Astratto. Gravità universale

In questo paragrafo ti ricorderemo la gravità, l'accelerazione centripeta e il peso corporeo

Ogni corpo sul pianeta è influenzato dalla gravità terrestre. La forza con cui la Terra attrae ciascun corpo è determinata dalla formula

Il punto di applicazione è al centro di gravità del corpo. Gravità sempre diretto verticalmente verso il basso.

Viene chiamata la forza con cui un corpo viene attratto verso la Terra sotto l'influenza del campo gravitazionale terrestre gravità. Legalmente gravità universale sulla superficie della Terra (o in prossimità di questa superficie) un corpo di massa m è sottoposto alla forza di gravità

F t =GMm/R 2

dove M è la massa della Terra; R è il raggio della Terra.
Se su un corpo agisce solo la forza di gravità e tutte le altre forze sono in equilibrio tra loro, il corpo subisce una caduta libera. Secondo la seconda legge e formula di Newton F t =GMm/R 2 il modulo di accelerazione gravitazionale g si trova dalla formula

g=F t /m=GM/R 2 .

Dalla formula (2.29) segue che l'accelerazione della caduta libera non dipende dalla massa m del corpo che cade, cioè per tutti i corpi in un dato luogo della Terra è lo stesso. Dalla formula (2.29) segue che Ft = mg. In forma vettoriale

F t = mg

Nel § 5 si è notato che poiché la Terra non è una sfera, ma un ellissoide di rivoluzione, il suo raggio polare è minore di quello equatoriale. Dalla formula F t =GMm/R 2 è chiaro che per questo motivo la forza di gravità e l'accelerazione di gravità da essa provocata al polo è maggiore che all'equatore.

La forza di gravità agisce su tutti i corpi che si trovano nel campo gravitazionale della Terra, ma non tutti i corpi cadono sulla Terra. Ciò si spiega con il fatto che il movimento di molti corpi è impedito da altri corpi, ad esempio supporti, fili di sospensione, ecc. I corpi che limitano il movimento di altri corpi sono chiamati connessioni. Sotto l’influenza della gravità, i legami si deformano e la forza di reazione della connessione deformata, secondo la terza legge di Newton, bilancia la forza di gravità.

L'accelerazione di gravità è influenzata dalla rotazione della Terra. Questa influenza è spiegata come segue. I sistemi di riferimento associati alla superficie terrestre (ad eccezione dei due associati ai poli terrestri) non sono, in senso stretto, sistemi di riferimento inerziali: la Terra ruota attorno al proprio asse e insieme ad essa tali sistemi di riferimento si muovono in cerchi con accelerazione centripeta. Questa non inerzialità dei sistemi di riferimento si manifesta, in particolare, nel fatto che il valore dell'accelerazione di caduta libera risulta essere diverso nei diversi luoghi della Terra e dipende da latitudine geografica il luogo in cui si trova il sistema di riferimento associato alla Terra, rispetto al quale viene determinata l'accelerazione di gravità.

Lo hanno dimostrato le misurazioni effettuate a diverse latitudini valori numerici le accelerazioni di caduta libera differiscono poco l'una dall'altra. Pertanto, con calcoli non molto accurati, possiamo trascurare la non inerzialità dei sistemi di riferimento associati alla superficie terrestre, nonché la differenza nella forma della Terra da quella sferica, e supporre che l'accelerazione di gravità in qualsiasi punto della Terra è lo stesso e pari a 9,8 m/s 2 .

Dalla legge di gravitazione universale segue che la forza di gravità e l'accelerazione di gravità da essa causata diminuiscono con l'aumentare della distanza dalla Terra. Ad un'altezza h dalla superficie terrestre, il modulo di accelerazione gravitazionale è determinato dalla formula

g=GM/(R+h) 2.

È stato accertato che ad un'altitudine di 300 km sopra la superficie terrestre l'accelerazione di gravità è inferiore di 1 m/s2 rispetto alla superficie terrestre.
Di conseguenza, vicino alla Terra (fino ad altezze di diversi chilometri) la forza di gravità praticamente non cambia, e quindi la caduta libera dei corpi vicino alla Terra è un movimento uniformemente accelerato.

Peso corporeo. Assenza di gravità e sovraccarico

Si chiama forza la forza con cui, a causa dell'attrazione verso la Terra, un corpo agisce sul suo sostegno o sospensione peso corporeo. A differenza della gravità, che lo è forza gravitazionale, applicato ad un corpo, il peso è una forza elastica applicata ad un supporto o sospensione (cioè ad una connessione).

Le osservazioni mostrano che il peso di un corpo P, determinato su una bilancia a molla, è uguale alla forza di gravità F t agente sul corpo solo se le bilance con il corpo rispetto alla Terra sono ferme o si muovono in modo uniforme e rettilineo; In questo caso

Р=F t=mg.

Se il corpo si muove ad una velocità accelerata, il suo peso dipende dal valore di questa accelerazione e dalla sua direzione rispetto alla direzione dell'accelerazione di gravità.

Quando un corpo è sospeso su un dinamometro, su di esso agiscono due forze: la forza di gravità F t =mg e la forza elastica F yp della molla. Se in questo caso il corpo si muove verticalmente verso l'alto o verso il basso rispetto alla direzione di accelerazione della caduta libera, la somma vettoriale delle forze F t e F up dà una risultante, provocando l'accelerazione del corpo, ad es.

F t + F su =ma.

Secondo la definizione sopra riportata del concetto di “peso”, possiamo scrivere che P = -F yp. Dalla formula: F t + F su =ma. tenendo conto che F T =mg, ne consegue che mg-ma=-F sì . Pertanto, P=m(g-a).

Le forze Ft e Fup sono dirette lungo una retta verticale. Pertanto, se l'accelerazione del corpo a è diretta verso il basso (cioè coincide in direzione con l'accelerazione di caduta libera g), allora in modulo

P=m(g-a)

Se l'accelerazione del corpo è diretta verso l'alto (cioè opposta alla direzione dell'accelerazione della caduta libera), allora

P = m = m(g+a).

Di conseguenza, il peso di un corpo la cui accelerazione coincide nella direzione con l'accelerazione di gravità, meno peso corpo a riposo e il peso del corpo la cui accelerazione è opposta alla direzione dell'accelerazione di caduta libera, più peso corpo a riposo. Viene chiamato un aumento del peso corporeo causato dal suo movimento accelerato sovraccarico.

In caduta libera a=g. Dalla formula: P=m(g-a)

ne consegue che in questo caso P = 0, cioè non c'è peso. Pertanto, se i corpi si muovono solo sotto l’influenza della gravità (cioè cadono liberamente), si trovano in uno stato assenza di gravità. Un tratto caratteristico Questo stato è l'assenza di deformazioni e tensioni interne nei corpi in caduta libera, causate dalla gravità nei corpi a riposo. La ragione dell'assenza di gravità dei corpi è che la forza di gravità impartisce accelerazioni uguali a un corpo in caduta libera e al suo supporto (o sospensione).

L'uomo conosce da tempo la forza che fa cadere tutti i corpi sulla Terra. Ma fino al XVII secolo. Si credeva che solo la Terra avesse la proprietà speciale di attrarre i corpi situati vicino alla sua superficie. Nel 1667 Newton suggerì che in generale tra tutti i corpi agiscono forze di mutua attrazione. Chiamò queste forze le forze della gravitazione universale.

Newton scoprì le leggi del moto dei corpi. Secondo queste leggi, il movimento con accelerazione è possibile solo sotto l'influenza della forza. Poiché i corpi in caduta si muovono con accelerazione, devono essere colpiti da una forza diretta verso la Terra.

Perché non notiamo la reciproca attrazione tra i corpi che ci circondano? Forse questo è spiegato dal fatto che le forze attrattive tra loro sono troppo piccole?

Newton è stato in grado di dimostrare che la forza di attrazione tra i corpi dipende dalle masse di entrambi i corpi e, come si è scoperto, raggiunge un valore notevole solo quando i corpi interagenti (o almeno uno di essi) hanno una massa sufficientemente grande.

L'accelerazione di gravità è diversa da quella caratteristica interessante, che in un dato luogo è lo stesso per tutti i corpi, per corpi di qualsiasi massa. A prima vista, questa è una proprietà molto strana. Dopotutto, dalla formula che esprime la seconda legge di Newton,

ne consegue che l'accelerazione di un corpo dovrebbe essere tanto maggiore quanto minore è la sua massa. I corpi con massa piccola devono cadere con maggiore accelerazione rispetto ai corpi con massa grande. L'esperienza ha dimostrato (vedi § 20) che le accelerazioni dei corpi in caduta libera non dipendono dalle loro masse. L'unica spiegazione che si può trovare per questo incredibile

Il fatto è che la forza stessa con cui la Terra attrae un corpo è proporzionale alla sua massa, cioè

Infatti, in questo caso, ad esempio, il raddoppio della massa porterà al raddoppio della forza, e l'accelerazione, che è uguale al rapporto, rimarrà invariata. Newton ha fatto solo questa conclusione corretta: la forza di gravità universale è proporzionale alla massa del corpo su cui agisce. Ma i corpi si attraggono. E secondo la terza legge di Newton, su entrambi i corpi attrattivi agiscono forze di uguale valore assoluto. Ciò significa che la forza di attrazione reciproca deve essere proporzionale alle masse di ciascuno dei corpi attrattivi. Allora entrambi i corpi riceveranno accelerazioni che non dipendono dalle loro masse.

Se la forza è proporzionale alle masse di ciascuno dei corpi interagenti, significa che è proporzionale al prodotto delle masse di entrambi i corpi.

Da cos'altro dipende la forza di reciproca attrazione tra due corpi? Newton suggerì che dovesse dipendere dalla distanza tra i corpi. È noto per esperienza che vicino alla Terra l'accelerazione di caduta libera è uguale ed è la stessa per i corpi che cadono da un'altezza di 1, 10 o 100 m. Ma da ciò non possiamo ancora concludere che l'accelerazione non dipenda da la distanza dalla Terra. Newton credeva che le distanze dovessero essere contate non dalla superficie della Terra, ma dal suo centro. Ma il raggio della Terra è 6400 km. È quindi chiaro che diverse decine o centinaia di metri sopra la superficie terrestre non possono modificare sensibilmente l’accelerazione di gravità.

Per scoprire come la distanza tra i corpi influisce sulla forza della loro reciproca attrazione, è necessario sapere con quale accelerazione si muovono i corpi a grandi distanze dalla superficie terrestre.

È chiaro che è difficile misurare l'accelerazione verticale della caduta libera di corpi situati ad un'altitudine di diverse migliaia di chilometri sopra la superficie terrestre. È più conveniente misurare accelerazione centripeta un corpo che si muove attorno alla Terra in un cerchio sotto l'influenza della forza di gravità verso la Terra. Ricordiamo che abbiamo utilizzato la stessa tecnica per lo studio della forza elastica. Abbiamo misurato l'accelerazione centripeta di un cilindro che si muove in circolo sotto l'influenza di questa forza.

Nello studio della forza di gravità universale, la natura stessa è venuta in aiuto dei fisici e ha permesso di determinare l'accelerazione di un corpo che si muove in cerchio attorno alla Terra. Un corpo del genere lo è satellite naturale Terra - Luna. Dopotutto, se l’ipotesi di Newton è corretta, allora dobbiamo supporre che l’accelerazione centripeta della Luna mentre si muove in un cerchio attorno alla Terra sia impartita dalla forza della sua attrazione sulla Terra. Se la forza di gravità tra la Luna e la Terra non dipendesse dalla distanza tra loro, allora l’accelerazione centripeta della Luna sarebbe uguale all’accelerazione

caduta libera di corpi in prossimità della superficie terrestre. Infatti, l'accelerazione centripeta con cui la Luna si muove nella sua orbita è pari, come già sappiamo (vedi Esercizio 16, Problema 9), . E questo è circa 3600 volte inferiore all'accelerazione dei corpi in caduta vicino alla Terra. Allo stesso tempo, è noto che la distanza dal centro della Terra al centro della Luna è di 384.000 km. Questo è 60 volte il raggio della Terra, cioè la distanza dal centro della Terra alla sua superficie. Pertanto, un aumento della distanza tra i corpi attrattivi di 60 volte porta ad una diminuzione dell'accelerazione di 602 volte. Da ciò possiamo concludere che l'accelerazione impressa ai corpi dalla forza di gravità universale, e quindi questa forza stessa, è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra i corpi interagenti.

Newton arrivò a questa conclusione.

Possiamo quindi scrivere che due corpi di massa sono attratti tra loro da una forza, il cui valore assoluto è espresso dalla formula

dove è la distanza tra i corpi, y è il coefficiente di proporzionalità, uguale per tutti i corpi in natura. Questo coefficiente di gravitazione universale è chiamato costante gravitazionale.

La formula sopra esprime la legge di gravitazione universale scoperta da Newton:

Tutti i corpi sono attratti tra loro con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa.

Sotto l'influenza della gravità universale, entrambi i pianeti si muovono attorno al Sole e i satelliti artificiali attorno alla Terra.

Ma cosa si dovrebbe intendere per distanza tra corpi interagenti? Prendiamo due corpi di forma arbitraria (Fig. 109). Sorge subito la domanda: quale distanza va sostituita nella formula della legge di gravitazione universale? Distanza tra

i punti più lontani della superficie di entrambi i corpi o, al contrario, la distanza tra i punti più vicini? O forse la distanza tra altri punti del corpo?

Risulta che la formula (1), che esprime la legge di gravitazione universale, è valida quando la distanza tra i corpi è così grande rispetto alle loro dimensioni che i corpi possono essere considerati punti materiali. Quando si calcola la forza gravitazionale tra loro, la Terra e la Luna, i pianeti e il Sole possono essere considerati punti materiali.

Se i corpi hanno la forma di palline, anche se le loro dimensioni sono paragonabili alla distanza tra loro, si attraggono a vicenda come punti materiali situati al centro delle palline (Fig. 110). In questo caso, questa è la distanza tra i centri delle palline.

La formula (1) può essere utilizzata anche per calcolare la forza di attrazione tra una palla di grande raggio e un corpo di forma arbitraria di piccole dimensioni situato vicino alla superficie della palla (Fig. 111). Allora le dimensioni del corpo possono essere trascurate rispetto al raggio della palla. Questo è esattamente ciò che facciamo quando consideriamo l'attrazione di vari corpi sul globo.

La forza di gravità è un altro esempio di forza che dipende dalla posizione (coordinate) del corpo su cui agisce questa forza, rispetto al corpo che ha l'effetto. Dopotutto, la forza di gravità dipende dalla distanza tra i corpi.

Con quale legge mi impiccherai?
- E impicciamo tutti secondo una legge: la legge della gravità universale.

Legge di gravità

Il fenomeno della gravità è la legge di gravitazione universale. Due corpi agiscono l'uno sull'altro con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa e direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse.

Matematicamente possiamo esprimere questa grande legge con la formula

La gravità agisce su grandi distanze nell'Universo. Ma Newton sosteneva che tutti gli oggetti sono reciprocamente attratti. È vero che due oggetti qualsiasi si attraggono? Immagina, è noto che la Terra ti attrae seduto su una sedia. Ma hai mai pensato che un computer e un mouse si attraggano? O una matita e una penna sul tavolo? In questo caso, sostituiamo nella formula la massa della penna e la massa della matita, dividiamo per il quadrato della distanza tra loro, tenendo conto della costante gravitazionale, e otteniamo la forza della loro reciproca attrazione. Ma risulterà così piccolo (a causa delle piccole masse della penna e della matita) che non ne sentiremo la presenza. Un'altra questione è quando stiamo parlando sulla Terra e la sedia, o sul Sole e sulla Terra. Le masse sono significative, il che significa che possiamo già valutare l'effetto della forza.

Ricordiamo l'accelerazione della caduta libera. Questo è l'effetto della legge di attrazione. Sotto l'influenza della forza, un corpo cambia velocità tanto più lentamente quanto maggiore è la sua massa. Di conseguenza, tutti i corpi cadono sulla Terra con la stessa accelerazione.

Cosa causa questa forza unica e invisibile? Oggi l'esistenza di campo gravitazionale. Puoi saperne di più sulla natura del campo gravitazionale in materiale aggiuntivo Temi.

Pensaci, cos'è la gravità? Da dove viene? Che cos'è? Sicuramente non può essere che il pianeta guardi il Sole, veda quanto è lontano e calcoli l'inverso del quadrato della distanza secondo questa legge?

Direzione della gravità

Ci sono due corpi, siano il corpo A e B. Il corpo A attrae il corpo B. La forza con cui agisce il corpo A inizia dal corpo B ed è diretta verso il corpo A. Cioè “prende” il corpo B e lo tira verso si. Il corpo B “fa” la stessa cosa al corpo A.

Ogni corpo è attratto dalla Terra. La terra “prende” il corpo e lo trascina verso il suo centro. Pertanto, questa forza sarà sempre diretta verticalmente verso il basso e viene applicata dal centro di gravità del corpo, è chiamata forza di gravità.

La cosa principale da ricordare

Alcuni metodi di esplorazione geologica, previsione delle maree e Ultimamente calcolo del movimento dei satelliti artificiali e delle stazioni interplanetarie. Calcolo anticipato delle posizioni planetarie.

Possiamo condurre noi stessi un esperimento del genere e non indovinare se i pianeti e gli oggetti sono attratti?

Tale esperienza diretta fatta Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - fisico e chimico inglese) utilizzando il dispositivo mostrato in figura. L'idea era quella di appendere una canna con due palline ad un sottilissimo filo di quarzo e poi avvicinare lateralmente due grosse palline di piombo. L'attrazione delle palline torcerà leggermente il filo, leggermente, perché le forze di attrazione si frappongono oggetti ordinari molto debole. Con l'aiuto di un tale dispositivo, Cavendish è stato in grado di misurare direttamente la forza, la distanza e la grandezza di entrambe le masse e, quindi, determinare costante gravitazionale G.

La scoperta unica della costante gravitazionale G, che caratterizza il campo gravitazionale nello spazio, ha permesso di determinare la massa della Terra, del Sole e di altri corpi celesti. Pertanto, Cavendish chiamò il suo esperimento la “pesatura della Terra”.

È interessante notare che le varie leggi della fisica ne hanno alcune caratteristiche comuni. Passiamo alle leggi dell'elettricità (forza di Coulomb). Anche le forze elettriche sono inversamente proporzionali al quadrato della distanza, ma tra cariche, e sorge involontariamente il pensiero che questo schema nasconda significato profondo. Finora nessuno è riuscito a immaginare la gravità e l’elettricità come due entità separate diverse manifestazioni la stessa entità.

Anche qui la forza varia inversamente al quadrato della distanza, ma la differenza nell'entità delle forze elettriche e gravitazionali è sorprendente. Cercando di stabilire la natura generale della gravità e dell'elettricità, scopriamo una tale superiorità delle forze elettriche sulle forze di gravità che è difficile credere che entrambe abbiano la stessa fonte. Come puoi dire che uno è più potente dell'altro? Dopotutto, tutto dipende da qual è la massa e qual è la carica. Quando si discute dell'intensità con cui agisce la gravità, non hai il diritto di dire: "Prendiamo una massa di questa o quella dimensione", perché la scegli tu stesso. Ma se prendiamo ciò che la Natura stessa ci offre (i suoi numeri e le sue misure, che non hanno nulla a che fare con i nostri pollici, anni, con le nostre misure), allora saremo in grado di confrontare. Prendiamo una particella elementare carica, come un elettrone. Due particelle elementari, due elettroni, a causa di carica elettrica si respingono con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro, e per la gravità si attraggono nuovamente con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Domanda: Qual è il rapporto tra la forza gravitazionale e la forza elettrica? La gravità sta alla repulsione elettrica come l'uno sta ad un numero con 42 zeri. Ciò provoca il più profondo sconcerto. Da dove potrebbe provenire un numero così elevato?

Le persone cercano questo enorme coefficiente in altri fenomeni naturali. Ne attraversano di tutti i tipi grandi numeri e se hai bisogno gran numero, perché non prendere, ad esempio, il rapporto tra il diametro dell'Universo e il diametro del protone - sorprendentemente, anche questo è un numero con 42 zeri. E così dicono: forse questo coefficiente è uguale al rapporto tra il diametro del protone e il diametro dell'Universo? Questa è un'idea interessante, ma man mano che l'Universo si espande gradualmente, anche la costante gravitazionale deve cambiare. Sebbene questa ipotesi non sia stata ancora confutata, non abbiamo alcuna prova a suo favore. Al contrario, alcune prove suggeriscono che la costante gravitazionale non sia cambiata in questo modo. Questo numero enorme rimane ancora oggi un mistero.

Einstein dovette modificare le leggi della gravità secondo i principi della relatività. Il primo di questi principi afferma che una distanza x non può essere superata istantaneamente, mentre secondo la teoria di Newton le forze agiscono istantaneamente. Einstein dovette cambiare le leggi di Newton. Questi cambiamenti e chiarimenti sono molto piccoli. Uno di questi è questo: poiché la luce ha energia, l'energia è equivalente alla massa, e tutte le masse sono attratte, anche la luce è attratta e, quindi, passando accanto al Sole, deve essere deviata. Ecco come realmente accade. Anche la forza di gravità è leggermente modificata nella teoria di Einstein. Ma questo leggerissimo cambiamento nella legge di gravitazione è appena sufficiente a spiegare alcune delle apparenti irregolarità nel movimento di Mercurio.

I fenomeni fisici nel micromondo sono soggetti a leggi diverse rispetto ai fenomeni nel mondo su larga scala. La domanda sorge spontanea: come si manifesta la gravità nel mondo delle piccole scale? La teoria quantistica della gravità darà la risposta. Ma non esiste ancora una teoria quantistica della gravità. Le persone non sono ancora riuscite a creare una teoria della gravità che sia pienamente coerente con i principi della meccanica quantistica e con il principio di indeterminazione.

Nel 1667. Newton capì che affinché la Luna possa ruotare attorno alla Terra, e la Terra e gli altri pianeti attorno al Sole, deve esserci una forza che li mantenga in un'orbita circolare. Ha suggerito che la forza di gravità che agisce su tutti i corpi della Terra e la forza che mantiene i pianeti nelle loro orbite circolari sono la stessa forza. Questa forza si chiama forza di gravità universale O forza gravitazionale. Questa forza è una forza attrattiva e agisce tra tutti i corpi. formulato da Newton legge di gravitazione universale : due punti materiali si attraggono tra loro con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che li separa.

Il coefficiente di proporzionalità G era sconosciuto ai tempi di Newton. Fu misurato per la prima volta sperimentalmente dallo scienziato inglese Cavendish. Questo coefficiente si chiama costante gravitazionale. Suo significato moderno equivale . La costante gravitazionale è una delle costanti fisiche fondamentali. La legge di gravitazione universale può essere scritta in forma vettoriale. Se la forza che agisce sul secondo punto dal primo è uguale F21, e il raggio vettore del secondo punto rispetto al primo è uguale a R21, Quello:

La forma presentata della legge di gravitazione universale è valida solo per l'interazione gravitazionale di punti materiali. Non può essere utilizzato per corpi di forma e dimensione arbitrarie. Calcolare la forza gravitazionale nel caso generale è un compito molto difficile. Esistono però corpi che non sono punti materiali per i quali la forza gravitazionale può essere calcolata utilizzando la formula data. Si tratta di corpi che hanno simmetria sferica, ad esempio, a forma di palla. Per tali corpi vale la legge di cui sopra se per distanza R si intende la distanza tra i centri dei corpi. In particolare, la forza di gravità che agisce su tutti i corpi a partire dalla Terra può essere calcolata utilizzando questa formula, poiché la Terra ha la forma di una palla, e tutti gli altri corpi possono essere considerati punti materiali rispetto al raggio della Terra.

Poiché la gravità è una forza gravitazionale, possiamo scrivere che la forza di gravità che agisce su un corpo di massa m è pari a

Dove MZ e RZ sono la massa e il raggio della Terra. D'altra parte, la forza di gravità è uguale a mg, dove g è l'accelerazione di gravità. Quindi l'accelerazione della caduta libera è uguale a

Questa è la formula per l'accelerazione della gravità sulla superficie della Terra. Se ti allontani dalla superficie terrestre, la distanza dal centro della Terra aumenterà e l'accelerazione di gravità diminuirà di conseguenza. Quindi ad un’altezza h sopra la superficie terrestre, l’accelerazione di gravità è pari a:

La legge della gravitazione universale fu scoperta da Newton nel 1687 mentre studiava il movimento del satellite della Luna attorno alla Terra. Il fisico inglese formulò chiaramente un postulato che caratterizza le forze di attrazione. Inoltre, analizzando le leggi di Keplero, Newton calcolò che le forze gravitazionali devono esistere non solo sul nostro pianeta, ma anche nello spazio.

Sfondo

La legge di gravitazione universale non è nata spontaneamente. Sin dai tempi antichi, le persone hanno studiato il cielo, principalmente per compilare calendari agricoli e calcolare appuntamenti importanti, feste religiose. Le osservazioni hanno indicato che al centro del “mondo” c'è un Luminare (Sole), attorno al quale ruotano in orbita corpi celestiali. Successivamente, i dogmi della chiesa non hanno permesso di tenerne conto e le persone hanno perso la conoscenza accumulata in migliaia di anni.

Nel XVI secolo, prima dell'invenzione dei telescopi, apparve una galassia di astronomi che guardavano il cielo in modo scientifico, scartando i divieti della chiesa. T. Brahe, osservando lo spazio da molti anni, ha sistematizzato i movimenti dei pianeti con particolare cura. Questi dati estremamente accurati aiutarono I. Keplero a scoprire successivamente le sue tre leggi.

Al momento della scoperta (1667) da parte di Isaac Newton della legge di gravità in astronomia, fu finalmente stabilito sistema eliocentrico mondo di N. Copernico. Secondo esso, ciascuno dei pianeti del sistema ruota attorno al Sole su orbite che, con un'approssimazione sufficiente per molti calcoli, possono essere considerate circolari. All'inizio del XVII secolo. I. Keplero, analizzando le opere di T. Brahe, stabilì leggi cinematiche che caratterizzano i movimenti dei pianeti. La scoperta divenne la base per chiarire la dinamica del movimento planetario, cioè le forze che determinano esattamente questo tipo di movimento.

Descrizione dell'interazione

A differenza delle interazioni deboli e forti di breve periodo, la gravità e i campi elettromagnetici hanno proprietà a lungo raggio: la loro influenza si manifesta su enormi distanze. I fenomeni meccanici nel macrocosmo sono influenzati da due forze: elettromagnetica e gravitazionale. L'influenza dei pianeti sui satelliti, il volo di un oggetto lanciato o lanciato, il galleggiamento di un corpo in un liquido: in ciascuno di questi fenomeni agiscono le forze gravitazionali. Questi oggetti sono attratti dal pianeta e gravitano verso di esso, da qui il nome “legge di gravitazione universale”.

È stato dimostrato che tra corpi fisici la forza dell'attrazione reciproca certamente opera. Fenomeni come la caduta di oggetti sulla Terra, la rotazione della Luna e dei pianeti attorno al Sole, che si verificano sotto l'influenza delle forze di gravità universale, sono chiamati gravitazionali.

Legge di gravitazione universale: formula

La gravità universale è formulata come segue: due oggetti materiali qualsiasi sono attratti l'uno dall'altro con una certa forza. L'entità di questa forza è direttamente proporzionale al prodotto delle masse di questi oggetti e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro:

Nella formula, m1 e m2 sono le masse degli oggetti materiali studiati; r è la distanza determinata tra i centri di massa degli oggetti calcolati; G è una quantità gravitazionale costante che esprime la forza con cui avviene l'attrazione reciproca di due oggetti del peso di 1 kg ciascuno, posti a una distanza di 1 m.

Da cosa dipende la forza di attrazione?

La legge di gravità funziona in modo diverso a seconda della regione. Poiché la forza di gravità dipende dai valori della latitudine in una determinata area, allo stesso modo dipende l'accelerazione della caduta libera significati diversi in luoghi diversi. La forza di gravità e, di conseguenza, l'accelerazione della caduta libera hanno un valore massimo ai poli della Terra: la forza di gravità in questi punti è uguale alla forza di attrazione. I valori minimi saranno all’equatore.

Il globo è leggermente appiattito, il suo raggio polare è circa 21,5 km inferiore al raggio equatoriale. Tuttavia, questa dipendenza è meno significativa rispetto alla rotazione giornaliera della Terra. I calcoli mostrano che a causa dell'oblazione della Terra all'equatore, l'entità dell'accelerazione dovuta alla gravità è leggermente inferiore al suo valore al polo dello 0,18% e dopo la rotazione giornaliera dello 0,34%.

Tuttavia, nello stesso luogo sulla Terra, l'angolo tra i vettori di direzione è piccolo, quindi la discrepanza tra la forza di attrazione e la forza di gravità è insignificante e può essere trascurata nei calcoli. Possiamo cioè supporre che i moduli di queste forze siano gli stessi: l’accelerazione di gravità vicino alla superficie terrestre è la stessa ovunque ed è di circa 9,8 m/s².

Conclusione

Isaac Newton era uno scienziato che fece una rivoluzione scientifica, ricostruì completamente i principi della dinamica e, sulla base di essi, creò un'immagine scientifica del mondo. La sua scoperta ha influenzato lo sviluppo della scienza e la creazione della cultura materiale e spirituale. Toccò al destino di Newton rivedere i risultati dell'idea del mondo. Nel XVII secolo gli scienziati hanno completato il grandioso lavoro di costruzione della fondazione nuova scienza- fisici.