Legea gravitației universale spune că forța universalului. Forța gravitației universale: caracteristici și semnificație practică

Isaac Newton a sugerat că există forțe de atracție reciprocă între orice corp din natură. Aceste forțe sunt numite de forțele gravitaționale sau forțele gravitației universale. Forța gravitației nenaturale se manifestă în spațiu, sistem solarși pe Pământ.

Legea gravitației

Newton a generalizat legile mișcării corpuri cereștiși am aflat că forța \(F\) este egală cu:

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

unde \(m_1\) și \(m_2\) sunt masele corpurilor care interacționează, \(R\) este distanța dintre ele, \(G\) este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională. Valoarea numerică a constantei gravitaționale a fost determinată experimental de Cavendish prin măsurarea forței de interacțiune între bile de plumb.

Sensul fizic al constantei gravitaționale decurge din legea gravitației universale. Dacă \(m_1 = m_2 = 1 \text(kg)\), \(R = 1 \text(m) \) , apoi \(G = F \) , adică constanta gravitațională este egală cu forța cu care sunt atrase două corpuri de 1 kg fiecare la o distanță de 1 m.

Valoare numerica:

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

Forțele gravitației universale acționează între orice corp din natură, dar ele devin vizibile la mase mari (sau dacă cel puțin masa unuia dintre corpuri este mare). Legea gravitației universale este îndeplinită numai pentru punctele materiale și bile (în acest caz, distanța dintre centrele bilelor este luată ca distanță).

Gravitaţie

Un tip special de forță gravitațională universală este forța de atracție a corpurilor către Pământ (sau către o altă planetă). Această forță se numește gravitaţie. Sub influența acestei forțe, toate corpurile capătă accelerație de cădere liberă.

În conformitate cu a doua lege a lui Newton \(g = F_T /m\) , prin urmare, \(F_T = mg \) .

Dacă M este masa Pământului, R este raza acestuia, m este masa unui corp dat, atunci forța gravitațională este egală cu

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

Forța gravitației este întotdeauna îndreptată spre centrul Pământului. În funcție de înălțimea \(h\) de mai sus suprafaţa pământuluiŞi latitudine geografică accelerarea poziției corpului cădere liberă capătă sensuri diferite. Pe suprafața Pământului și la latitudini medii, accelerația gravitației este de 9,831 m/s 2 .

Greutatea corporală

Conceptul de greutate corporală este utilizat pe scară largă în tehnologie și viața de zi cu zi.

Greutatea corporală notată cu \(P\) . Unitatea de greutate este newton (N). Deoarece greutatea este egală cu forța cu care corpul acționează asupra suportului, atunci, în conformitate cu a treia lege a lui Newton, cea mai mare greutate a corpului este egală cu forța de reacție a suportului. Prin urmare, pentru a afla greutatea corpului, este necesar să se determine cu ce este egală forța de reacție a suportului.

În acest caz, se presupune că corpul este nemișcat față de suport sau suspensie.

Greutatea unui corp și forța gravitației diferă în natură: greutatea unui corp este o manifestare a acțiunii forțelor intermoleculare, iar forța gravitațională este de natură gravitațională.

Se numește starea unui corp în care greutatea sa este zero imponderabilitate. Starea de imponderabilitate se observă într-un avion sau o navă spațială atunci când se deplasează cu accelerație în cădere liberă, indiferent de direcția și valoarea vitezei de mișcare a acestora. Exterior atmosfera pământului la oprire motoare cu reacție pe nava spatiala Doar forța gravitației universale acționează. Sub influența acestei forțe, nava și toate corpurile din ea se mișcă cu aceeași accelerație, prin urmare se observă o stare de imponderabilitate în navă.

Javascript este dezactivat în browserul dvs.
Pentru a efectua calcule, trebuie să activați controalele ActiveX!

În anii săi de declin, a vorbit despre cum a descoperit legea gravitației universale.

Când tânărul Isaac se plimba în grădină printre meri pe moșia părinților săi, a văzut luna pe cerul zilei. Iar lângă el a căzut un măr la pământ, căzând din ramură.

Din moment ce Newton lucra la legile mișcării chiar în acel moment, știa deja că mărul cădea sub influența câmpului gravitațional al Pământului. Și știa că Luna nu este doar pe cer, ci se învârte în jurul Pământului pe orbită și, prin urmare, este afectată de un fel de forță care o împiedică să iasă din orbită și să zboare în linie dreaptă spre exterior. spaţiu. Aici i-a venit ideea că poate aceeași forță face ca mărul să cadă la pământ și Luna să rămână pe orbita Pământului.

Înainte de Newton, oamenii de știință credeau că există două tipuri de gravitație: gravitația terestră (care acționează pe Pământ) și gravitația cerească (care acționează în ceruri). Această idee a fost ferm înrădăcinată în mintea oamenilor de atunci.

Înțelegerea lui Newton a fost că a combinat aceste două tipuri de gravitație în mintea lui. Din acest moment istoric, separarea artificială și falsă a Pământului și a restului Universului a încetat să mai existe.

Așa a fost descoperită legea gravitației universale, care este una dintre legile universale ale naturii. Conform legii, toate corpurile materiale se atrag unele pe altele, iar magnitudinea forței gravitaționale nu depinde de substanțele chimice și proprietăți fizice corpurile, asupra stării de mișcare a acestora, asupra proprietăților mediului în care se află corpurile. Gravitația pe Pământ se manifestă, în primul rând, în existența gravitației, care este rezultatul atracției oricărui corp material de către Pământ. Termenul asociat cu aceasta „gravitație” (din latină gravitas - greutate) , echivalent cu termenul „gravitație”.

Legea gravitației spune că forța de atracție gravitațională dintre două puncte materiale de masă m1 și m2, separate de o distanță R, este proporțională cu ambele mase și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.

Ideea însăși a forței universale a gravitației a fost exprimată în mod repetat înaintea lui Newton. Anterior, s-au gândit la asta Huygens, Roberval, Descartes, Borelli, Kepler, Gassendi, Epicur și alții.

Conform ipotezei lui Kepler, gravitația este invers proporțională cu distanța până la Soare și se extinde doar în planul ecliptic; Descartes îl considera rezultatul vârtejurilor din eter.

Au existat, totuși, presupuneri cu o dependență corectă de distanță, dar înainte de Newton nimeni nu a fost capabil să conecteze clar și matematic în mod concludent legea gravitației (o forță invers proporțională cu pătratul distanței) și legile mișcării planetare (legile lui Kepler). legi).

În lucrarea sa principală „Principii matematice ale filosofiei naturale” (1687) Isaac Newton a derivat legea gravitației pe baza legile empirice ale lui Kepler cunoscute la acea vreme.
El a arătat că:

    • mișcările observate ale planetelor indică prezența unei forțe centrale;
    • invers, forța centrală de atracție duce la orbite eliptice (sau hiperbolice).

Spre deosebire de ipotezele predecesorilor săi, teoria lui Newton a avut o serie de diferențe semnificative. Sir Isaac a publicat nu numai presupusa formulă a legii gravitației universale, dar a propus de fapt un model matematic complet:

    • legea gravitației;
    • legea mișcării (a doua lege a lui Newton);
    • sistem de metode de cercetare matematică (analiza matematică).

Luată împreună, această triadă este suficientă pentru un studiu complet al celor mai complexe mișcări ale corpurilor cerești, creând astfel bazele mecanicii cerești.

Dar Isaac Newton a plecat întrebare deschisă despre natura gravitației. De asemenea, nu a fost explicată ipoteza despre propagarea instantanee a gravitației în spațiu (adică ipoteza că odată cu o schimbare a pozițiilor corpurilor, forța gravitațională dintre ele se schimbă instantaneu), care este strâns legată de natura gravitației. Timp de peste două sute de ani după Newton, fizicienii au propus diverse modalități de a îmbunătăți teoria gravitației a lui Newton. Abia în 1915 aceste eforturi au fost încununate cu succes de creație Teoria generală a relativității a lui Einstein , în care toate aceste dificultăți au fost depășite.

Aristotel a susținut că obiectele masive cad pe pământ mai repede decât cele ușoare.

Newton a sugerat că Luna ar trebui considerată ca un proiectil care se mișcă de-a lungul unei traiectorii curbe, deoarece este afectată de gravitația Pământului. Suprafața Pământului este, de asemenea, curbată, astfel încât, dacă un proiectil se mișcă suficient de repede, traiectoria sa curbă va urma curbura Pământului și va „cădea” în jurul planetei. Dacă creșteți viteza unui proiectil, traiectoria acestuia în jurul Pământului va deveni o elipsă.

Galileo a arătat la începutul secolului al XVII-lea că toate obiectele cad „în mod egal”. Și cam în același timp, Kepler s-a întrebat ce a făcut planetele să se miște pe orbitele lor. Poate e magnetism? Isaac Newton, lucrând la „”, a redus toate aceste mișcări la acțiunea unei singure forțe numite gravitație, care se supune unor legi universale simple.

Galileo a arătat experimental că distanța parcursă de un corp care cade sub influența gravitației este proporțională cu pătratul timpului căderii: o minge care cade în două secunde va călători de patru ori mai departe decât același obiect în decurs de o secundă. Galileo a mai arătat că viteza este direct proporțională cu timpul căderii și din aceasta a dedus că o ghiulea de tun zboară de-a lungul unei traiectorii parabolice - unul dintre tipurile de secțiuni conice, precum elipsele de-a lungul cărora, potrivit lui Kepler, se mișcă planetele. Dar de unde vine această legătură?

Când Universitatea Cambridge s-a închis în timpul Marii Ciume, la mijlocul anilor 1660, Newton s-a întors la proprietatea familiei și și-a formulat acolo legea gravitației, deși a ținut-o secretă încă 20 de ani. (Povestea căderii mărului a fost nemaiauzită până când Newton, în vârstă de optzeci de ani, a spus-o după o cină mare.)

El a sugerat că toate obiectele din Univers generează o forță gravitațională care atrage alte obiecte (la fel cum un măr este atras de Pământ), iar aceeași forță gravitațională determină traiectoriile de-a lungul cărora stelele, planetele și alte corpuri cerești se mișcă în spațiu.

În zilele sale de declin, Isaac Newton a povestit cum s-a întâmplat asta: mergea de-a lungul livada de meri pe moșia părinților săi și a văzut deodată luna pe cerul zilei. Și chiar acolo, sub ochii lui, un măr s-a desprins de ramură și a căzut la pământ. Din moment ce Newton lucra la legile mișcării chiar în acel moment, știa deja că mărul cădea sub influența câmpului gravitațional al Pământului. De asemenea, știa că Luna nu doar atârnă pe cer, ci se rotește pe orbită în jurul Pământului și, prin urmare, este afectată de un fel de forță care o împiedică să iasă din orbită și să zboare în linie dreaptă. în spațiu deschis. Apoi i-a trecut prin minte că poate aceeași forță a făcut ca atât mărul să cadă la pământ, cât și Luna să rămână pe orbită în jurul Pământului.

Legea inversului pătratului

Newton a reușit să calculeze magnitudinea accelerației Lunii sub influența gravitației Pământului și a descoperit că aceasta este de mii de ori mai mică decât accelerația obiectelor (același măr) din apropierea Pământului. Cum poate fi asta dacă se mișcă sub influența aceleiași forțe?

Explicația lui Newton a fost că forța gravitației slăbește odată cu distanța. Un obiect de pe suprafața Pământului este de 60 de ori mai aproape de centrul planetei decât Luna. Gravitația în jurul Lunii este 1/3600, sau 1/602, cea a unui măr. Astfel, forța de atracție dintre două obiecte - fie că este Pământul și un măr, Pământul și Luna, fie Soarele și o cometă - este invers proporțională cu pătratul distanței care le separă. Dublați distanța și forța scade cu un factor de patru, triplă-o și forța devine de nouă ori mai mică etc. Forța depinde și de masa obiectelor - cu cât masa este mai mare, cu atât gravitația este mai puternică.

Legea gravitației universale poate fi scrisă sub formă de formulă:
F = G(Mm/r2).

Unde: forța gravitației este egală cu produsul masa mai mare Mși mai puțină masă mîmpărțit la pătratul distanței dintre ele r 2și înmulțit cu constanta gravitațională, notat majusculă G(minuscule g reprezintă accelerația indusă de gravitație).

Această constantă determină atracția dintre oricare două mase oriunde în Univers. În 1789 a fost folosit pentru a calcula masa Pământului (6·1024 kg). Legile lui Newton sunt excelente la prezicerea forțelor și mișcărilor într-un sistem de două obiecte. Dar când adaugi o treime, totul devine semnificativ mai complicat și duce (după 300 de ani) la matematica haosului.

Teoria clasică a gravitației a lui Newton (Legea gravitației universale a lui Newton)- o lege care descrie interacțiunea gravitațională în cadrul mecanicii clasice. Această lege a fost descoperită de Newton în jurul anului 1666. Se spune că puterea F (\displaystyle F) atracție gravitațională între două puncte materiale de masă m 1 (\displaystyle m_(1))Şi m 2 (\displaystyle m_(2)), separate prin distanță R (\displaystyle R), este proporțională cu ambele mase și invers proporțional cu pătratul distanței dintre ele - adică:

F = G ⋅ m 1 ⋅ m 2 R 2 (\displaystyle F=G\cdot (m_(1)\cdot m_(2) \over R^(2)))

Aici G (\displaystyle G)- constantă gravitațională egală cu 6,67408(31)·10 −11 m³/(kg s²) :.

YouTube enciclopedic

Deci, pe de o parte, forța gravitației este egală cu 9,81 ori masa lui Sal.

Pe de altă parte, este egal cu masa lui Sal pe accelerație gravitațională. Împărțind ambele părți ale ecuației la masa lui Sal, aflăm că coeficientul 9,81 este accelerația gravitațională.Și dacă am include în calcule înregistrarea completă a unităților de dimensiune, atunci, după ce au redus kilogramele, am vedea că accelerația gravitațională se măsoară în metri împărțit la o secundă pătrat, ca orice accelerație.

De asemenea, puteți observa că valoarea rezultată este foarte apropiată de cea pe care am folosit-o la rezolvarea problemelor legate de mișcarea unui corp aruncat: 9,8 metri pe secundă pătrat. Acest lucru este impresionant.

Să facem o altă problemă rapidă cu gravitația pentru că mai avem câteva minute. Să presupunem că avem o altă planetă numită Baby Earth. Fie ca raza Baby rS să fie jumătate din raza Pământului rE, iar masa sa mS este, de asemenea, egală cu jumătate din masa Pământului mE. Care va fi forța gravitației care va acționa aici asupra oricărui obiect și cu cât este mai mică decât forța gravitației? Deși, să lăsăm problema pentru data viitoare, apoi o voi rezolva. Te văd. Subtitrări de către comunitatea Amara.org

Proprietățile gravitației newtoniene

În teoria newtoniană, fiecare corp masiv generează un câmp de forță de atracție față de acest corp, care se numește câmp gravitațional. Acest câmp este potențial și funcția potențialului gravitațional pentru un punct material cu masă

M (\displaystyle M)

este determinată de formula: φ (r) = − G M r . (\displaystyle \varphi (r)=-G(\frac (M)(r)).) ÎN caz general , când densitatea substanței, ρ (\displaystyle \rho ) distribuite aleatoriu, satisface ecuația Poisson:

Δ φ = − 4 π G ρ (r) . (\displaystyle \Delta \varphi =-4\pi G\rho (r).) Rezolvarea acestei ecuații se scrie astfel:

φ = − G ∫ ρ (r) d V r + C , (\displaystyle \varphi =-G\int (\frac (\rho (r)dV)(r))+C,)

Unde

Traiectoria unui punct material într-un câmp gravitațional creat de un punct material mult mai mare respectă legile lui Kepler. În special, planetele și cometele din Sistemul Solar se mișcă în elipse sau hiperbole. Influența altor planete, care distorsionează această imagine, poate fi luată în considerare folosind teoria perturbațiilor.

Precizia legii lui Newton a gravitației universale

O evaluare experimentală a gradului de acuratețe a legii gravitației lui Newton este una dintre confirmările teoriei generale a relativității. Experimentele de măsurare a interacțiunii cvadrupol a unui corp rotativ și a unei antene staționare au arătat că incrementul δ (\displaystyle \delta )în expresia pentru dependenţa potenţialului newtonian r - (1 + δ) (\displaystyle r^(-(1+\delta))) la distante de cativa metri se afla in (2 , 1 ± 6 , 2) ∗ 10 − 3 (\displaystyle (2,1\pm 6,2)*10^(-3)). Alte experimente au confirmat, de asemenea, absența modificărilor în legea gravitației universale.

Legea gravitației universale a lui Newton în 2007 a fost testată la distanțe mai mici de un centimetru (de la 55 microni la 9,53 mm). Luând în considerare erorile experimentale, nu s-au găsit abateri de la legea lui Newton în intervalul de distanțe studiat.

Observațiile cu laser de precizie ale orbitei Lunii confirmă legea gravitației universale la distanța de la Pământ la Lună cu precizie 3 ⋅ 10 - 11 (\displaystyle 3\cdot 10^(-11)).

Legătura cu geometria spațiului euclidian

Faptul de egalitate cu foarte precizie ridicată 10 - 9 (\displaystyle 10^(-9)) exponent al distanței în numitorul expresiei pentru forța gravitațională față de număr 2 (\displaystyle 2) reflectă natura euclidiană a spațiului fizic tridimensional al mecanicii newtoniene. În spațiul euclidian tridimensional, aria suprafeței unei sfere este exact proporțională cu pătratul razei sale

Schiță istorică

Ideea însăși a forței universale a gravitației a fost exprimată în mod repetat înaintea lui Newton. Anterior s-au gândit la asta Epicur, Gassendi, Kepler, Borelli, Descartes, Roberval, Huygens și alții. Kepler credea că gravitația este invers proporțională cu distanța până la Soare și se extinde numai în planul ecliptic; Descartes a considerat că este rezultatul vârtejurilor din eter. Au existat, totuși, presupuneri cu o dependență corectă de distanță; Newton, într-o scrisoare către Halley, îi menționează pe Bulliald, Wren și Hooke drept predecesorii săi. Dar înainte de Newton, nimeni nu a fost capabil să demonstreze clar și matematic legătura dintre legea gravitației (o forță invers proporțională cu pătratul distanței) și legile mișcării planetare (legile lui Kepler).

  • legea gravitației;
  • legea mișcării (a doua lege a lui Newton);
  • sistem de metode de cercetare matematică (analiza matematică).

Luată împreună, această triadă este suficientă pentru un studiu complet al celor mai complexe mișcări ale corpurilor cerești, creând astfel bazele mecanicii cerești. Înainte de Einstein, nu au fost necesare modificări fundamentale la acest model, deși aparatul matematic s-a dovedit a fi necesar pentru a se dezvolta semnificativ.

Rețineți că teoria gravitației a lui Newton nu mai era, strict vorbind, heliocentrică. Deja în problema celor două corpuri, planeta se rotește nu în jurul Soarelui, ci în jurul lui centru general gravitația, deoarece nu numai Soarele atrage planeta, ci și planeta atrage Soarele. În cele din urmă, a devenit clar că era necesar să se țină cont de influența planetelor una asupra celeilalte.

În secolul al XVIII-lea, legea gravitației universale a făcut obiectul unei dezbateri active (supținătorii școlii Descartes i s-au opus) și verificări amănunţite. Până la sfârșitul secolului, a devenit general acceptat că legea gravitației universale face posibilă explicarea și prezicerea mișcărilor corpurilor cerești cu mare precizie. Henry Cavendish a efectuat în 1798 un test direct al validității legii gravitației în condiții terestre, folosind balanțe de torsiune extrem de sensibile. Un pas important a fost introducerea de către Poisson în 1813 a conceptului de potențial gravitațional și a ecuației Poisson pentru acest potențial; acest model a făcut posibilă studierea câmpului gravitațional cu o distribuție arbitrară a materiei. După aceasta, legea lui Newton a început să fie privită ca o lege fundamentală a naturii.

În același timp, teoria lui Newton conținea o serie de dificultăți. Principala este acțiunea inexplicabilă la distanță lungă: forța de atracție a fost transmisă incomprehensibil prin spațiu complet gol, și infinit de rapid. În esență, modelul lui Newton era pur matematic, fără niciun conținut fizic. În plus, dacă Universul, așa cum sa presupus atunci, este euclidian și infinit și, în același timp, densitate medie materia din ea este diferită de zero, atunci apare un paradox gravitațional. ÎN sfârşitul XIX-lea secolului, a fost descoperită o altă problemă: discrepanța dintre deplasarea teoretică și cea observată a periheliului lui Mercur.

Dezvoltare în continuare

Teoria generală a relativității

Timp de peste două sute de ani după Newton, fizicienii au propus diverse modalități de a îmbunătăți teoria gravitației a lui Newton. Aceste eforturi au fost încununate cu succes în 1915, odată cu crearea teoriei generale a relativității a lui Einstein, în care toate aceste dificultăți au fost depășite. Teoria lui Newton, în deplin acord cu principiul corespondenței, s-a dovedit a fi o aproximare a unei teorii mai generale, aplicabilă atunci când sunt îndeplinite două condiții:

În câmpurile gravitaționale staționare slabe, ecuațiile de mișcare devin newtoniene (potențial gravitațional). Pentru a demonstra acest lucru, arătăm că potențialul gravitațional scalar în câmpuri gravitaționale staționare slabe satisface ecuația Poisson.

Δ Φ = − 4 π G ρ (\displaystyle \Delta \Phi =-4\pi G\rho ).

Se știe (Potențial gravitațional) că în acest caz potențialul gravitațional are forma:

Φ = − 1 2 c 2 (g 44 + 1) (\displaystyle \Phi =-(\frac (1)(2))c^(2)(g_(44)+1)).

Să găsim componenta tensorului energie-impuls din ecuațiile câmpului gravitațional ale teoriei generale a relativității:

R i k = - ϰ (T i k - 1 2 g i k T) (\displaystyle R_(ik)=-\varkappa (T_(ik)-(\frac (1)(2))g_(ik)T)),

este determinată de formula: R i k (\displaystyle R_(ik))- tensor de curbură. Căci putem introduce tensorul energie cinetică-impuls ρ u i u k (\displaystyle \rho u_(i)u_(k)). Neglijarea cantităților din comandă u/c (\displaystyle u/c), puteți pune toate componentele T i k (\displaystyle T_(ik)), cu excepția T 44 (\displaystyle T_(44)), egal cu zero. Componentă T 44 (\displaystyle T_(44)) egal cu T 44 = ρ c 2 (\displaystyle T_(44)=\rho c^(2))şi prin urmare T = g i k T i k = g 44 T 44 = − ρ c 2 (\displaystyle T=g^(ik)T_(ik)=g^(44)T_(44)=-\rho c^(2)). Astfel, ecuațiile câmpului gravitațional iau forma R 44 = - 1 2 ϰ ρ c 2 (\displaystyle R_(44)=-(\frac (1)(2))\varkappa \rho c^(2)). Datorita formulei

R i k = ∂ Γ i α α ∂ x k − ∂ Γ i k α ∂ x α + Γ i α β Γ k β α − Γ i k α Γ α β β (\displaystyle R_(ik)=(\frac (\partial \ Gamma _(i\alpha )^(\alpha ))(\partial x^(k)))-(\frac (\partial \Gamma _(ik)^(\alpha ))(\partial x^(\alpha) )))+\Gamma _(i\alpha )^(\beta )\Gamma _(k\beta )^(\alpha )-\Gamma _(ik)^(\alpha )\Gamma _(\alpha \beta )^(\beta ))

valoarea componentei tensorului de curbură R 44 (\displaystyle R_(44)) poate fi luat egal R 44 = − ∂ Γ 44 α ∂ x α (\displaystyle R_(44)=-(\frac (\partial \Gamma _(44)^(\alpha ))(\partial x^(\alpha )))) iar din moment ce Γ 44 α ≈ - 1 2 ∂ g 44 ∂ x α (\displaystyle \Gamma _(44)^(\alpha )\approx -(\frac (1)(2))(\frac (\partial g_(44)) )(\partial x^(\alpha )))), R 44 = 1 2 ∑ α ∂ 2 g 44 ∂ x α 2 = 1 2 Δ g 44 = − Δ Φ c 2 (\displaystyle R_(44)=(\frac (1)(2))\sum _(\ alfa )(\frac (\partial ^(2)g_(44))(\partial x_(\alpha )^(2)))=(\frac (1)(2))\Delta g_(44)=- (\frac (\Delta \Phi )(c^(2)))). Astfel, ajungem la ecuația Poisson:

Δ Φ = 1 2 ϰ c 4 ρ (\displaystyle \Delta \Phi =(\frac (1)(2))\varkappa c^(4)\rho ), Unde ϰ = − 8 π G c 4 (\displaystyle \varkappa =-(\frac (8\pi G)(c^(4))))

Gravitația cuantică

Cu toate acestea teorie generală relativitatea nu este teoria finală a gravitației, deoarece descrie în mod nesatisfăcător procesele gravitaționale la scară cuantică (la distanțe de ordinul distanței Planck, aproximativ 1,6⋅10 −35). Construirea unei teorii cuantice consistente a gravitației este una dintre cele mai importante probleme nerezolvate ale fizicii moderne.

Din punctul de vedere al gravitației cuantice, interacțiunea gravitațională are loc prin schimbul de gravitoni virtuali între corpuri care interacționează. Conform principiului incertitudinii, energia unui graviton virtual este invers proporțională cu timpul existenței sale din momentul emiterii de către un corp până la momentul absorbției de către un alt corp. Durata de viață este proporțională cu distanța dintre corpuri. Astfel, la distanțe scurte, corpurile care interacționează pot schimba gravitoni virtuali cu lungimi de undă scurte și lungi, iar la distanțe mari doar gravitoni cu unde lungi. Din aceste considerente putem obține legea proporționalitate inversă Potențialul newtonian față de distanță. Analogia dintre legea lui Newton și legea lui Coulomb se explică prin faptul că masa gravitonului, ca și masa

Obi-Wan Kenobi a spus că puterea ține galaxia unită. Același lucru se poate spune despre gravitație. Realitate: gravitația ne permite să mergem pe Pământ, Pământul să se rotească în jurul Soarelui și Soarele să se miște în jurul gaurii negre supermasive din centrul galaxiei noastre. Cum să înțelegem gravitația? Acest lucru este discutat în articolul nostru.

Să spunem imediat că nu veți găsi aici un răspuns unic corect la întrebarea „Ce este gravitația”. Pentru că pur și simplu nu există! Gravitația este una dintre cele mai multe fenomene misterioase, cu privire la care oamenii de știință sunt nedumeriți și încă nu-și pot explica pe deplin natura.

Există multe ipoteze și opinii. Există mai mult de o duzină de teorii ale gravitației, alternative și clasice. Ne vom uita la cele mai interesante, relevante și moderne.

Vrei mai mult informatii utileși știri proaspete în fiecare zi? Alăturați-vă nouă pe telegram.

Gravitația este o interacțiune fizică fundamentală

Există 4 interacțiuni fundamentale în fizică. Datorită lor, lumea este exact ceea ce este. Gravitația este una dintre aceste interacțiuni.

Interacțiuni fundamentale:

  • gravitaţie;
  • electromagnetism;
  • interacțiune puternică;
  • interacțiune slabă.
Gravitația este cea mai slabă dintre cele patru forțe fundamentale.

Pe momentul actual Teoria actuală care descrie gravitația este GTR (relativitatea generală). A fost propus de Albert Einstein în 1915-1916.

Cu toate acestea, știm că este prea devreme să vorbim despre adevărul suprem. La urma urmei, cu câteva secole înainte de apariția relativității generale în fizică, teoria lui Newton a dominat pentru a descrie gravitația, care a fost extinsă semnificativ.

În cadrul GTO pe în acest moment este imposibil de explicat și descris toate problemele legate de gravitație.

Înainte de Newton, se credea că gravitația de pe pământ și gravitația din cer sunt lucruri diferite. Se credea că planetele se mișcă după propriile lor legi ideale, diferite de cele de pe Pământ.

Newton a descoperit legea gravitației universale în 1667. Desigur, această lege a existat chiar și pe vremea dinozaurilor și mult mai devreme.

Filosofii antici s-au gândit la existența gravitației. Galileo a calculat experimental accelerația gravitației pe Pământ, descoperind că este aceeași pentru corpurile de orice masă. Kepler a studiat legile mișcării corpurilor cerești.

Newton a reușit să formuleze și să generalizeze rezultatele observațiilor sale. Iată ce a primit:

Două corpuri se atrag unul pe altul cu o forță numită forță gravitațională sau gravitație.

Formula pentru forța de atracție dintre corpuri:

G este constanta gravitațională, m este masa corpurilor, r este distanța dintre centrele de masă ale corpurilor.

Ce sens fizic constantă gravitațională? Este egala cu forta cu care corpurile cu mase de 1 kilogram actioneaza fiecare unul asupra celuilalt, fiind la o distanta de 1 metru unul de altul.


Conform teoriei lui Newton, fiecare obiect creează un câmp gravitațional. Acuratețea legii lui Newton a fost testată la distanțe mai mici de un centimetru. Desigur, pentru mase mici aceste forțe sunt nesemnificative și pot fi neglijate.

Formula lui Newton este aplicabilă atât pentru calcularea forței de atracție a planetelor față de soare, cât și pentru obiectele mici. Pur și simplu nu observăm forța cu care, să zicem, sunt atrase bilele de pe o masă de biliard. Cu toate acestea, această forță există și poate fi calculată.

Forța de atracție acționează între orice corp din Univers. Efectul său se extinde la orice distanță.

Legea gravitației universale a lui Newton nu explică natura forței gravitației, ci stabilește legi cantitative. Teoria lui Newton nu contrazice GTR. Este suficient de rezolvat probleme practice la scara Pământului și pentru a calcula mișcarea corpurilor cerești.

Gravitația în relativitatea generală

În ciuda faptului că teoria lui Newton este destul de aplicabilă în practică, are o serie de dezavantaje. Legea gravitației universale este descriere matematică, dar nu oferă o idee despre natura fizică fundamentală a lucrurilor.

Potrivit lui Newton, forța gravitației acționează la orice distanță. Mai mult, acționează instantaneu. Având în vedere că cea mai mare viteză din lume este viteza luminii, există o discrepanță. Cum poate gravitația să acționeze instantaneu la orice distanță, când lumina nu este nevoie de o clipă, ci de câteva secunde sau chiar ani pentru a le depăși?

În cadrul relativității generale, gravitația este considerată nu ca o forță care acționează asupra corpurilor, ci ca o curbură a spațiului și timpului sub influența masei. Astfel, gravitația nu este o interacțiune de forță.


Care este efectul gravitației? Să încercăm să o descriem folosind o analogie.

Să ne imaginăm spațiul sub forma unei foi elastice. Dacă îi pui unul ușor minge de tenis IR, suprafața va rămâne plană. Dar dacă puneți o greutate mare lângă minge, aceasta va apăsa o gaură pe suprafață, iar mingea va începe să se rostogolească spre greutatea mare și grea. Aceasta este „gravitația”.

Apropo! Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Descoperirea undelor gravitaționale

Undele gravitaționale au fost prezise de Albert Einstein încă din 1916, dar au fost descoperite doar o sută de ani mai târziu, în 2015.

Ce sunt undele gravitaționale? Să facem din nou o analogie. Daca arunci o piatra in apa linistita, vor aparea cercuri la suprafata apei de unde cade. Undele gravitaționale sunt aceleași ondulații, perturbări. Numai că nu pe apă, ci în lume spațiu-timp.

În loc de apă există spațiu-timp și în loc de piatră, să zicem, o gaură neagră. Orice mișcare accelerată a masei generează o undă gravitațională. Dacă corpurile sunt în stare de cădere liberă, atunci când trece o undă gravitațională, distanța dintre ele se va modifica.


Deoarece gravitația este o forță foarte slabă, detectarea undelor gravitaționale a fost asociată cu mari dificultăți tehnice. Tehnologii moderne a făcut posibilă detectarea unei explozii de unde gravitaționale numai din surse supermasive.

Un eveniment potrivit pentru detectarea unei unde gravitaționale este fuziunea găurilor negre. Din păcate sau din fericire, acest lucru se întâmplă destul de rar. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să înregistreze un val care s-a rostogolit literalmente în spațiul Universului.

Pentru înregistrarea undelor gravitaționale a fost construit un detector cu diametrul de 4 kilometri. În timpul trecerii undei au fost înregistrate vibrațiile oglinzilor pe suspensii în vid și interferența luminii reflectate de acestea.

Undele gravitaționale au confirmat validitatea relativității generale.

Gravitația și particulele elementare

În modelul standard, fiecare interacțiune este responsabilă pentru anumite particule elementare. Putem spune că particulele sunt purtătoare de interacțiuni.

Gravitonul, o particulă ipotetică fără masă cu energie, este responsabilă de gravitație. Apropo, în materialul nostru separat, citiți mai multe despre bosonul Higgs, care a provocat mult zgomot și alte particule elementare.

În cele din urmă, iată câteva fapte interesante despre gravitație.

10 fapte despre gravitație

  1. Pentru a depăși forța gravitațională a Pământului, un corp trebuie să aibă o viteză de 7,91 km/s. Acesta este primul viteza de evacuare. Este suficient ca un corp (de exemplu, o sondă spațială) să se miște pe orbită în jurul planetei.
  2. Pentru a scăpa de câmpul gravitațional al Pământului, nava spațială trebuie să aibă o viteză de cel puțin 11,2 km/s. Aceasta este a doua viteză de evacuare.
  3. Obiectele cu cea mai puternică gravitate sunt găurile negre. Gravitația lor este atât de puternică încât atrag chiar și lumina (fotoni).
  4. Nu veți găsi forța gravitației în nicio ecuație a mecanicii cuantice. Cert este că atunci când încerci să incluzi gravitația în ecuații, acestea își pierd relevanța. Acesta este unul dintre cele mai multe probleme importante fizicii moderne.
  5. Cuvântul gravitație provine din latinescul „gravis”, care înseamnă „greu”.
  6. Cu cât obiectul este mai masiv, cu atât gravitația este mai puternică. Dacă o persoană care cântărește 60 de kilograme pe Pământ se cântărește pe Jupiter, cântarul va arăta 142 de kilograme.
  7. Oamenii de știință de la NASA încearcă să dezvolte un fascicul gravitațional care să permită deplasarea obiectelor fără contact, depășind forța gravitațională.
  8. Astronauții aflați pe orbită experimentează și gravitația. Mai precis, microgravitația. Ei par să cadă la nesfârșit împreună cu nava în care se află.
  9. Gravitația atrage întotdeauna și nu respinge niciodată.
  10. Gaura neagră, de dimensiunea unei mingi de tenis, atrage obiecte cu aceeași forță ca planeta noastră.

Acum cunoașteți definiția gravitației și puteți spune ce formulă este folosită pentru a calcula forța de atracție. Dacă granitul științei vă presează pe pământ mai puternic decât gravitația, contactați serviciul nostru pentru studenți. Vă vom ajuta să studiați cu ușurință sub cele mai grele sarcini!

© 2024 kigp.ru - Motoare pentru bărci. Bărci. Motoare pe benzină. Echipamente si accesorii