ændre sig. Selvom denne hypotese endnu ikke er blevet tilbagevist, har vi ingen beviser til fordel for den. Tværtimod tyder nogle beviser på, at gravitationskonstanten ikke ændrede sig på denne måde. Dette enorme antal forbliver et mysterium den dag i dag.

Einstein var nødt til at ændre tyngdelovene i overensstemmelse med relativitetsprincipperne. Det første af disse principper siger, at en afstand x ikke kan overvindes øjeblikkeligt, hvorimod kræfter ifølge Newtons teori virker øjeblikkeligt. Einstein måtte ændre Newtons love. Disse ændringer og præciseringer er meget små. En af dem er denne: Da lys har energi, energi svarer til masse, og alle masser tiltrækkes, tiltrækkes lys også, og derfor skal det, når det passerer Solen, afbøjes. Sådan foregår det faktisk. Tyngdekraften er også lidt modificeret i Einsteins teori. Men denne meget lille ændring i tyngdeloven er netop tilstrækkelig til at forklare nogle af de tilsyneladende uregelmæssigheder i Merkurs bevægelse.

Fysiske fænomener i mikroverdenen er underlagt andre love end fænomener i verden i stor skala. Spørgsmålet opstår: hvordan manifesterer tyngdekraften sig i de små skalaers verden? Kvanteteorien om tyngdekraften vil besvare det. Men der er endnu ingen kvanteteori om tyngdekraften. Folk har endnu ikke haft særlig succes med at skabe en teori om tyngdekraften, der er helt i overensstemmelse med kvantemekaniske principper og med usikkerhedsprincippet.

I 1667. Newton forstod, at for at Månen kan dreje rundt om Jorden, og Jorden og andre planeter omkring Solen, skal der være en kraft til at holde dem i en cirkulær bane. Han foreslog, at tyngdekraften, der virker på alle kroppe på Jorden, og den kraft, der holder planeterne i deres cirkulære baner, er en og samme kraft. Denne kraft kaldes universel tyngdekraft eller gravitationskraft. Denne kraft er en tiltrækkende kraft og virker mellem alle legemer. Newton formulerede loven om universel gravitation : to materielle punkter tiltrækkes af hinanden med en kraft, der er direkte proportional med produktet af deres masser og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem.

Proportionalitetskoefficienten G var ukendt på Newtons tid. Det blev først målt eksperimentelt af den engelske videnskabsmand Cavendish. Denne koefficient kaldes gravitationskonstant. Hende moderne betydning lige med . Tyngdekonstanten er en af ​​de mest fundamentale fysiske konstanter. Loven om universel gravitation kan skrives i vektorform. Hvis kraften, der virker på det andet punkt fra det første, er lig F 21, og radiusvektoren for det andet punkt i forhold til det første er lig med R 21, At:

Den præsenterede form for loven om universel gravitation er kun gyldig for gravitationsinteraktionen af ​​materielle punkter. Det kan ikke bruges til kroppe af vilkårlig form og størrelse. Beregning af gravitationskraften i det generelle tilfælde er en meget vanskelig opgave. Der er dog legemer, der ikke er materielle punkter, for hvilke tyngdekraften kan beregnes ved hjælp af den givne formel. Disse er kroppe, der har sfærisk symmetri, for eksempel i form af en kugle. For sådanne legemer er ovenstående lov gyldig, hvis vi med afstand R mener afstanden mellem organernes centre. Især tyngdekraften, der virker på alle legemer fra Jorden, kan beregnes ved hjælp af denne formel, da Jorden har form som en kugle, og alle andre legemer kan betragtes som materielle punkter sammenlignet med Jordens radius.

Da tyngdekraften er en tyngdekraft, kan vi skrive, at tyngdekraften, der virker på et legeme med massen m, er lig med

Hvor MZ og RZ er jordens masse og radius. På den anden side er tyngdekraften lig med mg, hvor g er tyngdeaccelerationen. Så accelerationen af ​​frit fald er lig med

Dette er formlen for tyngdeaccelerationen på Jordens overflade. Bevæger man sig væk fra Jordens overflade, vil afstanden til Jordens centrum stige, og tyngdeaccelerationen vil tilsvarende falde. Så i en højde h over jordens overflade er tyngdeaccelerationen lig med:

Loven om universel gravitation blev opdaget af Newton i 1687, mens han studerede bevægelsen af ​​månens satellit rundt om Jorden. Den engelske fysiker formulerede klart et postulat, der karakteriserer tiltrækningskræfterne. Derudover har Newton ved at analysere Keplers love beregnet, at gravitationskræfter skal eksistere ikke kun på vores planet, men også i rummet.

Baggrund

Loven om universel gravitation blev ikke født spontant. Siden oldtiden har folk studeret himlen, hovedsageligt for at kompilere landbrugskalendere, beregne vigtige datoer, religiøse helligdage. Observationer indikerede, at der i centrum af "verden" er en lyskilde (sol), som de kredser om i kredsløb himmellegemer. Efterfølgende tillod kirkens dogmer ikke dette at blive taget i betragtning, og folk mistede den viden, der var opsamlet gennem tusinder af år.

I det 16. århundrede, før opfindelsen af ​​teleskoper, dukkede en galakse af astronomer op, som kiggede på himlen på en videnskabelig måde og kasserede kirkens forbud. T. Brahe, efter at have observeret rummet i mange år, systematiserede planeternes bevægelser med særlig omhu. Disse meget nøjagtige data hjalp I. Kepler med at opdage sine tre love.

På tidspunktet for Isaac Newtons opdagelse (1667) af tyngdeloven i astronomi, blev den endelig etableret heliocentrisk system N. Copernicus' verden. Ifølge den roterer hver af systemets planeter omkring Solen i kredsløb, der med en tilnærmelse, der er tilstrækkelig til mange beregninger, kan betragtes som cirkulære. I begyndelsen af ​​det 17. århundrede. I. Kepler, der analyserede T. Brahes værker, etablerede kinematiske love, der karakteriserer planeternes bevægelser. Opdagelsen blev grundlaget for at belyse dynamikken i planetarisk bevægelse, det vil sige de kræfter, der bestemmer præcis denne type af deres bevægelse.

Beskrivelse af interaktion

I modsætning til kortvarige svage og stærke interaktioner har tyngdekraften og elektromagnetiske felter langrækkende egenskaber: deres indflydelse manifesterer sig over enorme afstande. Mekaniske fænomener i makrokosmos påvirkes af to kræfter: elektromagnetisk og gravitation. Planeters indflydelse på satellitter, flyvningen af ​​et kastet eller opsendt objekt, svævningen af ​​et legeme i en væske - i hvert af disse fænomener virker gravitationskræfter. Disse objekter tiltrækkes af planeten og trækker mod den, deraf navnet "lov om universel gravitation".

Det er bevist, at mellem fysiske kroppe den gensidige tiltrækningskraft virker bestemt. Fænomener som genstandes fald til Jorden, Månens og planeternes rotation omkring Solen, der sker under påvirkning af den universelle tyngdekraft, kaldes gravitationel.

Lov om universel gravitation: formel

Universal tyngdekraft er formuleret som følger: to materielle genstande tiltrækkes af hinanden med en vis kraft. Størrelsen af ​​denne kraft er direkte proportional med produktet af disse genstandes masser og omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem:

I formlen er m1 og m2 masserne af de materielle genstande, der studeres; r er afstanden bestemt mellem massecentrene af de beregnede objekter; G er en konstant gravitationsstørrelse, der udtrykker den kraft, hvormed den gensidige tiltrækning af to genstande, der vejer 1 kg hver, og som er placeret i en afstand af 1 m, sker.

Hvad afhænger tiltrækningskraften af?

Tyngdeloven fungerer forskelligt afhængigt af regionen. Da tyngdekraften afhænger af værdierne af breddegrad i et bestemt område, har accelerationen af ​​frit fald tilsvarende forskellige betydninger forskellige steder. Tyngdekraften og dermed accelerationen af ​​frit fald har en maksimal værdi ved Jordens poler - tyngdekraften på disse punkter er lig med tiltrækningskraften. Minimumsværdierne vil være ved ækvator.

Kloden er let fladtrykt, dens polarradius er cirka 21,5 km mindre end den ækvatoriale radius. Denne afhængighed er dog mindre signifikant sammenlignet med Jordens daglige rotation. Beregninger viser, at på grund af Jordens oblatitet ved ækvator er størrelsen af ​​accelerationen på grund af tyngdekraften lidt mindre end dens værdi ved polen med 0,18% og efter daglig rotation - med 0,34%.

Men samme sted på Jorden er vinklen mellem retningsvektorerne lille, så uoverensstemmelsen mellem tiltrækningskraften og tyngdekraften er ubetydelig, og den kan negligeres i beregninger. Det vil sige, vi kan antage, at modulerne af disse kræfter er de samme - tyngdeaccelerationen nær Jordens overflade er den samme overalt og er cirka 9,8 m/s².

Konklusion

Isaac Newton var en videnskabsmand, der lavede en videnskabelig revolution, genopbyggede dynamikkens principper fuldstændigt og på deres grundlag skabte et videnskabeligt billede af verden. Hans opdagelse påvirkede udviklingen af ​​videnskab og skabelsen af ​​materiel og åndelig kultur. Det faldt på Newtons skæbne at revidere resultaterne af ideen om verden. I det 17. århundrede videnskabsmænd har fuldført det storslåede arbejde med at bygge fundamentet ny videnskab- fysikere.