Abstrakt. Universell tyngdekraft

I dette avsnittet vil vi minne deg om tyngdekraft, sentripetalakselerasjon og kroppsvekt

Hver kropp på planeten er påvirket av jordens tyngdekraft. Kraften som Jorden tiltrekker hver kropp med, bestemmes av formelen

Påføringspunktet er i kroppens tyngdepunkt. Tyngdekraften alltid rettet vertikalt nedover.

Kraften som et legeme blir tiltrukket av jorden under påvirkning av jordens gravitasjonsfelt kalles gravitasjon. I jussen universell gravitasjon på jordoverflaten (eller nær denne overflaten) påvirkes et legeme med massen m av tyngdekraften

Ft=GMm/R 2

hvor M er jordens masse; R er jordens radius.
Hvis bare tyngdekraften virker på et legeme, og alle andre krefter er gjensidig balansert, gjennomgår kroppen fritt fall. I følge Newtons andre lov og formel Ft=GMm/R 2 g finnes av formelen

g=Ft/m=GM/R2.

Av formel (2.29) følger det at akselerasjonen av fritt fall ikke er avhengig av massen m til det fallende legemet, dvs. for alle legemer på et gitt sted på jorden er det det samme. Av formel (2.29) følger det at Ft = mg. I vektorform

Ft = mg

I § ​​5 ble det bemerket at siden jorden ikke er en kule, men en revolusjonellipsoide, er dens polare radius mindre enn den ekvatoriale. Fra formelen Ft=GMm/R 2 det er klart at av denne grunn er tyngdekraften og tyngdeakselerasjonen forårsaket av den ved polen større enn ved ekvator.

Tyngdekraften virker på alle legemer som befinner seg i jordens gravitasjonsfelt, men ikke alle legemer faller til jorden. Dette forklares med at bevegelsen til mange kropper hindres av andre kropper, for eksempel støtter, opphengsgjenger osv. Kroppene som begrenser bevegelsen til andre kropper kalles forbindelser. Under påvirkning av tyngdekraften deformeres bindingene og reaksjonskraften til den deformerte forbindelsen, i henhold til Newtons tredje lov, balanserer tyngdekraften.

Tyngdeakselerasjonen påvirkes av jordens rotasjon. Denne påvirkningen forklares som følger. Referansesystemene knyttet til jordoverflaten (bortsett fra de to som er knyttet til jordens poler) er strengt tatt ikke treghetsreferansesystemer - Jorden roterer rundt sin akse, og sammen med den beveger slike referansesystemer seg i sirkler med sentripetalakselerasjon. Denne ikke-tregheten til referansesystemer manifesteres spesielt i det faktum at verdien av akselerasjonen av fritt fall viser seg å være forskjellig på forskjellige steder på jorden og avhenger av geografisk breddegrad stedet der referanserammen knyttet til jorden er plassert, i forhold til hvilket tyngdeakselerasjonen bestemmes.

Målinger utført på forskjellige breddegrader viste det numeriske verdier akselerasjoner i fritt fall skiller seg lite fra hverandre. Derfor, med ikke veldig nøyaktige beregninger, kan vi neglisjere ikke-tregheten til referansesystemene knyttet til jordens overflate, så vel som forskjellen i jordens form fra sfærisk, og anta at tyngdeakselerasjonen hvor som helst på jorden er lik og lik 9,8 m/s 2 .

Fra loven om universell gravitasjon følger det at tyngdekraften og tyngdeakselerasjonen forårsaket av den avtar med økende avstand fra jorden. I en høyde h fra jordens overflate bestemmes av formelen

g=GM/(R+h) 2.

Det er fastslått at i en høyde på 300 km over jordoverflaten er tyngdeakselerasjonen 1 m/s2 mindre enn ved jordoverflaten.
Følgelig, nær Jorden (opp til høyder på flere kilometer) endres tyngdekraften praktisk talt ikke, og derfor er det frie fallet til kropper nær Jorden en jevnt akselerert bevegelse.

Kroppsvekt. Vektløshet og overbelastning

Kraften som, på grunn av tiltrekning til jorden, et legeme virker på støtten eller opphenget kalles kroppsvekt. I motsetning til tyngdekraften, som er tyngdekraft, påført en kropp, er vekt en elastisk kraft som påføres en støtte eller oppheng (dvs. på en forbindelse).

Observasjoner viser at vekten til et legeme P, bestemt på en fjærskala, er lik tyngdekraften F t som virker på kroppen bare hvis vekten med kroppen i forhold til Jorden er i ro eller beveger seg jevnt og rettlinjet; I dette tilfellet

Р=F t=mg.

Hvis et legeme beveger seg med en akselerert hastighet, avhenger vekten av verdien av denne akselerasjonen og av retningen i forhold til retningen for tyngdeakselerasjonen.

Når et legeme er opphengt på en fjærskala, virker to krefter på det: tyngdekraften F t =mg og den elastiske kraften F yp til fjæren. Hvis i dette tilfellet kroppen beveger seg vertikalt opp eller ned i forhold til akselerasjonsretningen for fritt fall, gir vektorsummen av kreftene F t og F opp en resultant, som forårsaker akselerasjon av kroppen, dvs.

F t + F opp =ma.

I henhold til definisjonen ovenfor av begrepet "vekt", kan vi skrive at P = -F yp. Fra formelen: F t + F opp =ma. tatt i betraktning at F T =mg, det følger at mg-ma=-F yp . Derfor er P=m(g-a).

Kreftene Ft og Fup er rettet langs en vertikal rett linje. Derfor, hvis akselerasjonen til kroppen a er rettet nedover (dvs. den faller sammen i retning med akselerasjonen av fritt fall g), så i modulus

P=m(g-a)

Hvis akselerasjonen til kroppen er rettet oppover (dvs. motsatt av retningen for akselerasjonen av fritt fall), så

P = m = m(g+a).

Følgelig, vekten av et legeme hvis akselerasjon faller sammen i retning med tyngdeakselerasjonen, mindre vekt kroppen i ro, og vekten av kroppen, hvis akselerasjon er motsatt av retningen for akselerasjonen av fritt fall, mer vekt kroppen i ro. En økning i kroppsvekt forårsaket av dens akselererte bevegelse kalles overbelastning.

I fritt fall a=g. Fra formelen: P=m(g-a)

det følger at i dette tilfellet er P = 0, dvs. det er ingen vekt. Derfor, hvis kropper bare beveger seg under påvirkning av tyngdekraften (dvs. faller fritt), er de i en tilstand vektløshet. Et karakteristisk trekk Denne tilstanden er fraværet av deformasjoner og indre spenninger i fritt fallende kropper, som er forårsaket av tyngdekraften i kropper i hvile. Årsaken til kroppens vektløshet er at tyngdekraften gir like akselerasjoner til et fritt fallende legeme og dets støtte (eller oppheng).

Mennesket har lenge kjent kraften som får alle kropper til å falle til jorden. Men fram til 1600-tallet. Det ble antatt at bare jorden har den spesielle egenskapen til å tiltrekke seg kropper som ligger nær overflaten. I 1667 foreslo Newton at generelt virker krefter for gjensidig tiltrekning mellom alle kropper. Han kalte disse kreftene kreftene til universell gravitasjon.

Newton oppdaget bevegelseslovene til legemer. I følge disse lovene er bevegelse med akselerasjon bare mulig under påvirkning av kraft. Siden fallende kropper beveger seg med akselerasjon, må de påvirkes av en kraft rettet nedover mot jorden.

Hvorfor legger vi ikke merke til den gjensidige tiltrekningen mellom kroppene rundt oss? Kanskje forklares dette med at tiltrekningskreftene mellom dem er for små?

Newton var i stand til å vise at tiltrekningskraften mellom legemer avhenger av massene til begge legemer og, som det viste seg, når en merkbar verdi bare når de samvirkende legene (eller minst en av dem) har en tilstrekkelig stor masse.

Tyngdeakselerasjonen skiller seg fra det interessant funksjon, at på et gitt sted er det likt for alle kropper, for kropper av hvilken som helst masse. Ved første øyekast er dette en veldig merkelig egenskap. Tross alt, fra formelen som uttrykker Newtons andre lov,

det følger at akselerasjonen til et legeme bør være større, jo mindre massen er. Leger med lav masse må falle med større akselerasjon enn legemer med stor masse. Erfaring har vist (se § 20) at akselerasjonene til fritt fallende legemer ikke er avhengig av deres masse. Den eneste forklaringen man kan finne på dette fantastiske

faktum, er at selve kraften som Jorden tiltrekker en kropp med er proporsjonal med dens masse, dvs.

Faktisk, i dette tilfellet, for eksempel, vil dobling av massen også doble kraften, men akselerasjonen, som er lik forholdet, vil forbli uendret. Newton kom med denne eneste riktige konklusjonen: kraften til universell tyngdekraft er proporsjonal med massen til kroppen som den virker på. Men kropper tiltrekker hverandre. Og i henhold til Newtons tredje lov virker krefter av lik absolutt verdi på begge tiltrekkende kropper. Dette betyr at kraften til gjensidig tiltrekning må være proporsjonal med massene til hver av tiltrekningslegemene. Da vil begge legemer motta akselerasjoner som ikke er avhengig av massene deres.

Hvis kraften er proporsjonal med massene til hver av de samvirkende legemer, betyr dette at den er proporsjonal med produktet av massene til begge legemer.

Hva annet er kraften til gjensidig tiltrekning mellom to kropper avhengig av? Newton foreslo at det skulle avhenge av avstanden mellom kroppene. Det er velkjent av erfaring at nær Jorden er akselerasjonen av fritt fall lik, og den er den samme for kropper som faller fra en høyde på 1, 10 eller 100 m. Men fra dette kan vi ennå ikke konkludere at akselerasjonen ikke er avhengig av avstanden til jorden. Newton mente at avstander ikke skulle telles fra jordens overflate, men fra sentrum. Men jordens radius er 6400 km. Det er derfor klart at flere titalls eller hundrevis av meter over jordens overflate ikke merkbart kan endre tyngdeakselerasjonen.

For å finne ut hvordan avstanden mellom kropper påvirker kraften til deres gjensidige tiltrekning, må du vite med hvilken akselerasjon kropper beveger seg i store avstander fra jordens overflate.

Det er tydelig at det er vanskelig å måle den vertikale akselerasjonen av fritt fall av kropper som befinner seg i en høyde av flere tusen kilometer over jordens overflate. Det er mer praktisk å måle sentripetal akselerasjon et legeme som beveger seg rundt jorden i en sirkel under påvirkning av tyngdekraften mot jorden. La oss huske at vi brukte samme teknikk når vi studerte den elastiske kraften. Vi målte sentripetalakselerasjonen til en sylinder som beveger seg i en sirkel under påvirkning av denne kraften.

Ved å studere kraften til universell tyngdekraft kom naturen selv til hjelp for fysikere og gjorde det mulig å bestemme akselerasjonen til en kropp som beveger seg i en sirkel rundt jorden. En slik kropp er naturlig satellitt Jorden - Månen. Tross alt, hvis Newtons antakelse er riktig, så må vi anta at månens sentripetale akselerasjon når den beveger seg i en sirkel rundt jorden er gitt av kraften til dens tiltrekning til jorden. Hvis tyngdekraften mellom månen og jorden ikke var avhengig av avstanden mellom dem, ville månens sentripetalakselerasjon være den samme som akselerasjonen

fritt fall av kropper nær jordoverflaten. Faktisk er sentripetalakselerasjonen som Månen beveger seg med i sin bane lik, som vi allerede vet (se oppgave 16, oppgave 9), . Og dette er omtrent 3600 ganger mindre enn akselerasjonen til fallende kropper nær Jorden. Samtidig er det kjent at avstanden fra jordens sentrum til månens sentrum er 384 000 km. Dette er 60 ganger jordens radius, det vil si avstanden fra jordens sentrum til overflaten. Dermed fører en økning i avstanden mellom tiltrekkende kropper med 60 ganger til en reduksjon i akselerasjonen med 602 ganger. Fra dette kan vi konkludere med at akselerasjonen som gis til legemer av kraften til universell tyngdekraft, og derfor denne kraften i seg selv, er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom de samvirkende legemer.

Newton kom til denne konklusjonen.

Derfor kan vi skrive at to masselegemer tiltrekkes av hverandre med en kraft, hvis absolutte verdi er uttrykt av formelen

hvor er avstanden mellom kropper, y er proporsjonalitetskoeffisienten, lik for alle kropper i naturen. Denne koeffisienten for universell gravitasjon kalles gravitasjonskonstanten.

Formelen ovenfor uttrykker loven om universell gravitasjon oppdaget av Newton:

Alle legemer er tiltrukket av hverandre med en kraft som er direkte proporsjonal med produktet av massene deres og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.

Under påvirkning av universell tyngdekraft beveger begge planetene seg rundt solen og kunstige satellitter rundt jorden.

Men hva skal forstås med avstanden mellom samvirkende kropper? La oss ta to kropper med vilkårlig form (fig. 109). Spørsmålet oppstår umiddelbart: hvilken avstand bør erstattes med formelen for loven om universell gravitasjon? Avstand mellom

de fjerneste punktene på overflaten til begge legemer eller omvendt avstanden mellom de nærmeste punktene? Eller kanskje avstanden mellom noen andre punkter på kroppen?

Det viser seg at formel (1), som uttrykker loven om universell gravitasjon, er gyldig når avstanden mellom kroppene er så stor sammenlignet med deres størrelser at kroppene kan betraktes materielle poeng. Når man beregner gravitasjonskraften mellom dem, kan jorden og månen, planetene og solen betraktes som materielle punkter.

Hvis kroppene har form som kuler, så tiltrekker de seg, selv om størrelsen er sammenlignbar med avstanden mellom dem, hverandre som materielle punkter plassert i midten av kulene (fig. 110). I dette tilfellet er dette avstanden mellom midten av ballene.

Formel (1) kan også brukes når man beregner tiltrekningskraften mellom en kule med stor radius og et legeme med vilkårlig form av små dimensjoner plassert nær ballens overflate (fig. 111). Da kan kroppens dimensjoner neglisjeres i forhold til ballens radius. Dette er nøyaktig hva vi gjør når vi vurderer tiltrekningen av ulike kropper til kloden.

Tyngdekraften er et annet eksempel på en kraft som avhenger av posisjonen (koordinatene) til kroppen som denne kraften virker på, i forhold til kroppen som har virkningen. Tross alt avhenger tyngdekraften av avstanden mellom legemer.

Etter hvilken lov skal du henge meg?
– Og vi henger alle etter én lov – loven om universell tyngdekraft.

Tyngdeloven

Fenomenet gravitasjon er loven om universell gravitasjon. To legemer virker på hverandre med en kraft som er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem og direkte proporsjonal med produktet av massene deres.

Matematisk kan vi uttrykke denne store loven med formelen

Tyngdekraften virker over store avstander i universet. Men Newton hevdet at alle gjenstander er gjensidig tiltrukket. Er det sant at to objekter tiltrekker hverandre? Bare tenk, det er kjent at Jorden tiltrekker deg sittende på en stol. Men har du noen gang trodd at en datamaskin og en mus tiltrekker hverandre? Eller en blyant og penn som ligger på bordet? I dette tilfellet erstatter vi massen til pennen og massen til blyanten i formelen, del med kvadratet på avstanden mellom dem, under hensyntagen til gravitasjonskonstanten, og oppnå kraften til deres gjensidige tiltrekning. Men den vil vise seg å være så liten (på grunn av de små massene av pennen og blyanten) at vi ikke føler dens tilstedeværelse. Det er en annen sak når vi snakker om om jorden og stolen, eller solen og jorden. Massene er betydelige, noe som betyr at vi allerede kan evaluere effekten av kraften.

La oss huske akselerasjonen av fritt fall. Dette er handlingen til loven om tiltrekning. Under påvirkning av kraft endrer en kropp hastighet jo saktere, jo større masse er den. Som et resultat faller alle kropper til jorden med samme akselerasjon.

Hva forårsaker denne usynlige unike kraften? I dag eksistensen av gravitasjonsfelt. Du kan lære mer om gravitasjonsfeltets natur i tilleggsmateriale Emner.

Tenk på det, hva er tyngdekraften? Hvor er det fra? Hva er det? Det kan vel ikke være slik at planeten ser på Solen, ser hvor langt den er, og beregner det omvendte kvadratet av avstanden i samsvar med denne loven?

Tyngdekraftens retning

Det er to kropper, la oss si kropp A og B. Kropp A tiltrekker seg kropp B. Kraften som kropp A virker med begynner på kropp B og er rettet mot kropp A. Det vil si at den "tar" kropp B og trekker den mot seg selv . Kropp B "gjør" det samme med kropp A.

Hver kropp er tiltrukket av jorden. Jorden "tar" kroppen og trekker den mot midten. Derfor vil denne kraften alltid være rettet vertikalt nedover, og den påføres fra kroppens tyngdepunkt, det kalles tyngdekraften.

Det viktigste å huske

Noen metoder for geologisk utforskning, tidevannsprediksjon og I det siste beregning av bevegelsen til kunstige satellitter og interplanetære stasjoner. Forhåndsberegning av planetposisjoner.

Kan vi gjennomføre et slikt eksperiment selv, og ikke gjette om planeter og objekter tiltrekkes?

Slike direkte erfaringer gjort Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - engelsk fysiker og kjemiker) ved hjelp av enheten vist på figuren. Tanken var å henge en stang med to kuler på en veldig tynn kvartstråd og så føre to store blykuler mot dem fra siden. Tiltrekningen av ballene vil litt vri tråden - litt, fordi tiltrekningskreftene mellom vanlige gjenstander meget svak. Ved hjelp av en slik enhet var Cavendish i stand til direkte å måle kraften, avstanden og størrelsen til begge massene og dermed bestemme gravitasjonskonstant G.

Den unike oppdagelsen av gravitasjonskonstanten G, som karakteriserer gravitasjonsfeltet i rommet, gjorde det mulig å bestemme massen til Jorden, Solen og andre himmellegemer. Derfor kalte Cavendish sin erfaring «å veie jorden».

Interessant nok har de ulike fysikkens lover noen vanlige trekk. La oss gå til elektrisitetslovene (Coulomb-kraften). Elektriske krefter er også omvendt proporsjonale med kvadratet på avstanden, men mellom ladninger, og tanken oppstår ufrivillig om at dette mønsteret skjuler dyp betydning. Til nå har ingen klart å forestille seg tyngdekraft og elektrisitet som to ulike manifestasjoner samme enhet.

Kraften varierer også her omvendt med kvadratet på avstanden, men forskjellen i størrelsen på de elektriske og gravitasjonskreftene er slående. I et forsøk på å fastslå tyngdekraftens og elektrisitets generelle natur, oppdager vi en slik overlegenhet av elektriske krefter over tyngdekreftene at det er vanskelig å tro at begge har samme kilde. Hvordan kan du si at den ene er kraftigere enn den andre? Tross alt avhenger alt av hva massen er og hva ladningen er. Når du diskuterer hvor sterkt tyngdekraften virker, har du ingen rett til å si: "La oss ta en masse av en slik og en slik størrelse," fordi du velger den selv. Men hvis vi tar det naturen selv tilbyr oss (hennes egne tall og mål, som ikke har noe å gjøre med våre tommer, år, med våre mål), så vil vi kunne sammenligne. Vi tar en elementær ladet partikkel, for eksempel et elektron. To elementærpartikler, to elektroner, pga elektrisk ladning frastøte hverandre med en kraft omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem, og på grunn av tyngdekraften tiltrekkes de av hverandre igjen med en kraft omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden.

Spørsmål: Hva er forholdet mellom gravitasjonskraft og elektrisk kraft? Tyngdekraften er til elektrisk frastøting som man er til et tall med 42 nuller. Dette forårsaker dypeste forvirring. Hvor kan et så stort antall komme fra?

Folk ser etter denne enorme koeffisienten i andre naturfenomener. De går gjennom alt mulig store tall og hvis du trenger stort antall, hvorfor ikke ta for eksempel forholdet mellom diameteren til universet og diameteren til protonet - overraskende nok er dette også et tall med 42 nuller. Og så sier de: kanskje er denne koeffisienten lik forholdet mellom diameteren til protonet og universets diameter? Dette er en interessant idé, men etter hvert som universet utvides gradvis, må også gravitasjonskonstanten endres. Selv om denne hypotesen ennå ikke er tilbakevist, har vi ingen bevis for dens favør. Tvert imot, noen bevis tyder på at gravitasjonskonstanten ikke endret seg på denne måten. Dette enorme antallet forblir et mysterium den dag i dag.

Einstein måtte modifisere tyngdelovene i samsvar med relativitetsprinsippene. Det første av disse prinsippene sier at en avstand x ikke kan overvinnes øyeblikkelig, mens ifølge Newtons teori virker krefter øyeblikkelig. Einstein måtte endre Newtons lover. Disse endringene og presiseringene er svært små. En av dem er dette: Siden lys har energi, er energi ekvivalent med masse, og alle masser tiltrekkes, blir lys også tiltrukket og må derfor avbøyes. Slik skjer det faktisk. Tyngdekraften er også litt modifisert i Einsteins teori. Men denne svært lille endringen i gravitasjonsloven er bare tilstrekkelig til å forklare noen av de tilsynelatende uregelmessighetene i Merkurs bevegelse.

Fysiske fenomener i mikroverdenen er underlagt andre lover enn fenomener i verden i stor skala. Spørsmålet oppstår: hvordan manifesterer tyngdekraften seg i verden av små skalaer? Kvanteteorien om gravitasjon vil svare på det. Men det er ingen kvanteteori om gravitasjon ennå. Folk har ennå ikke lykkes særlig med å lage en teori om tyngdekraften som er helt i samsvar med kvantemekaniske prinsipper og med usikkerhetsprinsippet.

I 1667. Newton forsto at for at Månen skal kunne rotere rundt Jorden, og Jorden og andre planeter rundt Solen, må det være en kraft for å holde dem i en sirkulær bane. Han foreslo at tyngdekraften som virker på alle kropper på jorden og kraften som holder planetene i deres sirkulære baner er én og samme kraft. Denne kraften kalles universell tyngdekraft eller tyngdekraft. Denne kraften er en tiltrekkende kraft og virker mellom alle legemer. Newton formulerte loven om universell gravitasjon : to materielle punkter er tiltrukket av hverandre med en kraft direkte proporsjonal med produktet av massene deres og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.

Proporsjonalitetskoeffisienten G var ukjent på Newtons tid. Det ble først målt eksperimentelt av den engelske forskeren Cavendish. Denne koeffisienten kalles gravitasjonskonstant. Henne moderne mening er lik . Gravitasjonskonstanten er en av de mest grunnleggende fysiske konstantene. Loven om universell gravitasjon kan skrives i vektorform. Hvis kraften som virker på det andre punktet fra det første er lik F 21, og radiusvektoren til det andre punktet i forhold til det første er lik R 21, Det:

Den presenterte formen for loven om universell gravitasjon er kun gyldig for gravitasjonsinteraksjonen mellom materielle punkter. Den kan ikke brukes til kropper av vilkårlig form og størrelse. Å beregne gravitasjonskraften i det generelle tilfellet er en svært vanskelig oppgave. Imidlertid er det legemer som ikke er materielle punkter som gravitasjonskraften kan beregnes for ved hjelp av den gitte formelen. Dette er kropper som har sfærisk symmetri, for eksempel som har form som en ball. For slike kropper er loven ovenfor gyldig hvis vi med avstand R mener avstanden mellom sentrene til kroppene. Spesielt kan tyngdekraften som virker på alle kropper fra jorden beregnes ved hjelp av denne formelen, siden jorden har form som en ball, og alle andre kropper kan betraktes som materielle punkter sammenlignet med jordens radius.

Siden tyngdekraften er en gravitasjonskraft, kan vi skrive at tyngdekraften som virker på et legeme med massen m er lik

Hvor MZ og RZ er jordens masse og radius. På den annen side er tyngdekraften lik mg, der g er tyngdeakselerasjonen. Så akselerasjonen av fritt fall er lik

Dette er formelen for tyngdeakselerasjonen på jordens overflate. Hvis du beveger deg bort fra jordoverflaten, vil avstanden til jordens sentrum øke, og tyngdeakselerasjonen vil tilsvarende avta. Så i en høyde h over jordens overflate er tyngdeakselerasjonen lik:

Loven om universell gravitasjon ble oppdaget av Newton i 1687 mens han studerte bevegelsen til månens satellitt rundt jorden. Den engelske fysikeren formulerte tydelig et postulat som karakteriserer tiltrekningskreftene. I tillegg, ved å analysere Keplers lover, beregnet Newton at gravitasjonskrefter må eksistere ikke bare på planeten vår, men også i verdensrommet.

Bakgrunn

Loven om universell gravitasjon ble ikke født spontant. Siden antikken har folk studert himmelen, hovedsakelig for å kompilere landbrukskalendere, beregne viktige datoer, religiøse høytider. Observasjoner indikerte at i sentrum av "verden" er det en lyskilde (sol), som de kretser rundt i bane himmellegemer. Senere tillot ikke kirkens dogmer at dette ble tatt i betraktning, og folk mistet kunnskapen samlet over tusenvis av år.

På 1500-tallet, før oppfinnelsen av teleskoper, dukket det opp en galakse av astronomer som så på himmelen på en vitenskapelig måte, og forkastet kirkens forbud. T. Brahe, etter å ha observert verdensrommet i mange år, systematiserte planetenes bevegelser med spesiell forsiktighet. Disse svært nøyaktige dataene hjalp I. Kepler til å oppdage sine tre lover.

På tidspunktet for oppdagelsen (1667) av Isaac Newton av tyngdeloven i astronomi, ble den endelig etablert heliosentrisk system verden av N. Copernicus. Ifølge den roterer hver av planetene i systemet rundt Solen i baner som, med en tilnærming tilstrekkelig for mange beregninger, kan betraktes som sirkulære. På begynnelsen av 1600-tallet. I. Kepler, som analyserte verkene til T. Brahe, etablerte kinematiske lover som karakteriserer bevegelsene til planetene. Oppdagelsen ble grunnlaget for å belyse dynamikken i planetarisk bevegelse, det vil si kreftene som bestemmer nøyaktig denne typen bevegelser.

Beskrivelse av interaksjon

I motsetning til kortvarige svake og sterke interaksjoner, har tyngdekraft og elektromagnetiske felt langdistanseegenskaper: deres innflytelse manifesterer seg over enorme avstander. Mekaniske fenomener i makrokosmos påvirkes av to krefter: elektromagnetisk og gravitasjonskraft. Påvirkningen av planeter på satellitter, flukten til et kastet eller lansert objekt, flyten av en kropp i en væske - i hvert av disse fenomenene virker gravitasjonskrefter. Disse objektene tiltrekkes av planeten og trekker mot den, derav navnet "lov om universell gravitasjon".

Det er bevist at mellom fysiske kropper kraften til gjensidig tiltrekning virker absolutt. Fenomener som fall av objekter til jorden, rotasjonen av månen og planetene rundt solen, som skjer under påvirkning av kreftene til universell tyngdekraft, kalles gravitasjon.

Loven om universell gravitasjon: formel

Universell tyngdekraft er formulert som følger: to materielle objekter tiltrekkes av hverandre med en viss kraft. Størrelsen på denne kraften er direkte proporsjonal med produktet av massene til disse gjenstandene og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem:

I formelen er m1 og m2 massene til de materielle objektene som studeres; r er avstanden bestemt mellom massesentrene til de beregnede objektene; G er en konstant gravitasjonsstørrelse som uttrykker kraften som den gjensidige tiltrekningen av to gjenstander som veier 1 kg hver, lokalisert i en avstand på 1 m, oppstår.

Hva er tiltrekningskraften avhengig av?

Tyngdeloven fungerer forskjellig avhengig av region. Siden tyngdekraften avhenger av breddegradsverdiene i et bestemt område, har akselerasjonen av fritt fall tilsvarende forskjellige betydninger på forskjellige steder. Tyngdekraften og følgelig akselerasjonen av fritt fall har en maksimal verdi ved jordens poler - tyngdekraften på disse punktene er lik tyngdekraften. Minimumsverdiene vil være ved ekvator.

Kloden er litt flatet, dens polare radius er omtrent 21,5 km mindre enn ekvatorialradiusen. Imidlertid er denne avhengigheten mindre betydelig sammenlignet med den daglige rotasjonen av jorden. Beregninger viser at på grunn av jordens oblatitet ved ekvator, er størrelsen på akselerasjonen på grunn av tyngdekraften litt mindre enn verdien ved polen med 0,18%, og etter daglig rotasjon - med 0,34%.

Men på samme sted på jorden er vinkelen mellom retningsvektorene liten, så avviket mellom tiltrekningskraften og tyngdekraften er ubetydelig, og det kan neglisjeres i beregninger. Det vil si at vi kan anta at modulene til disse kreftene er de samme - tyngdeakselerasjonen nær jordens overflate er den samme overalt og er omtrent 9,8 m/s².

Konklusjon

Isaac Newton var en vitenskapsmann som gjorde en vitenskapelig revolusjon, gjenoppbygde prinsippene for dynamikk fullstendig og på grunnlag av dem skapte et vitenskapelig bilde av verden. Oppdagelsen hans påvirket utviklingen av vitenskap og skapelsen av materiell og åndelig kultur. Det falt til Newtons skjebne å revidere resultatene av ideen om verden. På 1600-tallet forskere har fullført det storslåtte arbeidet med å bygge fundamentet ny vitenskap- fysikere.