Сила гравитационного притяжения. Однородная сила тяжести

ГРАВИТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ элементарных частиц, наиболее слабое из всех известных фундаментальных взаимодействий, характеризуемое участием гравитационного поля (поля тяготения). По современным представлениям, любое взаимодействие частиц осуществляется путём обмена между ними виртуальными (или реальными) частицами — переносчиками взаимодействия. В электромагнитном, слабом и сильном взаимодействиях переносчиками являются фотон, промежуточные векторные бозоны и глюоны соответственно. Для гравитационного взаимодействия вопрос о переносчиках не прост, и сама теория гравитационного взаимодействия занимает особое место в физической картине мира.

Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила взаимодействия двух точечных масс (размеры которых малы по сравнению с расстоянием r между ними)

F g =Gm 1 m 2 /r 2 , (1)

где, m 2 — массы частиц, G = 6,67·10 -11 м 3 /кг?с 2 — гравитационная постоянная. Сила гравитационного взаимодействия двух протонов в 10 36 раз меньше кулоновской силы электростатического взаимодействия между ними. Это соотношение не изменяется и при учёте релятивистских эффектов вплоть до расстояний, равных комптоновской длине волны протона. Величину √Gm можно назвать «гравитационным зарядом». При таком определении «заряда» формула (1) совпадает с законом Кулона для взаимодействия электрических зарядов. Гравитационный заряд пропорционален массе тела, поэтому, согласно второму закону Ньютона (F = ma), ускорение а, вызываемое силой (1), не зависит от массы ускоряемого тела. Этот факт, проверенный с большой точностью, называется эквивалентности принципом. В релятивистской теории гравитационного взаимодействия вследствие соотношения между массой и энергией (Е = mс 2) гравитационный заряд пропорционален энергии, то есть полной массе m, а не массе покоя, как в формуле (1). Это обусловливает универсальность гравитационного взаимодействия. Нет такого вида материи, который имел бы нулевой гравитационный заряд. Именно это свойство гравитационного взаимодействия отличает его от других фундаментальных взаимодействий элементарных частиц. Кроме того, при больших энергиях частиц гравитационное взаимодействие уже нельзя считать слабым. При энергии >10 18 ГэВ гравитационный заряд частицы √GE/c 2 становится равным её электрическому заряду е, и при очень высоких энергиях гравитационного взаимодействия может стать основным.

Важнейшее свойство гравитационного поля состоит в том, что оно определяет геометрию пространства-времени, в котором движется материя. Геометрия мира не может быть задана изначально и изменяется при движении материи, создающей гравитационное поле (смотри Тяготение). А. Эйнштейн сделал такой вывод из свойства универсальности гравитационного взаимодействия и построил релятивистскую теорию гравитации — общую теорию относительности (ОТО). Эксперименты подтверждают справедливость ОТО в случае слабых гравитационных полей (когда гравитационный потенциал по абсолютной величине много меньше с 2). Для сильных полей ОТО ещё не проверена, поэтому возможны и другие теории гравитационного взаимодействия.

ОТО возникла как обобщение специальной теории относительности. Другие теории гравитации возникают как отражение успехов физики элементарных частиц — теоретической и экспериментальной. Например, теория гравитации Эйнштейна-Картана-Траутмана (так называемая гравитация с кручением, Эйнштейн, А. Картан, А. Траутман, 1922-72) расширяет принцип эквивалентности в том смысле, что гравитационное поле в ней взаимодействует не только с энергией (тензором энергии-импульса) частиц, но и с их спином.

В так называемой f-g теории гравитации К. Дж. Айшема, А. Салама и Дж. Стразди (1973) предполагается существование двух гравитационных полей: носителями одного из них являются безмассовые частицы со спином 2 (обычная, «слабая» гравитация ОТО), это поле взаимодействует с лептонами; другое поле переносится массивными частицами (f-мезонами) со спином 2 («сильная» гравитация) и взаимодействует с адронами.

Скалярно-тензорная теория гравитации Бранса-Дикке-Йордана (К. Бранс, Р. Дикке, П. Йордан, 1959-61) явилась развитием идеи П. Дирака об изменении со временем фундаментальных физических констант и констант взаимодействия.

А. Д. Сахаров выдвинул (1967) идею о гравитации как индуцированном взаимодействии, по аналогии с силами Ван дер Ваальса, которые имеют электромагнитную природу. В этой теории гравитационного взаимодействия — не фундаментальное взаимодействие, а результат квантовых флуктуаций всех других полей. Успехи квантовой теории поля (КТП) сделали возможным вычисление индуцированной гравитационной постоянной G, которая в этом случае выражается через параметры этих квантовых полей.

Теория тяготения — классическая теория, квантовая теория гравитации ещё не создана. Необходимость квантования вызвана тем, что элементарные частицы — объекты квантовой природы, и поэтому соединение классического взаимодействия и квантованных источников этого взаимодействия представляется непоследовательным.

Создание квантовой теории гравитации наталкивается на большие математические трудности, возникающие вследствие нелинейности уравнений ноля. Существует несколько методов квантования таких сложных математических объектов; эти методы развиваются и совершенствуются (смотри Квантовая теория тяготения). Как и в квантовой электродинамике (КЭД), при вычислениях появляются расходимости, однако, в отличие от КЭД, квантовая теория гравитации оказывается неперенормируемой. Здесь имеется аналогия с теорией слабого взаимодействия, которая тоже, взятая отдельно, вне связи с другими взаимодействиями, неперенормируема. Но объединение слабого и электромагнитного взаимодействий (на основе идеи о так называемом спонтанном нарушении симметрии) позволило построить единую перенормируемую теорию электрослабого взаимодействия. В этой связи большие надежды возлагаются на супергравитацию — теорию, в которой объединены все взаимодействия на основе суперсимметрии и в которой, кроме гравитонов (безмассовых частиц со спином 2, бозонов), имеются и другие переносчики гравитационного взаимодействия — фермионы, получившие название гравитино.

Интерес к созданию квантовой теории гравитации не является чисто академическим. Связь гравитационного взаимодействия со всеми видами материи и с пространственно-временным многообразием неизбежно приведёт в будущей квантовой теории к квантованию пространства-времени и к изменению наших взглядов не только на пространство и время на сверхмалых расстояниях и промежутках времени, но и на понятие «частицы», на процедуру измерений в микромире, а также к изменению структуры современной теории элементарных частиц.

Некоторые контуры этих изменений уже просматриваются. Это, прежде всего проблема расходимостей в КТП. Расходимость, например, собственной энергии электрически заряженной частицы появляется уже в классической электродинамике. Полная масса М классической заряженной тонкой сферы, имеющей заряд е и размер r 0 , равна

М = М 0 + е 2 /2r 0 с 2 , (2)

где М 0 — затравочная масса. При r 0 → 0 масса М становится бесконечной. Эта расходимость не устраняется и в квантовой теории, она становится только более слабой — логарифмической. Если учесть гравитационное взаимодействие и то, что оно зависит от полной массы М, расходимость собственной энергии исчезает уже в классической теории.

К вопросу о расходимостях можно подойти с другой стороны. Взаимодействие в КТП представляет собой обмен виртуальными частицами сколь угодно больших энергий. Поэтому при интегрировании по этим энергиям получаются расходящиеся выражения. В ОТО частицы не могут быть точечными. Их минимальный размер определяется гравитационным радиусом r g . Чем больше масса (энергия), тем больше гравитационный радиус:

Если тело массы М сжато до размеров, меньших r g , то оно превращается в чёрную дыру размером r g . В квантовой теории также есть предел локализации частицы — её комптоновская длина волны l С = ћ/М с, которая, очевидно, не может быть меньше гравитационного радиуса. Поэтому появляется надежда, что в теории, учитывающей гравитационное взаимодействие, промежуточные состояния со сколь угодно большими энергиями не возникнут и, следовательно, расходимости исчезнут. Максимальная масса (энергия) частиц соответствует равенству l C = r g , и равна М Р | =√ћc/G ≈ 10 -5 г. Эта величина называется планковской массой, и ей соответствует планковская длина l Р| = √ћG/c 3 ≈ 10 -33 см.

М. А. Марков предположил (1965), что могут существовать элементарные частицы массы М Р| и что эти частицы имеют максимально возможную для элементарной частицы массу. Он назвал эти частицы максимонами. Заряженные максимоны с массой М = e/√G ≈ 10 -6 г Марков назвал фридмонами. Фридмоны и максимоны обладают рядом необычных свойств. Так, геометрия внутри этих частиц может существенно отличаться от геометрии снаружи, и можно представить такие фридмоны и максимоны, внутри которых находятся целые вселенные. Вполне возможно, что квантовые образования, подобные максимонам и фридмонам, определяли ранние этапы эволюции Вселенной и задавали начальный вакуум единого взаимодействия, которое при расширении Вселенной расчленилось, например, посредством механизма спонтанного нарушения симметрии, на четыре взаимодействия, известные в настоящее время. Направление развития физики элементарных частиц не исключает, а, скорее, предполагает такую возможность.

Не только квантовая гравитация может оказать существенное влияние на теорию других взаимодействий, несомненно и обратное влияние. Исследования КТП в искривлённом пространстве-времени, исследования испарения чёрных дыр и рождения частиц в космологии показывают, что КТП приводит к видоизменению уравнений Эйнштейна. В современных объединённых теориях взаимодействия элементарных частиц плотность энергии вакуума может быть отлична от нуля и, следовательно, обладать собственным гравитационным полем. Доминантность этой плотности энергии ведёт к ускорению расширения современной Вселенной. Наконец, в моделях многомерной гравитации процессы негравитационных взаимодействий происходят на 4-мерной бране (подпространстве) в многомерном пространстве-времени. При энергиях, подводящих частицу к границе браны, может наблюдаться нарушение лоренц-инвариантности, а гравитационное взаимодействие перестаёт быть слабым.

Всё это свидетельствует о том, что создание квантовой теории гравитационного взаимодействия невозможно без учёта других фундаментальный взаимодействий и, наоборот, теория других взаимодействий не будет полна и свободна от внутренних противоречий без учёта гравитационного взаимодействия. Достигнуть подобного объединения гравитационного взаимодействия с другими взаимодействиями, возможно, удастся в рамках интенсивно развивающейся теории струн. Исследованию такого объединения способствуют методы космомикрофизики, изучающей фундаментальную взаимосвязь микро и макромира в сочетании её физического, космологического и астрофизического проявлений.

Лит.: Марков М. А. О природе материи. М., 1976; Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. М., 1977. Т. 1-3; А. Эйнштейн и теория гравитации. М., 1979; Гриб А. А., Мамаев С. Г., Мостепаненко В. М. Квантовые эффекты в интенсивных внешних полях. М., 1980; Рубаков В. А. Большие и бесконечные дополнительные измерения // Успехи физических наук. 2001. Т. 171. Вып. 9; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. 8-е изд. М., 2003; Хлопов М. Ю. Основы космомикрофизики. М., 2004.

В. А. Березин, М. Ю. Хлопов.

Считается, что любое физическое тело во Вселенной имеет свое гравитационное поле. Это гравитационное поле формируется как совокупность гравитационных полей всех частиц, атомов и молекул, из которых состоит это физическое тело. В зависимости от массы, плотности и других характеристик физического тела гравитационное поле одних физических тел отлично от других. Крупные физические тела обладают более сильным и обширным гравитационным полем и способны притягивать к себе другие, более мелкие физические тела. Значение силы их взаимного притяжения друг к другу определяется законом всемирного тяготения И. Ньютона — гравитацией. Это относится и к любому физическому телу во Вселенной.

Так в чем же заключается физический смысл гравитации физических тел? О чем не успел нам поведать великий гений — И. Ньютон?

Попробуем внести ясность в этот вопрос. В своей теории И. Ньютон рассматривал не частицы, а, прежде всего, планеты и звезды. Мы же, прежде чем перейти к рассмотрению гравитационных взаимодействий между планетами и звездами во Вселенной, уже имея представление о гравитационном взаимодействии частиц, попробуем разобраться в гравитационном взаимодействии между физическими телами на Земле и понять в чем же заключается общий физический смысл гравитации.

Предположение

Полагаю, что физический смысл гравитации в общем виде состоит в постоянном стремлении разреженной эфирной области физического тела перейти в равновесное состояние с окружающей эфирной средой, уменьшая свое напряженное состояние, за счет притяжения других разреженных эфирных областей других физических тел в область своего эфирного разрежения .

Если рассматривать гравитационное взаимодействие нашей планеты и любого другого физического тела, поднятого над землёй или попавшего к нам из космоса, то можно констатировать, что любое другое физическое тело всегда падает на поверхность Земли. Обычно, в этом случае мы говорим, что Земля, благодаря гравитации, притягивает к себе физические тела. Однако, понять и объяснить механизм этого притяжения пока никто не сумел.

Вместе с тем, физическая сущность этого загадочного явления объясняется тем, что разреженная эфирная среда у поверхности земли более разрежена, чем на расстоянии от неё. Другими словами, гравитационное поле и сила притяжения Земли у её поверхности проявляется более мощно, чем на расстоянии от планеты. Заметим, что речь идёт только об эфирной среде, а не об атмосфере Земли, в которой находятся атомы, молекулы и мельчайшие частички различных химических веществ. Именно наполнение эфирной среды этими химическими субстанциями придают разреженной эфирной среде в атмосфере Земли дополнительную плотность.

Сама же эфирная среда составляет не только атмосферу Земли. Она совершенно беспрепятственно пронизывает и всё тело планеты. Все частицы, входящие в состав всего, что имеется на Земле и из чего она состоит, включая её атмосферу, кору, мантию и ядро, вращаются в эфирном вихре, который не останавливается вот уже много миллиардов лет. При этом, вращение планеты, как впрочем и вращение всех планет и звёзд во Вселенной, обеспечивается воздействием их эфирных вихрей. Эфирная среда Земли вращается согласовано с ней и её атмосферой.

Разреженность эфирной среды зависит только от расстояния до центра Земли и не зависит от плотности земной коры или мантии. Поэтому показатели силы притяжения Земли также зависят не от плотности горных пород, воды или воздуха, а только от того на каком расстоянии от центра планеты мы производим измерение этой силы.

Доказать это достаточно просто, используя данные гравитационного ускорения физических тел (ускорения свободного падения) на различных расстояниях от поверхности планеты. Например, на поверхности земли оно будет равно 9,806 м/сек 2 , на высоте 5 км — 9,791 м/сек 2 , на высоте 10 км — 9,775 м/сек 2 , 100 км — 9,505 м/сек 2 , 1000км — 7,36 м/сек 2 ,

10 000 км — 1,5 м/сек 2 , а на высоте 400 000 км — 0,002 м/сек 2 .

Эти данные говорят о том, что с увеличением расстояния от центра Земли увеличивается и плотность эфирной среды, что ведёт к уменьшению ускорения свободного падения и силы притяжения Земли.

Ближе к центру планеты разреженность эфирной среды увеличивается. Увеличение разреженности эфирной среды предопределяет увеличение гравитационного ускорения, а, следовательно, и веса тела. Это подтверждает наше понимание физической сущности гравитации, как таковой.

При попадании какого-либо другого физического тела в гравитационное поле планеты, оно оказывается в положении, когда эфирная среда над падающим телом всегда более плотная, чем эфирная среда под этим телом. Тогда, более плотная эфирная среда будет воздействовать на тело, перемещая его из более плотной среды — в менее плотную. Тело, словно, постоянно теряет опору под собой и «проваливается» в пространстве по направлению к земле.

Известно, что значение показателя ускорения свободного падения тела на экваторе составляет 9,75 м/сек 2 , что меньше значения этого показателя на полюсах Земли, которое достигает 9,81 м/сек 2 . Учёные объясняют эту разницу суточным вращением Земли вокруг своей оси, отклонением формы Земли от сферической и неоднородным распределением плотности земных пород. На самом деле, можно принять во внимание только специфическую форму планеты. Всё остальное, если и имеет своё влияние на значение показателей ускорения свободного падения на экваторе и на полюсах, то очень и очень незначительное.

Однако, наши взгляды на гравитацию и причины её проявления получат хорошее подтверждение, если мы представим себе классическую сферу, самые удалённые точки которой от центра Земли будут находится на экваторе. В этом случае, на полюсах от поверхности этой классической умозрительной сферы до поверхности Земли образуется расстояние равное 21.3 км. Это легко объясняется несколько приплюснутой формой планеты. Поэтому расстояние от поверхности земли на полюсе до центра Земли меньше, чем то же расстояние на экваторе. Но тогда, в соответствии с нашими взглядами эфирная среда на полюсах планеты более разрежена и, следовательно, её гравитационное поле более мощное, что и приводит к более высоким показателям по ускорению свободного падения.

Это происходит потому, что разреженная область более массивного физического тела первоначально захватывает разреженную эфирную область другого физического тела, а, затем, приближает к себе и само физическое тело, которое имеет меньшую массу или меньшее количество уплотненного эфира.

Ввиду того, что снять напряжение эфирной среды привлечением новых физических тел в гравитационное поле массивного физического тела невозможно, так как в этом случае его масса будет только увеличиваться, а, следовательно, гравитационное поле только расширяться, то это стремление будет длиться постоянно, обеспечивая гравитационное постоянство физических тел. Поэтому физическое тело, привлекая к себе другие физические тела, будет лишь увеличивать свою массу, а, следовательно, и свое гравитационное поле.

В эфирном пространстве Вселенной этот процесс будет происходить до того момента, пока гравитационные силы одной планеты или звезды не уравновесятся с гравитационными силами других планет и звезд, а также с ядром своей галактики и ядром Вселенной. При этом, все планеты или звезды будут находиться в напряженном, но равновесном состоянии по отношению друг к другу.

Силы гравитации между физическими телами начинают проявляться с момента соприкосновения гравитационных полей этих тел. Исходя из этого, можно полагать, что гравитация, действительно, обладает дальнодействием . При этом, гравитационное взаимодействие начинает проявляться практически мгновенно и, конечно же, без всякого участия каких-либо гравитонов или других непонятных частиц.

Из всего этого следует, что взаимодействуют не физические тела, а взаимодействуют их гравитационные поля, которые деформируясь, притягивают физические тела друг к другу . Позвольте, но ведь это противоречит положениям законов уважаемого И. Ньютона, которые постулируют силу притяжения масс физических тел и которые добросовестно служили и служат человечеству уже не одно столетие!

Не стал бы так драматизировать ситуацию. Наши утверждения не отвергают законы глубокоуважаемого ученого. Они лишь раскрывают их физическую сущность, оставляя вопрос проявления этих законов абсолютно нетронутым.

И это, именно, так. Но по закону И. Ньютона любое физическое тело имеет свое гравитационное поле и взаимодействует с другими физическими телами в соответствии с их массами и расстояниями между их центрами. При этом, И. Ньютон, прежде всего, имел ввиду взаимодействие планет и звезд. Его научные последователи механически перенесли особенности взаимодействия планет и звезд на взаимодействие любых физических тел, исходя из универсальности закона всемирного тяготения.

Вместе с тем, мимо их внимания не прошел тот факт, что на нашей планете, Земля исправно притягивает любые физические тела, но сами физические тела не очень-то стремятся друг к другу. За исключением, конечно, магнитов. Видимо, чтобы не нарушать научной идиллии и не ставить под сомнение закон всемирного тяготения ученые постулировали, что массы окружающих нас физических тел на нашей планете во вселенском масштабе чрезвычайно малы и поэтому сила гравитации при их приближении друг к другу проявляется очень и очень слабо.

Однако, мы можем попробовать вплотную приблизить добросовестно отполированные физические тела из любого вещества друг к другу, практически исключив наличие расстояния между ними. Казалось бы, что в соответствии с законом, силы гравитации должны вырваться наружу и удивить нас своим безраздельным присутствием и удалой мощью. Но этого не происходит. Силы гравитации скромно и без особого энтузиазма тихо наблюдают за нашими усилиями из самого отдаленного уголка каждого взаимодействующего физического тела. В чем же дело? Как выходить из этого щекотливого положения. Ведь, закон есть? Есть. Действует? Действует. Значит, все нормально?!

Нет, не нормально. Если придерживаться этого утверждения, то многие предметы, расположенные рядом друг с другом, «слиплись» бы в одно мгновение, наполнив нашу жизнь такими проблемами, что человечество, недолго сопротивляясь, давно бы прекратило свое кошмарное существование.

Можно возразить и сослаться на то, что эти физические тела очень малы. Поэтому они и не притягиваются. Но это не очень убедительно. Почему? Потому что огромный, даже в масштабе Земли, тибетский горный массив давно бы уже собрал на своих суровых вершинах все пролетающие мимо самолеты и не позволил бы неутомимым путешественникам и альпинистам, ввиду мощного проявления своих гравитационных сил, поднять даже самую легкую амуницию. И вряд ли, кто-нибудь может заподозрить суровый Тибет в недостаточности размеров, плотности или массы.

Что же делать? На помощь приверженцам всемогущих формул опять пришли достаточно сомнительные коэффициенты в образе «гравитационной постоянной» — не совсем убедительной госпожи «G», равной примерно 6,67х10 -11 кг -1 м 3 сек -2 . Наличие этой постоянной в формуле И. Ньютона немедленно превращало значение любой силы практически в ничто. Почему именно эта цифра? Просто потому, что сопоставимых с ней показателей массы какого-либо физического тела на нашей планете человечество предоставить просто не может. Поэтому, судя по значению этой постоянной, сила притяжения любых физических тел на Земле будет чрезвычайно мала. И это будет прекрасно объяснять отсутствие видимого взаимодействия физических тел на Земле.

А почему 10 -11 кг -1 ? Да, потому что масса Земли, которая уж совершенно точно притягивает к себе все физические тела без исключения (скрыть это не представляется возможным) составляет примерно 6х10 24 кг. Поэтому только для нее 10 -11 кг -1 легко преодолимо. Вот такое оригинальное решение вопроса.(((

Не сумев объяснить суть проблемы ученые мужи, как часто это бывает, ввели в формулу некую постоянную величину, которая не решая проблемы, позволяла придать физическому процессу или природному явлению некую околонаучную ясность.

Кстати, И. Ньютон к этому, похоже, не имел никакого отношения. В своих работах при разработке закона всемирного тяготения он никогда не упоминал ни о какой гравитационной постоянной. Не упоминали о ней и его современники. Впервые гравитационная постоянная была введена в закон всемирного тяготения лишь в начале ХIХ века французским физиком, математиком и механиком С.Д. Пуассоном. Однако, история не зафиксировала ни одного ученого, который бы взял на себя ответственность и за методику ее вычисления, и за ее общепринятые значения.

История ссылается на английского физика Генри Кавендиша, который в 1798 году поставил уникальный эксперимент с использованием крутильных весов. Но следует заметить, что Г. Кавендиш ставил свой эксперимент лишь с целью определения средней плотности Земли и ни о какой гравитационной постоянной он никогда не говорил и не писал. Тем более, не рассчитывал никаких численных ее значений.

Численный показатель гравитационной постоянной, якобы, был вычислен гораздо позже на основе расчетов Г. Кавендиша средней плотности Земли, но кто и когда его вычислил так и осталось тайной, как и то, для чего все это было нужно.

И, видимо, чтобы совсем запутать человечество и хоть как-то выбраться из леса противоречий и нестыковок, в современном научном мире были вынуждены под видом перехода к единой метрической системе мер принять различные гравитационные постоянные для различных космических систем. Так при расчете орбит, например, спутников относительно Земли используется геоцентрическая гравитационная постоянная равная GE =3,98603х10 14 м 3 сек -2 умноженная на массу Земли, а для вычисления орбит небесных тел относительно Солнца применяют уже другую гравитационную постоянную — гелиоцентрическую, равную GSs =1,32718х10 20 м 3 сек -2 умноженную на массу Солнца. Интересно получается, закон один и универсален, а постоянные коэффициенты — разные! Разве может такая уважаемая «постоянная» быть столь удивительно не постоянной?!!

Так как же быть? Ситуация безвыходная и поэтому надо смириться? Нет. Нужно лишь вернуться к основам и определиться с понятиями. Дело в том, что все, что существует на планете Земля, из нее вышло, является ее принадлежностью и в нее и войдет . Все -горы, моря и океаны, деревья, дома, заводы, машины, да и мы с вами — все это добыто, взращено, воспитано и вскормлено на Земле и из Земли создано. Все это только различные вре менные комбинации огромного количества атомов и молекул, которые являются принадлежностью только нашей планеты.

Земля была создана из частиц и атомов и представляет собой вполне самостоятельную и практически полностью замкнутую систему. При ее формировании каждая частица и каждый атом, создавая единое гравитационное поле планеты, по сути, «передали» ей все свои гравитационные полномочия.

Поэтому на Земле существует единое гравитационное поле, которое добросовестно стоит на страже всех имеющихся земных ресурсов, не выпуская с планеты то, что когда-то было на эту планету привнесено. Поэтому все предметы и всё, что имеется на Земле, не являются самостоятельными гравитационными субстанциями и не могут решать — использовать или не использовать свои гравитационные возможности при общении с другими физическими телами. Поэтому физические тела на Земле падают только вниз, на ее поверхность, а не вверх, влево или вправо, присоединяясь к другим массивным телам. Поэтому никакое физическое тело на Земле, с точки зрения гравитации, нельзя назвать самостоятельным.

А как же ракеты? Можно ли их назвать самостоятельными физическими телами? Пока они находятся здесь на Земле — нет, нельзя. Но если они преодолеют притяжение Земли и выйдут за пределы гравитационного поля планеты, то — да, можно. Только в этом случае они смогут по отношению к Земле стать самостоятельными физическими телами, забирая с собой свою индивидуальную часть гравитационного поля. Земля уменьшится в размерах и в своей массе на размер и массу ракеты. Пропорционально уменьшится и ее гравитационное поле. Гравитационные отношения между ракетой и Землей, конечно же, прервутся.

А различные метеориты, которые достаточно часто посещают нашу Землю? Они — самостоятельные физические тела или нет? Пока они находятся вне гравитационного поля Земли — они самостоятельны. Но при вхождении их в гравитационное поле планеты они, имея менее разреженную собственную эфирную среду, будут взаимодействовать с более разреженной эфирной средой Земли.

Однако, взаимодействие гравитационных полей Земли и метеорита отличается от взаимодействия практически равных друг другу по размерам гравитационных полей эфирных вихревых сгустков. Это обусловлено огромной разницей в размерах гравитационных полей Земли и метеорита. Гравитационное поле метеорита при взаимодействии с гравитационным полем Земли практически не деформируется, а, оставаясь принадлежностью метеорита, поглощается гравитационным полем Земли.

Гравитационное поле метеорита словно проваливается в гравитационное поле Земли, так как по мере приближения к поверхности Земли, её разреженная эфирная среда становится всё более разреженной. И чем ближе к Земле, тем её разреженная среда всё более разрежена и тем быстрее метеорит движется навстречу планете. Земля стремится заместить свою разреженную среду неожиданным пришельцем из космоса, создавая эффект притяжения метеорита к своей поверхности.

Достигнув поверхности Земли, метеорит не теряет своего гравитационного поля и в случае своей транспортировки в космическое пространство, он покинет Землю со своим гравитационным полем. Но на Земле он теряет свою самостоятельность физического тела. Теперь он является принадлежностью Земли, его гравитационное поле суммируется с гравитационным полем Земли, а масса Земли увеличивается на массу метеорита.

Поэтому мы вынуждены констатировать, что, находясь на планетах, все физические тела с гравитационной точки зрения не могут быть самостоятельными физическими телами. Их гравитационные возможности находятся в пределах гравитационных возможностей планет, которые являются главными генераторами гравитационного взаимодействия.

Поэтому закон всемирного тяготения абсолютно справедлив ко всей вселенской системе и не требует никаких дополнительных постоянных, пусть даже и гравитационных.

Предположение

Таким образом, гравитационное поле физического тела — это неравномерно напряженная разреженная эфирная область, являющаяся принадлежностью физического тела и возникшая вследствие концентрации вращающейся эфирной среды в самом физическом теле.

Гравитационное поле любого физического тела для достижения равновесия с окружающей упругой эфирной средой стремится к увеличению своей плотности, притягивая к себе разреженные эфирные области других физических тел. Взаимодействие гравитационных полей физических тел друг с другом создают эффект притяжения физических тел. Этот эффект представляет собой действие сил гравитации или гравитационное взаимодействие самостоятельных физических тел .

Разреженное эфирное пространство всегда стремится к восстановлению начального однородного состояния эфирной среды за счет присоединения эфирной среды других физических тел. При появлении в эфирном гравитационном поле физического тела, какого-либо другого физического тела, также обладающего своим эфирным гравитационным полем, но меньшей массой, первое физическое тело стремится «поглотить» его и удерживать его с силой, зависящей от масс этих тел и расстояния между ними.

Следовательно, в эфирном гравитационном поле при появлении в нем двух или нескольких физических тел возникает процесс их гравитационного взаимодействия, который направляет их друг к другу. Гравитационные силы действуют только для приближения одних физических тел или тела — к другим телам .

Еще раз вынужден признать, что все это возможно только в идеальных условиях, когда физические тела не находятся под влиянием гравитационных сил планеты . На Земле гравитационные поля всех физических тел являются лишь составной частью единого гравитационного поля планеты и не могут проявляться в отношении друг друга.

Поэтому на планете физические тела не имеют своего индивидуального гравитационного поля и имеют гравитационное взаимодействие только с Землей.

Приподнимая физическое тело на какую-либо высоту, мы совершаем какую-то работу и затрачиваем определенную энергию. Некоторые считают, что, подняв тело, мы передаем ему энергию, эквивалентную энергии, затраченной на его подъем на определенную высоту. Падая, физическое тело освобождает эту энергию.

Но это не так.

Мы не передаем ему энергию, а затрачиваем свою энергию на преодоление гравитационной силы Земли. Более того, мы, словно, нарушаем привычных ход событий на Земле, изменяя местоположение физического тела относительно планеты. Земля справедливо реагирует на это несогласованное с ней безобразие и стремится вернуть любой предмет на свою поверхность, немедленно включая свои гравитационные силы.

Гравитационная сила действует на поднятое тело так же, как при нахождении этого тела на Земле, но с увеличением расстояния от поверхности Земли ее величина будет меньше первоначальной силы гравитации. Правда, заметить ее будет не так просто ввиду незначительности изменений параметров этой силы. Если же мы поднимем это тело на высоту 450 километров над Землей, то сила гравитации уменьшится значительно и тело будет находиться в состоянии невесомости.

Здесь мы встречаемся с гравитацией, т.е. с воздействием гравитационной эфирной среды нашей планеты на физическое тело. Поднятое тело находится в гравитационном эфирном поле планеты, вектор которого направлен к центру Земли. Чем ближе физическое тело находится к Земле, тем эффект гравитационного взаимодействия сильнее. Чем дальше, тем меньше. Поэтому на дальних расстояниях гравитационное взаимодействие тоже будет проявляться, но не так явно.

Но, падая на Землю, физическое тело взаимодействует с ней так, как взаимодействуют два тела в пространстве. Гравитационные силы Земли воздействуют на тело, перемещают его в пространстве, возвращая его на бренную землю.

Что же произойдет если мы будем воздействовать на тело длительное время, перемещая все дальше и дальше от Земли, и, наконец, выведем его за пределы Солнечной системы? Значит ли это, что гравитационное взаимодействие между ними исчезнет? Если это так, то существует ли вероятность того, что, при этом, Земля потеряет часть своих гравитационных возможностей?

Да, именно так это и произойдет. Часть гравитационных возможностей Земли покинет ее вместе с физическим телом. Земля станет меньше на величину массы этого тела. А если масса Земли станет меньше, то, вполне очевидно, что и ее гравитационная мощь пропорционально изменится в меньшую строну, а ее гравитационное взаимодействие с этим физическим телом исчезнет.

Но если на поверхность Земли упадет метеорит, то его гравитационное поле «поглотится» гравитационным полем Земли, а сам он, потеряв самостоятельность, станет частью Земли, пропорционально увеличив ее гравитационные возможности.

Поэтому более крупные физические тела, включая планеты и звезды, имеют более сильную гравитацию и притягивают к себе более мелкие, поглощая их. Притянув к себе более мелкие физические тела, они увеличивают свою массу и, соответственно, увеличивают свое гравитационное поле. Между телами будет возникать гравитационное взаимодействие.

Итак, вокруг любого физического тела на нашей планете имеется свое гравитационное поле, но только условно. Это гравитационное поле входит в единое гравитационное поле Земли и вращается вместе с ним. Это обусловлено тем, что любое физическое тело, включая все физические тела, созданные на Земле или прилетевшие из космоса, уже являются или становятся принадлежностью нашей планеты . Любое физическое тело на Земле произошло из нее и в нее и возвратится. Их гравитационное поле — часть единого гравитационного поля Земли, которое вращается вокруг планеты. Поэтому предметы падают на Землю, а не присоединяются друг к другу. Они падают вниз, а не перемещаются параллельно земле. Кроме того, гравитационные возможности Земли несопоставимо более мощные, чем гравитационные возможности любого имеющегося на планете физического тела, какой бы оно не имело размер, объем или плотность. Поэтому любое физическое тело притягивается к Земле, а не к Эвересту.

Гравитационное поле имеется у всех физических тел, но рассматривать его можно лишь в совокупности с общим гравитационным полем Земли. Отделить его от гравитационного поля Земли возможно лишь на расстоянии, находящемся за границами гравитационного поля планеты. На этом расстоянии гравитационное поле физического тела, например, ракеты будет вполне самостоятельно и будет вращаться вокруг физического тела, каких бы размеров оно не было.

Необходимо отметить, что, скорость вращения эфирной среды вблизи поверхности физического тела равна скорости вращения самого физического тела. По отношению к физическому телу окружающая среда является неподвижной. Вблизи физического тела сила гравитации значительно выше, чем в удалении от него. Вспомним наш опыт с резиновым кругом (рис.2). По мере удаления от физического тела уменьшается и скорость вращения эфирной среды, и гравитация.

Вместе с тем, мы понимаем, что концентрация эфира под действием эфирных вихрей и сил гравитации приводит к возникновению разреженной эфирной области вокруг физического тела. Эта разреженная эфирная область тем больше, чем большее количество эфира сосредоточено в физическом теле в виде совокупности фундаментальных эфирных частиц — эфирных вихревых сгустков, из которых соответственно состоят энергетические фракции, фотоны, нейтрино, антинейтрино, позитроны, электроны, протоны, нейтроны, атомы, молекулы и другие физические тела. Разреженная эфирная область, например, планеты Земля по объему гораздо больше разреженной области Луны, так как Земля значительно больше Луны. И каждая разреженная область соответствует количеству эфира сосредоточенному в физическом теле.

Разреженные области эфирной среды чрезвычайно обширны. Они определяют размеры гравитационных полей физических тел, т.е. те области в которых действуют силы гравитации. Действия этих сил начинаются от внешних границ разреженной области физического тела. Так как границы разреженной области находятся достаточно далеко от центра физического тела, эти силы можно характеризовать как дальнодействующие силы или дальнодействующее взаимодействие .

При соприкосновении разреженных областей двух или более физических тел, каждое из них, в соответствии с законом равновесия противоположностей стремится уравновесить свою эфирную разреженную среду, что приводит к притягиванию и сближению тел .

Таким образом, притягивают не массы физических тел, а взаимодействуют друг с другом гравитационные поля этих физических тел, перемещая физические тела навстречу друг к другу .

При этом, чем ближе тела находятся друг к другу, тем это притяжение происходит более выражено и интенсивно. Поэтому при падении, к примеру, тел на землю происходит постоянное ускорение этого падения. Это ускорение получило название ускорения свободного падения и равно примерно 9,806 м/сек 2 .

Суть этого ускорения заключается в том, что чем ближе к телу находится разреженная среда, тем она менее плотная и, следовательно, тем сильнее стремление физического тела уравновесить свою разреженную эфирную среду, тем мощнее сила гравитационного взаимодействия. Мы об этом уже говорили ранее. С приближением к границе разреженной среды с упругим эфирным пространством это напряжение снижается и, наконец, на границе начинает полностью соответствовать плотности эфирного пространства. В этом случае, гравитационное взаимодействие физического тела полностью теряет свою силу, а гравитационное поле данного физического тела исчезает.

Это объясняет тот факт, что ракета с начала своего старта затрачивает огромное количество энергии на преодоление силы притяжения Земли, но по мере своего полета и удаления от планеты она выходит на орбиту и практически не растрачивает свою энергию.

Здесь необходимо понимать, что плотность атмосферы Земли и плотность ее гравитационного поля — это разные понятия. Показатели плотности атмосферы Земли имеют более высокие значения у ее поверхности, чем на высоте. Например, на поверхности земли плотность атмосферы примерно равна 1,225 кг/м 3 , на высоте 2 километра — 1,007 кг/м 3 , а на высоте 3 км — 0,909 кг/ м 3 т.е. с увеличением высоты плотность атмосферы уменьшается.

Но мы утверждаем, что гравитационное поле любого физического тела более разрежено именно у его поверхности и это разрежение уменьшается с увеличением расстояния от физического тела. Противоречие? Вовсе нет. Это — подтверждение наших рассуждений! Дело в том, что разреженное эфирное гравитационное поле будет стремиться втягивать в свое пространство все, что только возможно для снижения своей напряженности. Поэтому гравитационное поле Земли наполнено молекулами азота, кислорода, водорода и т.д. Кроме того, у поверхности земли в атмосфере находятся не только молекулы газов, но и частички пыли, воды, кристаллы льда, морской соли и проч. Чем выше от поверхности Земли, тем меньше разрежено гравитационное поле, тем меньше молекул и частиц оно может удерживать в атмосфере Земли, тем, соответственно, ниже плотность атмосферы планеты. Все соответствует. Все правильно.

В доказательство этого утверждения приведём размышления Аристотеля и опыты Г. Галилея и И. Ньютона. Великий Аристотель утверждал, что более тяжёлые тела падают на землю быстрее лёгких тел и приводил пример падающих с одной высоты камня и птичьего пера. В отличие от Аристотеля Г. Галилей предположил, что причиной разницы скоростей падения предметов является сопротивление воздуха. Как утверждают, он одновременно сбрасывал с Пизанской башни ружейную пулю и артиллерийское ядро, которые достигали земли также практически одновременно, несмотря на существенную разницу в весе.

В подтверждение умозаключений Г. Галилея, И. Ньютон выкачал воздух из длинной стеклянной трубки и одновременно бросил сверху птичье перо и золотую монету. И перо, и монета практически одновременно падали на дно трубки. В дальнейшем, было экспериментально установлено, что и в воздухе, и в вакууме происходило ускорение свободного падения тел на землю.

Однако, учёные, зафиксировав наличие ускорения свободного падения тел на землю, ограничились лишь выведением известных математических зависимостей, которые позволяют достаточно точно измерять величину этого ускорения. Но физическая сущность этого ускорения осталась не раскрытой.

Полагаю, что физическая сущность этого явления заключается в наличии разреженной эфирной среды вокруг Земли. Чем ближе от поверхности Земли находится падающее на неё тело, тем более разрежена эфирная среда планеты и тем быстрее тело падает на её поверхность. Это вполне можно принять как явное подтверждение наших рассуждений о природе гравитационных полей и механизме их взаимодействий во Вселенной.

Безусловно, наше утверждение о взаимодействии гравитационных полей физических тел, а не о взаимовлиянии их масс, противоречит взглядам глубокоуважаемого И. Ньютона и современного научного сообщества. Однако, отдавая дань великому гению, мы однозначно признаем тот факт, что выведенная им формула вполне показательна и совершенно справедливо позволяет рассчитывать силу гравитационного взаимодействия двух физических тел. Следует признать и то, что ньютоновская формула описывает следствие явления, но совершенно не касается его физической сущности.

Таким образом, мы определили, что постоянное стремление разреженной эфирной области любого физического тела перейти в равновесное состояние с окружающей эфирной средой, уменьшая свое напряженное состояние, за счет притяжения других разреженных эфирных областей других физических тел в область своего эфирного разрежениясоставляют общий физический смысл гравитации или гравитационного взаимодействия.

Любое физическое тело имеет свое гравитационное поле , но оно не самостоятельно. Находясь на Земле, это гравитационное поле объединено в единое гравитационное поле планеты. Гравитационное поле любого физического тела можно рассматривать только как часть гравитационного поля планеты.

Гравитационное взаимодействие − самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона сила гравитационного взаимодействия F g двух точечных масс m 1 и m 2 равна

G = 6.67·10 -11 м 3 · кг –1 ·см –2 − гравитационная постоянная, r − расстояние между взаимодействующими массами m 1 и m 2 . Отношение силы гравитационного взаимодействия между двумя протонами к силе кулоновского электростатического взаимодействия между ними равно 10 -36 .
Величина G 1/2 ·m называется гравитационным зарядом. Гравитационный заряд пропорционален массе тела. Поэтому для нерелятивистского случая согласно закону Ньютона ускорение, вызываемое силой гравитационного взаимодействия F g , не зависит от массы ускоряемого тела. Это утверждение составляет принцип эквивалентности .
Фундаментальное свойство гравитационного поля состоит в том, что оно определяет геометрию пространства-времени, в котором движется материя. По современным представлениям взаимодействие между частицами происхо­дит путём обмена между ними частицами – переносчиками взаимодействия. Считается, что переносчиком гравитационного взаимодействия является гравитон − частица со спином J = 2. Экспериментально гравитон не обнаружен. Квантовая теория гравитации пока не создана.

Рассмотрим гравитационное взаимодействие между однородной сферой радиуса R , и массы М и материальной точкой массы m , находящейся на расстоянии r от центра сферы (рис. 116).

В соответствии с вышеизложенной методикой расчета сил, необходимо разбить сферу на малые участки и просуммировать силы, действующие на материальную точку со стороны всех участков сферы. Такое суммирование впервые было проведено И. Ньютоном. Не вдаваясь в математические тонкости проведенного расчета, приведем окончательный результат: результирующая сила направлена к центру шара (что вполне очевидно), а величина этой силы определяется формулой

Иными словами, сила взаимодействия оказалась такой же, как сила взаимодействия двух точечных тел, одно из которых помещено в центр сферы и его масса равна массе сферы. Существенным в этом расчете оказалось то обстоятельство, что сила гравитационного взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между точечными телами, при любой другой зависимости силы от расстояния приведенный результат расчета оказался бы неверным.
 Полученный вывод очевидным образом обобщается на взаимодействие точечного заряда и однородного шара. Для доказательства достаточно разбить шар на тонкие сферические слои.
 Аналогично можно показать, что сила гравитационного взаимодействия между двумя сферически симметричными телами равна силе взаимодействия между материальными точками таких же масс, расположенных в центрах тел. То есть при расчете гравитационного взаимодействия сферически симметричные тела можно считать материальными точками, расположенными в центрах этих тел, независимо от размеров самих тел и расстояния между ними (рис. 117).

Применим полученные результат к силе, действующей на все тела, находящиеся у поверхности Земли. Пусть тело массой m находится на высоте h над поверхностью Земли. С хорошей точностью форму Земли можно считать шарообразной, поэтому сила, действующая на тело со стороны Земли, направлена к ее центру, а модуль этой силы выражается формулой

Где М − масса Земли, R − ее радиус. Известно, что средний радиус Земли равен: R ≈ 6350 км . Если тело находится на небольших высотах по сравнению с радиусом Земли, то высотой подъема тела можно пренебречь и в этом случае сила притяжения оказывается равной:

Где обозначено

Гравитационная сила, действующая на все тела у поверхности Земли, называется силой тяжести. Векторы ускорения свободного падения в различных точках не параллельны, так как направлены к центру Земли. Однако если рассматривать точки, находящиеся на небольшой, по сравнению с радиусом Земли, высоте, то можно пренебречь различием в направлениях ускорения свободного падения и считать, что во всех точках рассматриваемой области вблизи поверхности Земли вектор ускорения постоянен как по величине, так и по направлению (рис. 118).

В рамках такого приближения мы будем называть силу тяжести однородной.

СИЛА

Основу механики составляет второй закон Ньютона. При математической записи закона справа пишут причину, а слева — следствие. Причиной является сила, а следствием сил — ускорение. Поэтому второй закон записывается так:

Ускорение тела пропорционально результирующей силе, действующей на тело, и обратно пропорционально массе тела. Направлено ускорение по направлению результирующей силы. Результирующая сила равна векторной сумме всех сил, действующих на тело: .

Реальные силы характеризуют меру взаимодействия двух тел. В дальнейшем мы будем рассматривать несколько видов взаимодействий — гравитационное, электрическое, молекулярное. Каждому виду взаимодействий соответствует своя сила. Если взаимодействий нет, то нет и сил. Поэтому, прежде всего необходимо выяснить, какие тела взаимодействуют друг с другом.

Сила гравитации

Тело брошено и летит над Землей (рис. 1.1). Имеется только

Рис. 1.1. Силы, действующие на брошенный камень (а ), ускорение камня (б ) и его скорость (в )

взаимодействие тела с Землей, которое характеризуется гравитационной силой притяжения (тяготения). По закону всемирного тяготения гравитационная сила направлена к центру Земли и равна

где М — масса Земли, т — масса тела, r — расстояние от центра Земли до тела, γ — гравитационная постоянная. Других взаимодействий нет, поэтому нет и других сил.

Чтобы найти ускорение камня, гравитационную силу из формулы 1.2 подставляют в формулу 1.1 второго закона Ньютона. Очевидно, ускорение камня всегда направлено вниз (рис. 1,1,б ). В то же время скорость летящего камня меняется и в каждой точке траектории направлена по касательной к этой траектории (рис. 1.1, в ).

Второй закон Ньютона связывает векторные величины — ускорение а и результирующую силу . Любой вектор задается величиной (модулем) и направлением. Можно задать вектор тремя проекциями на координатные оси, то есть тремя числами. При этом выбор осей определяется удобством. На рис. 1.1 ось х можно направить вниз. Тогда проекции ускорения будут равны а х , 0, 0. Если же ось х направить вверх, то проекции ускорения станут равны —а х ,0,0. В дальнейшем мы будем выбирать направление оси х так, чтобы оно совпадало по направлению с ускорением и для простоты будем писать не величину а х , а просто а. Итак, ускорение, создаваемое гравитационной силой, равно

(1.3)

Для тел, находящихся вблизи поверхности Земли, r » R (радиус Земли R = 6400 км), поэтому

м/с 2 (1.4)

Следовательно, в вертикальном направлении брошенное тело движется равноускоренно.

Из формулы 1.3 следует, что ускорение свободного падения не зависит от массы летящего (падающего) тела и определяется только массой планеты М и удаленностью тела от центра планеты r . Чем дальше от центра планеты находится тело, тем меньше ускорение свободного падения.

 21.1. Закон всемирного тяготения Ньютона
 Гравитационные взаимодействия присущи всем материальным телам (рис. 111).

Рис. 111
 Закон, описывающий эти силы, открытый И. Ньютоном и опубликованный в 1687 году, получил название закона всемирного тяготения: две материальные точки притягиваются с силами, пропорциональными произведению масс этих точек, обратно пропорциональными квадрату расстояния между точками и направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки:

 Так как сила является векторной величиной, то и формуле, определяющей силу притяжения, следует придать векторную форму.
 Для этого введем вектор r 12 , соединяющий точки 1 и 2 (рис. 112).

рис. 112
Тогда сила притяжения, действующая на второе тело, может быть записана в виде

 В формулах (1), (2) коэффициент пропорциональности в называется гравитационной постоянной. Значение этой величины не может быть найдено из других физических законов и определено экспериментально. Численное значение гравитационной постоянной зависит от выбора системы единиц, так, в СИ оно равно:

 Впервые гравитационную постоянную экспериментально измерил английский физик Генри Кавендиш. В 1798 году он сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, подтвердив закон всемирного тяготения; определил гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли.
 Вопрос о природе гравитационного взаимодействия является чрезвычайно сложным. Сам И. Ньютон на этот вопрос давал лаконичный ответ: «Гипотез не измышляю», тем самым отказываясь даже рассуждать на эту тему. Достаточно того, что закон всемирного тяготения с высокой степенью точности количественно описывает гравитационное взаимодействие. Громадные успехи ньютоновской механики почти на два столетия предопределили подобный подход ко всей физической науке, не только механике: достаточно открыть, найти законы, правильно описывающие физические явления, и научиться применять их к количественному описанию этих явлений.
 Так, в изучении гравитации считалось, что непонятным образом одно тело может оказывать влияние на другое, причем это влияние передается мгновенно, то есть изменение положения одного из тел мгновенно изменяет силы, действующие на другие тела, независимо от того, на каком расстоянии эти тела расположены. Этот общий подход к характеру физических взаимодействий получил название теории дальнодействия. Подобный взгляд на взаимодействия тел был распространен на электрические и магнитные явления, изучение которых активно проводилось в течение XVIII − XIX веков. Лишь в 30-х годах XIX века английским физиком М. Фарадеем для электромагнитных взаимодействий были сформулированы основные положения альтернативной теории близкодействия: для передачи взаимодействия обязательно необходим «посредник», некая среда, передающая эти взаимодействия; сами взаимодействия не могут передаваться мгновенно, требуется определенное время для того, чтобы изменение в положении одного из тел «почувствовали» другие взаимодействующие тела. В начале XX столетия немецкий физик А. Эйнштейн построил новую теорию гравитации − общую теорию относительности. В рамках этой теории гравитационные взаимодействия объясняются следующим образом: каждое тело, обладающее массой, изменяет свойства пространства времени вокруг себя (создает гравитационное поле), другие же тела движутся в этом измененном пространстве времени (в гравитационном поле), что приводит к появлению наблюдаемых сил, ускорению и т. д. С этой точки зрения выражение «находится в гравитационном поле» эквивалентно выражению «действуют гравитационные силы».
 К этим вопросам мы обратимся позднее при изучении электромагнитного поля.
 Самое поразительное в явлении тяготения заключается в том, что гравитационные силы пропорциональны массам тел. Действительно, ранее мы говорили о массе как о мере инертности тела. Оказалось, что масса также определяет принципиально иное свойство материальных тел − является мерой способности участвовать в гравитационных взаимодействиях. Поэтому можно говорить о двух массах − инерционной и гравитационной. Закон всемирного тяготения утверждает, что эти массы пропорциональны друг другу. Подтверждением этого утверждения является давно известный факт: все тела падают на землю с одинаковым ускорением. Экспериментально с высокой точностью пропорциональность гравитационной и инерционной масс была подтверждена в работах венгерского физика Лоранда Этвеша. Впоследствии пропорциональность инерционной и гравитационной масс легла в основу новой теории гравитации − общей теории относительности А. Эйнштейна.
 В заключение отметим, что закон всемирного тяготения может быть положен в основу определения единицы массы (конечно, гравитационной). Например: два точечных тела единичной гравитационной массы, находящиеся на расстоянии в один метр, притягиваются с силой в один Н .

 Задание для самостоятельной работы : определите массы двух точечных тел, находящихся на расстоянии 1,0 м друг от друга и взаимодействующих с силой 1,0 Н .

Для гравитационных сил справедлив принцип суперпозиции: сила, действующая на точечное тело со стороны нескольких других тел, равна сумме сил, действующих со стороны каждого тела. Это утверждение также является обобщением экспериментальных данных и фундаментальным свойством гравитационных взаимодействий.
 Посмотрим на принцип суперпозиции с математической точки зрения: по закону всемирного тяготения сила гравитационного взаимодействия пропорциональна массе этих тела. Если бы зависимость от масс была нелинейна, то и принцип суперпозиции не выполнялся бы. Действительно, пусть тело массой m o взаимодействует с двумя точечными телами массами m 1 и m 2 . Поместим мысленно тела m 1 и m 2 в одну точку (тогда их можно рассматривать как одно тело). В этом случае сила, действующее на тело m o , равна:

представлена в виде суммы сил, действующих со стороны двух тел − m 1 и m 2 .
 В случае нелинейной зависимости между силой и массой принцип суперпозиции был бы несправедлив.
Закон всемирного тяготения для точечных тел и принцип суперпозиции позволяют, в принципе, вычислять силы взаимодействия между телами конечных размеров (рис. 113).

рис. 113
 Для этого необходимо мысленно разбить каждое из тел на малые участки, каждый из которых можно рассматривать как материальную точку. Затем вычислить двойную сумму сил взаимодействия между всеми парами точек. В общем случае вычисление такой суммы является сложной математической задачей.
 Подчеркнем, что сила взаимодействия между телами конечных размеров вычисляется только методом разбиения тел и последующего суммирования. Ошибочно утверждение о том, что сила взаимодействия между телами может быть вычислена как сила взаимодействия, равная силе взаимодействия точечных тел, расположенных в центрах масс. Для обоснования этого утверждения рассмотрим простой пример.
 Пусть одно из взаимодействующих тел можно считать материальной точкой массы m o , а второе тело представимо в виде двух материальных точек равных масс m , расположенных на фиксированном расстоянии а друг от друга (рис. 114).

рис. 114
 Все материальные точки расположены на одной прямой, расстояние от первого тела до центра второго обозначим r . Сила притяжения, действующая на тело m o , равна:

 Если же соединить материальные точки, составляющие второе тело, в одну массой 2m , расположенную в центре тела, то сила взаимодействия будет равна:

что отличается от выражения (3). Только при r >> а выражение (3) переходит в формулу (2). Заметьте, что в этом случае второе тело следует рассматривать как материальную точку.

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Группа физиков из Италии и Нидерландов представила новые результаты измерения гравитационной константы, впервые сделанные при помощи специальных устройств — атомных интерферометров. Значение, полученное учеными для постоянной: 6.67191(99)x10^-11 (метр)³ (килограмм)^-1 (секунда)^-2 с точностью 0,015 процентов. Такие измерения являются важными не только для метрологии и систем геостационарного позиционирования, но и для исследований космоса и проверки моделей, основанных на общей теории относительности и современной космологии. «Лента.ру» решила выяснить, как проводилось измерение гравитационной постоянной, и к каким выводам пришли ученые в результате своих измерений.

Применение атомных интерферометров является относительно новым, но перспективным направлением в измерении гравитационных эффектов. Так, гироскоп, в работе которого используется эффект Саньяка, применялся для измерения ускорения, вызванного взаимодействием гравитирующих тел, в экспериментах по проверке закона всемирного тяготения и в геофизике. Ученые впервые использовали атомный интерферометр для прецизионного измерения значения гравитационной постоянной.

Относительная слабость гравитационного взаимодействия делает измерение его постоянной достаточно трудной задачей. В настоящее время в мире проведено около 300 измерений постоянной тяготения, начиная с классических опытов Кавендиша. Значение гравитационной постоянной исследователи определяли из закона всемирного тяготения Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя массивными точками пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В качестве коэффициента пропорциональности выступает гравитационная постоянная, которая носит универсальный характер, а ее конкретное значение зависит от выбора системы единиц измерения.

Измерения гравитационной постоянной за последние 32 года

Изображение: Nature

Сплошные круги показывают опыты с использованием крутильных весов, квадраты — опыты с применением маятника, верхний квадрат отвечает последнему эксперименту.

Гравитационная константа входит в число шести фундаментальных физических постоянных, значение которых определяется экспериментом и, как считается, значительно не меняется (в пространстве и времени). Эти постоянные фигурируют во всех основных законах и уравнениях физики, через них выражаются многие другие производные постоянные. Кроме постоянной тяготения, к таким константам относятся значения скорости света в вакууме и элементарного электрического заряда, а также постоянные Планка, Больцмана и Дирака.

В классической физике интерференция света — явление, в котором проявляются волновые свойства света. С другой стороны, в квантовой механике имеет место корпускулярно-волновой дуализм — свет проявляет одновременно и волновые, и корпускулярные свойства (например, в явлении фотоэффекта). В квантовой механике интерференция волновой функции (пси-функции) возникает как проявление принципа квантовой суперпозиции — первоначальное квантовое состояние разделяется на две части, которые потом складываются (интерферируют), образуя так называемую интерференционную картину. Впрочем, то, что происходит между начальным состоянием частицы (или волновой функции) и возникновением интерференционной картины, остается загадкой.

Установка устроена следующим образом. В вакуумной камере в нижней части аппарата магнитооптическая ловушка собирает 109 атомов рубидия. После включения магнитного поля атомы поднимаются вверх по вертикали и оказываются между двумя группами вольфрамовых цилиндров. Всего в эксперименте использовались 24 цилиндра, изготовленных из сплава вольфрама, общей массой 516 килограмм. Каждый такой цилиндр имел имел диаметр 99 миллиметров и высоту около 150 миллиметров. Эти цилиндры помещались на две титановые платформы и располагались вокруг вертикальной оси с гексагональной симметрией.

Далее, чтобы исключить влияние тепловых флуктуаций, атомы охлаждают до четырех милликельвинов. В установке используются две атомные группировки, которые поднимаются на высоту около 60 и 90 сантиметров, так что расстояние по вертикали между ними составляет 328 миллиметров. Атомы в группировках находятся в специальных возбужденных состояниях. Те из них, которые находятся в состояниях, отличных от необходимых для эксперимента, удаляются.

Ученые измеряли изменения расположения верхней и нижней атомных группировок для двух положений системы цилиндров: F и C. В первом случае два набора цилиндров находились у края оснований установки, во втором — у центра. Перемещая цилиндры между положениями F и C, ученые с помощью атомной интерферометрии определяли изменения в значении величины напряженности гравитационного поля (ускорении свободного падения).

Принципиальная схема установки

Изображение: Nature

Частоты импульсов лазера настроены на резонансную частоту сверхтонкого перехода между двумя уровнями энергий атомов. Переход между двумя такими уровнями в атомах, спровоцированный излучением от лазера, вызывает изменение их внутренних энергий и импульсов и сопровождается излучением фотонов. Интерферометр разделяет это излучение на две пространственно разнесенные когерентные части, которые, проходя разные оптические пути, на экране при наложении друг на друга создают интерференционную картину чередующихся максимумом и минимумов. Расположение минимумов и максимумов на картине зависит от разности фаз падающих пучков света.

Между тем в однородном гравитационном поле атомы при перемещении испытывают фазовый сдвиг. Таким образом, по изменению этих сдвигов и перемещений ученые могут определить локальные изменения в значении ускорения свободного падения, а следовательно, и гравитационной постоянной.

На точность работы интерферометра, кроме внешних факторов, связанных с антропогенной вибрацией, сейсмическими шумами и вращением Земли (которое сказывается на расположении атомов в поперечном направлении), оказывали влияние и факторы, связанные с конструктивными особенностями установки. Прежде всего, это возможные погрешности в определении точного положения массивных источников (по вертикали и горизонтали) и неоднородности их плотности.

Ученые считают, что их работа позволит провести систематический анализ возможных ошибок, встречающихся в экспериментах по определению гравитационной постоянной. Кроме того, проведенный эксперимент открывает новые возможности в измерении гравитационной постоянной с помощью ультрахолодных атомов, заключенных в оптические ловушки. Как уже упоминалось ранее, точное определение значения гравитационной постоянной необходимо для геодезической гравиметрии (измерения силы тяжести в различных областях и на различных высотах Земли), а также для фундаментальных наук: современных космологии, теории гравитации и физики частиц.

Галактика в безопасности. Почему первый межзвездный астероид не врезался в Солнце

Если первый в истории межзвездный объект, попавший в Солнечную систему и замеченный астрономами, Oumuamua (в переводе с гавайского может означать «разведчик» или «посланец издалека») был привлечен в нашу систему Солнцем, почему он не врезался в эту звезду?

Как рассуждает колумнист Forbes Джиллиан Скаддер, все дело в действии гравитации на больших расстояниях. Автор объясняет, что на поверхности Земли сила тяжести в значительной степени постоянна на протяжении всей нашей жизни. «Мы признаем это как влияние, которое удерживает нас на поверхности планеты, при этом оно остается некой постоянной особенностью именно нашей планеты», — говорит она.

Дело в том, что мы все постоянно живем (более или менее) на одном и том же расстоянии от центра Земли. Если же каким-то образом расстояние между нами и центром Земли поменяется, то сила тяжести также изменится. И произойдет это довольно быстро — в правой части уравнения гравитационной силы расположена единица, деленная на квадрат расстояния между центрами двух объектов. Таким образом, если расстояние между нами и массивным объектом будет удвоено, гравитационная сила сократится в четыре раза. Если мы решим продолжать движение и еще удвоить дистанцию, без того ослабшая гравитационная сила между нами и объектом сократится еще на четверть, до одной шестнадцатой ее первоначального значения. При расстояниях в рамках Солнечной системы гравитационное влияние Земли довольно быстро сокращается до незначительного для окружающего пространства и объектов, уточняет автор.

Гравитация и расстояния

Дело в том, что в масштабах Солнечной системы вся масса Земли — это небольшой орех, например, арахис по сравнению с массой Солнца. Это логично, поскольку Земля является одной из самых небольших планет Солнечной системы. Так, например, масса Юпитера более чем в 300 раз больше массы Земли, а само Солнце в тысячу раз больше, чем Юпитер. Потому при расчете движения космических кораблей ученые учитывают и влияние Юпитера.

Однако, если мы обратим внимание на гравитационные возмущения, возникающие от влияния Солнца, на другие объекты в нашей галактике, мы увидим, что гравитационная сила Солнца также очень быстро сокращается до незначительных значений с увеличением расстояния до объектов. Таким образом, в большей части путешествия Оумуамуа гравитационное притяжение нашего Солнца не оказывало никакого влияния на направление, в котором путешествовал космический объект.

Если бы астероид летел прямо на Солнце, то сила притяжения звезды лишь ускорила бы его. Переориентации направления движения в этом случае бы не потребовалось. Почему же все-таки он не врезался? В первую очередь, причина кроется в том, что астероид летел достаточно быстро и провел лишь короткий промежуток времени близко к Солнцу, где сила тяжести была особенно сильной. Звезда действительно немного отрегулировала движение астероида, однако Солнце «спас» тот факт, что в области сильных гравитационных возмущений, космическое тело находилось лишь короткий период времени.

Реклама на Forbes

Предыстория

Межзвездная комета С/2017 U1 (PANSTARRS), оказавшаяся впоследствии астероидом, была обнаружена 18 октября 2017 года обсерваторией США PANSTARRS 1. Наблюдения за космическим объектом показали, что он движется со скоростью около 26 км/с по незамкнутой гиперболической траектории. Ученые также установили, что космическое тело прилетело из-за пределов Солнечной системы и вскоре покинет ее. Дополнительные наблюдения с помощью телескопа VLT Европейской южной обсерватории свидетельствуют о том, что C/2017 U1 не имеет никаких признаков комы — газовой оболочки вокруг ядра, — и является скорее астероидом. В связи с этим «кометный» индекс «C» в названии изменили на астероидный «А».

Исследователи предприняли множество попыток определить, откуда именно прибыл межзвездный объект, который прилетел откуда-то из созвездия Лиры. По их мнению, его родиной могла быть Вега, одна из ярчайших звезд северного неба, которая находится в 25 световых годах от Земли. При этом сама Вега тоже перемещается, и 300 000 лет назад, когда U1 пролетал по соседству с ее нынешним положением, она была в иной точке неба.

Объект стал первым небесным телом, которое получило новый «межзвездный» индекс — «I» (от interstellar). Малые тела Солнечной системы получают индексы A (астероид), С (комета), Р (периодическая комета). Полное название нового объекта выглядит так: 1I/2017 U1 (’Oumuamua).

Догнать астероид

Примечателен астероид еще и тем, что представляет собой вытянутое сигарообразное тело размером с половину городского квартала. Исследователи уже успели предложить догнать и изучить странный космический объект. В то же время сделать это, по их словам, можно лишь, имея современные космические технологии. «Реалистичным мог бы быть запуск через 5-10 лет (2023-2027 годы). Тогда при скорости аппарата от 33 до 76 км/с время миссии займет от 5 до 30 лет», — подсчитали авторы исследования, опубликованного в журнале Nature. Астроном Карен Мич из Гавайского института астрономии, соавтор статьи, добавил, что космическое тело имеет темно-красный оттенок, аналогичный тому, что имеют объекты во внешних частях Солнечной системы, и астрономы не нашли никаких признаков пыли вокруг него.

Гравитация, что такое сила гравитационного притяжения, формула и определение, почему земля притягивает к себе окружающие тела, примеры гравитационных сил

Каждый человек в своей жизни не раз сталкивался с этим понятием, ведь гравитация это основа не только современной физики, но и ряда других смежных наук.

Изучением притяжения тел занимались многие учёные с античных времен, однако главное открытие приписывается Ньютону и описывается как известная каждому история с упавшим на голову фруктом.

Что такое гравитация простыми словами

Гравитация представляет собой притяжение между несколькими предметами во всей Вселенной. Природа явления бывает разной, так как определяется массой каждого из них и протяженностью между, то есть дистанцией.

Теория Ньютона была основана на том, что и на падающий фрукт, и на спутник нашей планеты действует одна и та же сила притяжение к Земле. А не упал спутник на земное пространство именно из-за своей массы и удалённости.

Гравитационное поле

Гравитационное поле являет собой пространство, в рамках которого происходит взаимодействие тел по законам притяжения.

Эйнштейновская теория относительности описывает поле, как определенное свойство времени и пространства, характерно проявляющееся при появлении физических объектов.

Гравитационная волна

Это определенного рода изменения полей, которые образуются в результате излучения от движущихся объектов. Они отрываются от предмета и распространяются волновым эффектом.

Теории гравитации

Классической теорией является ньютоновская. Однако, она была несовершенна и впоследствии появились альтернативные варианты.

К ним относятся:

• метрические теории,
• неметрические,
• векторные,
• Ле-Сажа, который впервые описал фазы,
• квантовая гравитация.

Сегодня существует несколько десятков различных теорий, все они либо дополняют друг друга, либо рассматривают явления с другой стороны.

Стоит отметить: идеального варианта пока не существует, но постоянные разработки открывают больше вариантов ответов в отношении притяжения тел.

Сила гравитационного притяжения

Базовый расчет следующий – сила тяготения пропорциональна умножению массы тела на другую, между которыми она определяется. Эта формула выражена и так: сила обратно пропорциональна дистанции между объектами, возведенными в квадрат.

Гравитационное поле – потенциально, а значит сохраняется кинетическая энергия. Этот факт упрощает решение задач, в которых измеряется сила притяжения.

Гравитация в космосе

Несмотря на заблуждение многих, в космосе есть гравитация. Она ниже, чем на Земле, но все же присутствует.

Что касается космонавтов, которые на первый взгляд летают, то они в действительности находятся в состоянии медленного падения. Визуально, кажется, что их ничего не притягивает, но на практике они испытывают гравитацию.

Сила притяжения зависит от удаленности, но каким бы большим не было расстояние между объектами, они продолжат тянуться друг к другу. Взаимное притяжение никогда не будет равным нулю.

Гравитация в Солнечной системе

В солнечной системе не только Земля обладает гравитацией. Планеты, а также и Солнце, притягивают к себе объекты.

Так как сила определятся массой предмета, то наибольший показатель у Солнца. Например, если у нашей планеты показатель равен единице, то у светила показатель будет почти равен двадцати восьми.

Следующим, после Солнца, по тяжести является Юпитер, поэтому сила притяжения у него в три раза выше, чем у Земли. Наименьший параметр у Плутона.

Для наглядности обозначим так, в теории на Солнце среднестатистический человек весил бы примерно две тонны, а вот на самой маленькой планете нашей системы – всего четыре килограмма.

От чего зависит гравитация планеты

Гравитационная тяга, как уже указывалось выше – это мощь, с которой планета тянет к себе предметы, расположенные на ее поверхности.

Сила притяжения зависит от тяжести объекта, самой планеты и дистанции, находящейся между ними. Если много километров – гравитация низкая, но она все равно удерживает объекты на связи.

Интересные факты о гравитации

Несколько важных и увлекательных аспектов, связанных с гравитацией и ее свойствами, которые стоит объяснить ребенку:

1. Явление все притягивает, но никогда не отталкивает – это отличает ее от других физических явлений.
2. Не бывает нулевого показателя. Невозможно смоделировать ситуацию, в которой не действует давление, то есть не работает гравитация.
3. Земля спадает со средней скоростью 11,2 километра в секунду, достигнув этой скорости можно покинуть притягивающий колодец планеты.
4. Факт существования гравитационных волн не был доказан научно, это лишь догадка. Если когда-либо они станут видимыми, то человечеству откроются многие загадки космоса, связанные со взаимодействием тел.

В соответствии с теорией базовой относительности такого ученого, как Эйнштейн, гравитация представляет собой искривление базовых параметров существования материального мира, которое представляет собой основу Вселенной.

Гравитация – это взаимное притяжение двух объектов. Сила взаимодействия зависит от тяжести тел и дистанции между ними. Пока не все секреты явления раскрыты, но уже сегодня существует несколько десятков теорий, описывающих понятие и его свойства.

Сложность изучаемых объектов влияет на время исследования. В большинстве случаев просто берется зависимость массы и дистанции.

Гравитация – сила, создавшая Вселенную

Сила притяжения определяет движение всех небесных тел

Гравитация – самая могущественная сила во Вселенной, одна из четырех фундаментальных основ мироздания, определяющая его структуру. Когда-то благодаря ей возникли планеты, звезды и целые галактики. Сегодня она удерживает на орбите Землю в ее нескончаемом путешествии вокруг Солнца.

Притяжение имеет огромное значение и для повседневной жизни человека. Благодаря этой невидимой силе пульсируют океаны нашего мира, текут реки, капли дождя падают на землю. Мы с детства ощущаем вес своего тела и окружающих предметов. Огромно влияние гравитации и на нашу хозяйственную деятельность.

Первая теория гравитации была создана Исааком Ньютоном в конце XVII столетия. Его Закон всемирного тяготения описывает данное взаимодействия в рамках классической механики. Более широко этот феномен был изложен Эйнштейном в его общей теории относительности, увидевшей свет в начале прошлого века. Процессы, происходящие с силой тяготения на уровне элементарных частиц, должна объяснить квантовая теория гравитации, но ее еще только предстоит создать.

Сегодня мы знаем о природе гравитации гораздо больше, чем во времена Ньютона, но, несмотря на столетия изучения, она все еще остается настоящим камнем преткновения современной физики. В существующей теории гравитации есть множество белых пятен, и мы до сих пор точно не понимаем, что ее порождает, и как происходит перенос этого взаимодействия. И уж, конечно, мы очень далеки от возможности управлять силой притяжения, так что антигравитация или левитация еще долго будут существовать только на страницах фантастических романов.

Что же упало на голову Ньютона?

О природе силы, которая притягивает предметы к земле, люди задумывались во все времена, но приоткрыть завесу тайны удалось только в XVII столетии Исааку Ньютону. Основу для его прорыва заложили труды Кеплера и Галилея – блестящих ученых, изучавших движения небесных тел.

Еще полтора века до ньютоновского Закона всемирного тяготения польский астроном Коперник полагал, что притяжение — это «…не что иное, как естественное стремление, которым отец Вселенной одарил все частицы, а именно соединяться в одно общее целое, образуя тела шаровидной формы». Декарт же считал притяжение следствием возмущений в мировом эфире. Греческий философ и ученый Аристотель был уверен, что масса влияет на скорость падения тел. И только Галилео Галилей в конце XVI века доказал, что это неверно: если отсутствует сопротивление воздуха, все объекты ускоряются одинаково.

Разработка теории гравитации заняла у великого Ньютона двадцать лет жизни. Рассказы о яблоках – не более чем красивая легенда

Вопреки распространенной легенде о голове и яблоке, Ньютон шел к пониманию природы гравитации более двадцати лет. Его закон гравитации – одно из самых значимых научных открытий всех времен и народов. Он универсален и позволяет вычислять траектории небесных тел и точно описывает поведение предметов, окружающих нас. Классическая теория тяготения заложила основы небесной механики. Три закона Ньютона дали ученым возможность открывать новые планеты буквально «на кончике пера», в конце концов благодаря им человек смог преодолеть земную гравитацию и совершить полет в космос. Они подвели строгую научную базу под философскую концепцию о материальном единстве мироздания, в котором все природные явления взаимосвязаны и управляются общими физическими правилами.

Ньютон не просто опубликовал формулу, позволяющую высчитать, чему равна сила, притягивающая тела друг к другу, он создал целостную модель, в которую также вошел математический анализ. Данные теоретические выводы были неоднократно подтверждены на практике, в том числе и с помощью самых современных методов.

В ньютоновской теории любой материальный объект порождает поле притяжения, которое называется гравитационным. Причем сила пропорциональна массе обоих тел и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

F = (G m1 m2)/r2

G – это гравитационная постоянная, которая равняется 6,67×10−11 м³/(кг·с²). Первым ее смог высчитать Генри Кавендиш в 1798 году.

В повседневной жизни и в прикладных дисциплинах о силе, с которой земля притягивает тело, говорят как о его весе. Притяжение между двумя любыми материальными объектами во Вселенной – вот что такое гравитация простыми словами.

Сила притяжения – самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий физики, но благодаря своим особенностям она способна регулировать движение звездных систем и галактик:

• Притяжение работает на любых расстояниях, в этом главное отличие силы тяжести от сильного и слабого ядерного взаимодействия. С увеличением расстояния его действие уменьшается, но оно никогда не становится равным нулю, поэтому можно сказать, что взаимное влияние оказывают даже два атома, находящиеся на разных концах галактики. Просто оно очень мало;
• Гравитация универсальна. Поле притяжения присуще любому материальному телу. Ученые пока не обнаружили на нашей планете или в космосе объект, который бы не участвовал во взаимодействии данного типа, поэтому роль гравитации в жизни Вселенной огромна. Этим тяготение отличается от электромагнитного взаимодействия, влияние которого на космические процессы минимально, поскольку в природе большинство тел электрически нейтральны. Гравитационные силы нельзя ограничить или экранировать;
• Тяготение действует не только на материю, но и на энергию. Для него не имеет никакого значения химический состав объектов, играет роль только их масса.

Используя ньютоновскую формулу, силу притяжения можно легко рассчитать. Например, гравитация на Луне в несколько раз меньше земной, потому что наш спутник имеет сравнительно небольшую массу. Но ее достаточно для формирования в Мировом океане регулярных приливов и отливов. На Земле ускорение свободного падения равняется примерно 9,81 м/с2. Причем на полюсах оно несколько больше, чем на экваторе.

Сила гравитации определяет движение Луны вокруг Земли, что вызывает чередование приливов и отливов в Мировом океане

Несмотря на огромное значение для дальнейшего развития науки, ньютоновские законы имели целый ряд слабых мест, не дававших покоя исследователям. Было непонятно, как действует гравитация через абсолютно пустое пространство на огромные расстояния, причем с непостижимой скоростью. Кроме того, постепенно стали накапливаться данные, которые противоречили законам Ньютона: например, гравитационный парадокс или смещение перигелия Меркурия. Стало очевидным, что теория всемирного тяготения требует доработки. Эта честь выпала на долю гениального немецкого физика Альберта Эйнштейна.

Притяжение и теория относительности

Отказ Ньютона обсуждать природу гравитации («Я гипотез не измышляю») был очевидной слабостью его концепции. Неудивительно, что в последующие годы появилось множество теорий гравитации.

Большинство из них относились к так называемым гидродинамическим моделям, которые пытались обосновать возникновение тяготения механическим взаимодействием материальных объектов с некой промежуточной субстанцией, имеющей те или иные свойства. Исследователи называли ее по-разному: «вакуум», «эфир», «поток гравитонов» и т. д. В этом случае сила притяжения между телами возникала в результате изменения этой субстанции, при ее поглощении объектами или экранировании потоков. В реальности все подобные теории имели один серьезный недостаток: довольно точно предсказывая зависимость гравитационной силы от расстояния, они должны были приводить к торможению тел, которые двигались относительно «эфира» или «потока гравитонов».

Эйнштейн подошел к решению этого вопроса с другой стороны. В его общей теории относительности (ОТО) гравитация рассматривается не как взаимодействие сил, а как свойство самого пространства-времени. Любой объект, имеющий массу, приводит к его искривлению, что и вызывает притяжение. В этом случае гравитация – это геометрический эффект, который рассматривается в рамках неевклидовой геометрии.

Проще говоря, пространственно-временной континуум воздействует на материю, обуславливая ее движение. А та, в свою очередь, влияет на пространство, «указывая» ему, как искривляться.

Действие гравитации с точки зрения Эйнштейна

Силы притяжения действуют и в микромире, но на уровне элементарных частиц их влияние, по сравнению с электростатическим взаимодействием, ничтожно. Физики считают, что гравитационное взаимодействие не уступало остальным в первые мгновенья (10 -43 сек.) после Большого взрыва.

В настоящее время концепция гравитации, предложенная в общей теории относительности, является основной рабочей гипотезой, принятой большинством научного сообщества и подтвержденной результатами многочисленных опытов.

Эйнштейн в своей работе предвидел удивительные эффекты гравитационных сил, большая часть из которых уже нашла подтверждение. Например, возможность массивных тел искривлять световые лучи и даже замедлять течение времени. Последний феномен обязательно учитывается при работе глобальных спутниковых систем навигации, таких как ГЛОНАСС и GPS, в противном случае через несколько суток их погрешность составляла бы десятки километров.

Кроме того, следствием теории Эйнштейна являются так называемые тонкие эффекты гравитации, такие как гравимагнитное поле и увлечение инерциальных систем отсчёта (он же эффект Лензе-Тирринга). Эти проявления силы тяготения настолько слабы, что долгое время их не могли обнаружить. Только в 2005 году благодаря уникальной миссии НАСА Gravity Probe B был подтверждён эффект Лензе-Тирринга.

Гравитационное излучение или самое фундаментальное открытие последних лет

Гравитационные волны – это колебания геометрической пространственно-временной структуры, распространяющиеся со скоростью света. Существование этого феномена также было предсказано Эйнштейном в ОТО, но из-за слабости силы тяготения его величина очень мала, поэтому долгое время его не могли обнаружить. В пользу существования излучения говорили только косвенные свидетельства.

Подобные волны генерируют любые материальные объекты, движущиеся с асимметричным ускорением. Ученые описывают их как «рябь пространства-времени». Наиболее мощными источниками такого излучения являются сталкивающиеся галактики и коллапсирующие системы, состоящие из двух объектов. Типичный пример последнего случая – слияние черных дыр или нейтронных звезд. При подобных процессах гравитационное излучение может переходить более 50% от общей массы системы.

Так можно изобразить «рябь пространства-времени», которые и являются гравитационным излучением

Гравитационные волны впервые были обнаружены в 2015 году с помощью двух обсерваторий LIGO. Практически сразу это событие получило статус крупнейшего открытия в физике за последние десятилетия. В 2017 году за него была присуждена Нобелевская премия. После этого ученым еще несколько раз удавалось фиксировать гравитационное излучение.

Еще в 70-е годы прошлого века – задолго до экспериментального подтверждения – ученые предлагали использовать гравитационное излучение для осуществления дальней связи. Его несомненное преимущество – это высокая способность проходить сквозь любые вещества, не поглощаясь. Но в настоящее время это вряд ли возможно, потому что существуют огромные трудности с генерацией и приемом этих волн. Да и реальных знаний относительно природы гравитации у нас пока недостаточно.

Сегодня в разных странах мира работает несколько установок, подобных LIGO и строятся новые. Вероятно, что в ближайшем будущем о гравитационном излучении мы узнаем больше.

Альтернативные теории всемирного тяготения и причины их создания

В настоящий момент доминирующей концепцией гравитации является ОТО. С ней согласуется весь существующий массив экспериментальных данных и наблюдений. В то же время она имеет большое количество откровенно слабых мест и спорных моментов, поэтому попытки создания новых моделей, объясняющих природу гравитации, не прекращаются.

Все, разработанные к настоящему моменту теории всемирного тяготения можно разбить на несколько основных групп:

• стандартные;
• альтернативные;
• квантовые;
• теории единого поля.

Попытки создания новой концепции всемирного тяготения предпринимались еще в XIX столетии. Разные авторы включали в нее эфир или корпускулярную теорию света. Но появление ОТО поставило точку на этих изысканиях. После ее публикации цель ученых изменилась — теперь их усилия были направлены на улучшение модели Эйнштейна, включение в нее новых природных явлений: спина частиц, расширения Вселенной и др.

К началу 80-х годов физики экспериментальным путем отвергли все концепции, за исключением тех, которые включали в себя ОТО как неотъемлемую часть. В это время в моду вошли «струнные теории», выглядевшие весьма многообещающе. Но опытного подтверждения эти гипотезы так и не нашли. За последние десятилетия наука достигла значительных высот и накопила огромный массив эмпирических данных. Сегодня попытки создать альтернативные теории гравитации вдохновляются в основном космологическими исследованиями, связанными с такими понятиями, как «темная материя», «инфляция», «темная энергия».

Одной из главных задач современной физики является объединение двух фундаментальных направлений: квантовой теории и ОТО. Ученые стремятся связать притяжение с остальными видами взаимодействий, создав таким образом «теорию всего». Именно этим и занимается квантовая гравитация – раздел физики, который пытается дать квантовое описание гравитационного взаимодействия. Ответвлением данного направления является теория петлевой гравитации.

Несмотря на активные и многолетние усилия, достичь этой цели пока не удается. И дело даже не в сложности этой задачи: просто в основе квантовой теории и ОТО лежат абсолютно разные парадигмы. Квантовая механика работает с физическими системами, действующими на фоне обычного пространства-времени. А в теории относительности само пространство-время — это динамическая составляющая, зависящая от параметров классических систем, находящихся в ней.

Наряду с научными гипотезами всемирного тяготения, существуют и теории, весьма далекие от современной физики. К сожалению, в последние годы подобные «опусы» просто заполонили интернет и полки книжных магазинов. Некоторые авторы таких работ вообще сообщают читателю, что гравитации не существует, а законы Ньютона и Эйнштейна – это выдумки и мистификации.

Примером могут служить труды «ученого» Николая Левашова, утверждающие, что Ньютон не открывал закон всемирного тяготения, а гравитационной силой в Солнечной системе обладают только планеты и наш спутник Луна. Доказательства этот «русский ученый» приводит довольно странные. Одним из них является полет американского зонда NEAR Shoemaker к астероиду Эрос, состоявшийся в 2000 году. Отсутствие притяжения между зондом и небесным телом Левашов считает доказательством ложности трудов Ньютона и заговора физиков, скрывающих от людей правду о гравитации.

На самом деле космический аппарат успешно выполнил свою миссию: сначала он вышел на орбиту астероида, а затем совершил на его поверхности мягкую посадку.

Искусственная гравитация и для чего она нужна

С силой тяжести связаны два понятия, которые, несмотря на свой текущий теоретический статус, хорошо известны широкой публике. Это антигравитация и искусственная гравитация.

Антигравитация – процесс противодействия силе притяжения, способный существенно уменьшить ее или даже заменить отталкиванием. Овладение подобной технологией привело бы к реальной революции в транспорте, авиации, исследовании космического пространства и кардинально изменило всю нашу жизнь. Но в настоящее время возможность антигравитации не имеет даже теоретического подтверждения. Более того, исходя из ОТО, подобный феномен и вовсе не осуществим, так как в нашей Вселенной не может быть отрицательной массы. Возможно, что в будущем мы узнаем о притяжении больше и научимся строить летательные аппараты на основе этого принципа.

Антигравитация. Увы, пока только так…

Искусственная сила тяжести – это рукотворное изменение существующей силы гравитации. Сегодня подобная технология нам не слишком нужна, но ситуация однозначно изменится после начала долгосрочных космических путешествий. И дело заключается в нашей физиологии. Тело человека, «приученное» миллионами лет эволюции к постоянной гравитации Земли, крайне негативно воспринимает воздействие пониженной силы тяжести. Длительное пребывание даже в условиях лунной гравитации (в шесть раз слабее земной) может привести к печальным последствиям. Иллюзию притяжения можно создавать с помощью других физических сил, например, инерции. Однако подобные варианты сложны и дорого стоят. В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация – это дело весьма отдаленного будущего.

Сила тяжести – это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.

Классическая теория тяготения Ньютона — это… Что такое Классическая теория тяготения Ньютона?

Класси́ческая тео́рия тяготе́ния Ньюто́на (Зако́н всео́бщего тяготе́ния Ньюто́на) — закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Этот закон был открыт Ньютоном в 1666 году. Он гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы и , разделёнными расстоянием , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними — то есть:

Здесь  — гравитационная постоянная, равная м³/(кг с²).

Свойства ньютоновского тяготения

См. также Гравитация

В общем случае, когда плотность вещества ρ распределена произвольно, φ удовлетворяет уравнению Пуассона:

Решение этого уравнения записывается в виде:

где r — расстояние между элементом объёма dV и точкой, в которой определяется потенциал φ, С — произвольная постоянная.

• Сила притяжения, действующая в гравитационном поле на материальную точку с массой , связана с потенциалом формулой:

• Сферически симметричное тело создаёт за своими пределами такое же поле, как материальная точка той же массы, расположенная в центре тела.
• Траектория материальной точки в гравитационном поле, создаваемом много большей по массе материальной точкой, подчиняется законам Кеплера. В частности, планеты и кометы в Солнечной системе движутся по эллипсам или гиперболам. Влияние других планет, искажающее эту картину, можно учесть с помощью теории возмущений.

Исторический очерк

Закон тяготения Ньютона

Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Ранее о ней размышляли Эпикур, Гассенди, Кеплер, Борелли, Декарт, Роберваль, Гюйгенс и другие.^[1] Кеплер полагал, что тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире.^[2] Были, впрочем, догадки с правильной зависимостью от расстояния; Ньютон в письме к Галлею упоминает как своих предшественников Буллиальда, Рена и Гука^[3]. Но до Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера).

В своём основном труде «Математические начала натуральной философии» (1687) Исаак Ньютон вывел закон тяготения, основываясь на эмпирических законах Кеплера, известных к тому времени. Он показал, что:

• наблюдаемые движения планет свидетельствуют о наличии центральной силы;
• обратно, центральная сила притяжения приводит к эллиптическим (или гиперболическим) орбитам.

Теория Ньютона, в отличие от гипотез предшественников, имела ряд существенных отличий. Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель:

В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. До Эйнштейна никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат оказалось необходимым значительно развить.

Отметим, что теория тяготения Ньютона уже не была, строго говоря, гелиоцентрической. Уже в задаче двух тел планета вращается не вокруг Солнца, а вокруг общего центра тяжести, так как не только Солнце притягивает планету, но и планета притягивает Солнце. Наконец, выяснилась необходимость учесть влияние планет друг на друга.

Со временем оказалось, что закон всемирного тяготения позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел, и он стал рассматриваться как фундаментальный. В то же время ньютоновская теория содержала ряд трудностей. Главная из них — необъяснимое дальнодействие: сила притяжения передавалась непонятно как через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания. Кроме того, если Вселенная, как тогда предполагали, евклидова и бесконечна, и при этом средняя плотность вещества в ней ненулевая, то возникает гравитационный парадокс. В конце XIX века обнаружилась ещё одна проблема: расхождение теоретического и наблюдаемого смещения перигелия Меркурия.

Дальнейшее развитие

Общая теория относительности

На протяжении более двухсот лет после Ньютона физики предлагали различные пути усовершенствования ньютоновской теории тяготения. Эти усилия увенчались успехом в 1915 году, с созданием общей теории относительности Эйнштейна, в которой все указанные трудности были преодолены. Теория Ньютона, в полном согласии с принципом соответствия, оказалась приближением более общей теории, применимым при выполнении двух условий:

1. Гравитационный потенциал в исследуемой системе не слишком велик: .
2. Скорости движения в этой системе незначительны по сравнению со скоростью света: .

Квантовая гравитация

Однако и общая теория относительности не является окончательной теорией гравитации, так как неудовлетворительно описывает гравитационные процессы в квантовых масштабах (на расстояниях порядка планковского, около 1,6·10⁻³⁵м). Построение непротиворечивой квантовой теории гравитации — одна из важнейших нерешённых задач современной физики.

См. также

Примечания

Сила — гравитационное притяжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Сила — гравитационное притяжение

Cтраница 1

Сила гравитационного притяжения, действующая между — двумя материальными точками.  [1]

Сила гравитационного притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца.  [2]

Сила гравитационного притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Таким образом, силы светового давления и притяжения одинаково зависят от L и их отношение, следовательно, постоянно.  [3]

Сила гравитационного притяжения двух водяных одинаково заряженных капель радиусами 0 1 мм уравновешивается кулоновской силой отталкивания.  [4]

Сила гравитационного притяжения любых двух частиц прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.  [5]

Сила гравитационного притяжения Земли и центробежная сила, возникающая из-за вращения Земли вокруг своего центра, в опытах Дикке принципиальной роли не играют.  [6]

Найдите силу гравитационного притяжения, действующую на вас со стороны Земли, Луны, Солнца.  [7]

Найдите силу гравитационного притяжения, действующую между Землей и Солнцем, если масса Земли равна 6 — Ю24 кг, а масса Солнца — 2 — Ю30 кг.  [8]

Вычислить силу гравитационного притяжения Земли и Луны. Какие ускорения имеют Земля и Луна благодаря этой силе.  [9]

Примером может служить сила гравитационного притяжения, с которой Солнце действует на планету, или сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов.  [10]

Кроме того, между ньютоновыми силами гравитационного притяжения и силами инерции имеется существенное различие, когда последние возникают во вращающихся системах отсчета. Ньютоновы гравитационные силы не зависят от скоростей тел, на которые они действуют. Тем же свойством обладают поступательные и центробежные силы инерции, а также вообще все переносные силы инерции. По своим физическим действиям переносные силы инерции совершенно эквивалентны ньютоновым гравитационным силам. Невозможно однозначно отделить ньютоно гравитационное поле от поля переносных сил инерции. Напротив, силы Корио-лиса ведут себя существенно иначе, чем ньютоновы гравитационные силы. На покоящиеся ( в рассматриваемой системе отсчета) тела они не действуют. Они возникают только при движении тела и пропорциональны его скорости. Тем не менее эквивалентность инертной и гравитационной масс делает целесообразным объединить гравитационное поле и поле всех сил инерции в единое поле. Это и делается в общей теории относительности. Для поля, получающегося в результате такого объединения, сохранено прежнее название — гравитационное поле. Сила инерции является частным случаем сил гравитационного поля, понимаемого в таком расширенном смысле. Общая теория относительности, или релятивистская теория гравитации, устанавливает уравнения гравитационного поля. Они называются уравнениями Эйнштейна. Закон всемирного тяготения Ньютона содержится в уравнениях Эйнштейна и верен только приближенно. Приближенный характер закона всемирного тяготения, впрочем, следует уже из того, что в основе этого закона лежит представление о мгновенном распространении взаимодействий. А такое представление имеет ограниченную область применимости.  [11]

Кроме того, между ньютоновыми силами гравитационного притяжения и силами инерции имеется существенное различие, когда последние возникают во вращающихся системах отсчета. Ньютоновы гравитационные силы не зависят от скоростей тел, на которые они действуют. Тем же свойством обладают поступательные и центробежные силы инерции, а также вообще все переносные силы инерции. Невозможно однозначно отделить ньютоново гравитационное поле от поля переносных сил инерции. Напротив, силы Кориолиса ведут себя существенно иначе, чем ньютоновы гравитационные силы. На покоящиеся ( в рассматриваемой системе отсчета) тела они не действуют. Они возникают только при движении тела и пропорциональны его скорости. Тем не менее эквивалентность инертной и гравитационной масс делает целесообразным объединить гравитационное поле и поле всех сил инерции в единое поле. Это и делается в общей теории относительности. Для поля, получающегося в результате такого объединения, сохранено прежнее название — гравитационное поле. Сила инерции является частным случаем сил гравитационного поля, понимаемого в таком расширенном смысле. Общая теория относительности, или релятивистская теория гравитации, устанавливает уравнения гравитационного поля. Они называются уравнениями Эйнштейна. Закон всемирного тяготения — Ньютона содержится в уравнениях Эйнштейна и верен только приближенно. Приближенный характер закона всемирного тяготения, впрочем, следует уже из того, что в основе этого закона лежит представление о мгновенном распространении взаимодействий. А такое представление имеет ограниченную область применимости.  [12]

Ньютона в нерелятивистской механике: сила гравитационного притяжения ( F) двух тел с массами т и / и2 обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: F Gm m2 / r2, где G — гравитационная постоянная.  [13]

Как известно, под действием силы гравитационного притяжения (1.49) точка может двигаться по эллиптической орбите относительно инерциальной системы отсчета.  [14]

На каком расстоянии от поверхности Земли сила гравитационного притяжения, действующая на тело, в 2 раза меньше, чем у поверхности Земли.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Гравитационная сила между двумя объектами, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Гравитация>

Рона Куртуса

Вы можете найти гравитационную силу между двумя объектами , применив универсальное уравнение гравитации , при условии, что вы знаете массу каждого объекта и их разделение.

С помощью этого уравнения вы можете производить вычисления для определения таких вещей, как сила между Землей и Луной, а также между двумя большими массами.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что такое универсальное гравитационное уравнение?
• Какова сила притяжения между Землей и Луной?
• Какова сила притяжения между двумя другими объектами?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Универсальное уравнение гравитации

Универсальное уравнение гравитации:

F = GMm / R ²

где

• F — сила притяжения между двумя объектами в ньютонах (Н)
• G — универсальная гравитационная постоянная = 6.674 * 10 ⁻¹¹ Н-м ² / кг ²
• M и m — массы двух объектов в килограммах (кг)
• R — расстояние в метрах (м) между объектами, измеренное от их центров масс

Сила, притягивающая Землю и Луну

Чтобы вычислить гравитационную силу, притягивающую Землю и Луну, вам нужно знать их разделение и массу каждого объекта.

Расстояние

Земля и Луна находятся примерно на расстоянии 3,844 * 10 ⁵ километров друг от друга, от центра к центру.

( Примечание , что орбита Луны вокруг Земли не является истинным кругом, поэтому используется среднее расстояние. Это также означает, что сила притяжения изменяется.)

Поскольку единицы измерения G выражены в Н-м ² / кг ² , вам необходимо преобразовать единицы R в метры.

R = 3,844 * 10 ⁸ м

Масса каждого объекта

Пусть M будет массой Земли и m массой Луны.

M = 5,974 * 10 ²⁴ кг

м = 7,349 * 10 ²² кг

Сила притяжения

Таким образом, сила притяжения между Землей и Луной равна:

F = GMm / R ²

F = (6.674 * 10 ⁻¹¹ Нм ² / кг ² ) (5,974 * 10 ²⁴ кг) (7,349 * 10 ²² кг) / (3,844 * 10 ⁸ м) ²

F = (2,930 * 10 ³⁷ Н-м ² ) / (1,478 * 10 ¹⁷ м ² )

F = 1,982 * 10 ²⁰ N

Примечание: Обратите внимание, как отменены все единицы, кроме N.

Притяжение между Землей и Луной

Результат силы

Эта значительная сила удерживает Луну на орбите вокруг Земли и не дает ей улететь в космос.Внутренняя сила гравитации равна внешней центробежной силе движения Луны.

( Для получения дополнительной информации см. Круговые планетные орбиты .)

Кроме того, гравитационная сила Луны притягивает к себе океаны, вызывая приливы и отливы в зависимости от положения Луны.

( См. Дополнительную информацию в разделе «Гравитация, вызывающая приливы на Земле». )

Сила притяжения крупных предметов

Таким же образом вы можете вычислить гравитационную силу, притягивающую два больших объекта.

Предположим, у вас есть объект массой 100 кг, другой — массой 200 кг, и расстояние между их центрами составляет 2 метра.

F = GMm / R ²

F = (6,674 * 10 ⁻¹¹ Н-м ² / кг ² ) (100 ^{кг) (200 кг) / (2 м) 2}

F = 33370 * 10 ^{−11 N}

Упростить:

F = 3.3 * 10 ^{−7 N}

Это очень малая сила, притягивающая объекты вместе. Однако даже меньшая сила была измерена в эксперименте Кавендиша по измерению гравитационной постоянной.

Сводка

Вы можете применить универсальное уравнение гравитации , чтобы показать силу притяжения между двумя объектами, такую ​​как сила между Землей и Луной, а также между двумя большими массами.

---

Мыслить ясно и логично

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Преобразование единиц массы в эквивалентные силы на Земле — Википедия

Масса —

Масса —

Килограмм —

Масса и вес: сила тяжести — Engineering Toolbox

Ресурсы гравитации

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги по гравитации с самым высоким рейтингом

Книги по гравитации с самым высоким рейтингом

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
gravitation_force_objects.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Темы гравитации

Сила тяжести между двумя объектами

---

КАЛЬКУЛЯТОР ГРАВИТАЦИОННОЙ СИЛЫ

Калькулятор силы тяжести Вышеприведенное уравнение — это закон всемирного тяготения Ньютона, сформулированный британцами. физик, математик и астроном сэр Исаак Ньютон (1642-1727). Следующие 2 примера помогут вам ознакомиться с формулами и этим калькулятором. Попробовав оба метода, вы согласитесь, что пользоваться калькулятором намного проще, чем пользоваться формулой . 1) Какова сила тяжести между одним объектом из 3 килограммы массы и еще один объект массой 7 кг, что составляет 12 метров друг от друга? С помощью калькулятора: Нажмите кнопку «Метры и килограммы», затем введите числа, нажмите «Рассчитать» и ответ 9.7329 x 10 -12 ньютонов. или вы можете использовать этот метод: 2) Рассчитайте силу между одним предметом массой 9 грамм и другой — 6 граммов, расстояние между которыми составляет 50 сантиметров. С помощью калькулятора: Щелкните «Сантиметры и Граммы », введите числа, нажмите« Рассчитать ». и ответ 1,4416 x 10 -9 дин. или вы можете использовать этот метод: >>>>> Числа отображаются в экспоненциальном представлении с указанием количества значащие цифры, которые вы указываете.Для удобства чтения числа от 0,001 до 1000. будет не в экспоненциальной нотации, но все равно будет иметь ту же точность. Вы можете изменить количество значащих цифр, отображаемых изменив номер в поле выше. Большинство браузеров будут отображать ответы правильно, но если вы вообще не видите ответов, введите ноль в поле выше, что приведет к исключите все форматирование, но, по крайней мере, вы увидите ответы. Вернуться на главную страницу Авторские права © 1999 — 1728 Программные системы

Универсальная гравитация — Резюме — Гипертекст по физике

Универсальная гравитация — Резюме — Гипертекст по физике

Сводка

• Гравитационная сила
  • Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что любые два объекта с массой будут испытывать силу тяжести , то есть…
    • универсальный (действует на все объекты)
    • привлекательный (антигравитации не существует)
    • прямо пропорциональна массе каждого объекта (масса составляет гравитацию)
    • обратно пропорционально квадрату расстояния между их центрами ( правило обратных квадратов )
  • Уравнения

    F г =	величина силы тяжести между двумя объектами (Примечание: знак минус часто добавляется к уравнению, чтобы показать, что сила притяжения.В практических расчетах этим часто пренебрегают.)
    G =	универсальная гравитационная постоянная , часто сокращается до гравитационная постоянная или неофициально обозначается как Big G (6,67 × 10 −11 Н · м 2 / кг 2 )
    м 1 , м 2 =	масса двух объектов
    r =	разделение между центрами двух объектов

    F г =	вектор гравитационной силы между двумя объектами
    r̂ =	единичный вектор вдоль линии, разделяющей центры двух объектов (Примечание: использование знака минус здесь показывает, что вектор силы указывает в противоположном направлении вектора разделения.Сила и разделение имеют противоположный смысл.)

  • Поскольку универсальная гравитационная постоянная — это «маленькое» число, гравитация — «слабая» сила.
    • Единственный объект, который оказывает заметную гравитационную силу на другие объекты в повседневной жизни, — это Земля.
    • Мы воспринимаем гравитационную силу Земли, потому что она массивна (5,97 × 10 ^–24 кг) и обычно находится недалеко от нее (обычно менее чем в 6 400 км от ее центра).
    • Типичный человек может легко оттолкнуться от небольшого участка земли с нормальной силой, которая равна или превышает гравитационную силу всей Земли, тянущую его вниз.
  • Гравитационная сила между объектами имеет бесконечный диапазон.
    • Нет такого значения расстояния, r , которое могло бы составить F _g = 0 в законе всемирного тяготения Ньютона.
    • Гравитацию можно уменьшить (удалившись от массивных объектов), но ее нельзя устранить.
  • Гравитация является доминирующей силой во Вселенной при низких энергиях и больших объемах (солнечные системы, галактики, скопления, сверхскопления и более крупные структуры).
• Поле
  • A поле — это…
    • физическая величина, имеющая значение (или набор значений) в каждой точке пространства и времени
    • математическая функция, которая возвращает значение (или набор значений) для каждой точки в пространстве и времени
    • способ разобраться с философскими аргументами против действия на расстоянии
  • Поля могут быть…
    • скалярные поля , связанные с такими величинами, как…
      • температура
      • давление
      • плотность
      • электрический заряд
    • векторные поля , связанные с…
      • поток жидкостей (поле скорости ), например…
        • ветер
        • океанские течения
        • солнечный ветер
      • неконтактные силы ( силовые поля ), такие как…
        • гравитационное поле
        • электрическое поле
        • магнитное поле
    • тензорные поля , связанные с…
      • величины механики сплошных сред, а именно…
      • величины общей теории относительности, такие как…
        • метрический тензор
        • Тензор энергии-импульса
        • Тензор кривизны Риччи
• Гравитационное поле
  • Величина Где…

    г =	гравитационное поле (напряженность гравитационного поля)
    F г =	сила тяжести на пробной массе
    м =	Масса пробной массы

  • шт.

    ⎡ ⎢ ⎣	N	=	м	⎤ ⎥ ⎦
    	кг		с 2

  • Направление
    • Гравитация описывается векторным полем.
    • Направление гравитационного поля в любой точке пространства — это направление чистой гравитационной силы на «маленькую» пробную массу.
    • Гравитационное поле вокруг сферически-симметричной массы является радиальным и направлено внутрь.
    • Используйте векторное сложение, чтобы найти чистое гравитационное поле, когда присутствует более одного массивного объекта.

Нет постоянных условий.

1. Механика
   1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
   2. Dynamics I: Force
      1. Сил
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Вес
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Кодовые рамки
   3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые станки
   4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
   5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Динамика вращения
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокат
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
   6. Движение планет
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Плотность вытянутых тел
   7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Генератор простых гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
   8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы потока
2. Теплофизика
   1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа материи
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
   2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Химическая потенциальная энергия
   3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
   4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
3. Волны и оптика
   1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
   2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
   3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (световой)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
   4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
4. Электричество и магнетизм
   1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводники
   2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Батареи
   3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
   4. Цепи постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
   5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
   6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
   7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи RL
      4. Цепи LC
   8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
5. Современная физика
   1. Теория относительности
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
   2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэффект
      3. Рентгеновские снимки
      4. Антиматерия
   3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомарные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированное вещество
   4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
   5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика вкуса
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
6. Фундаменты
   1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Британо-американская система единиц
      4. Разные единицы
      5. Время
      6. Преобразование единиц
   2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
   3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка по кривой
      4. Исчисление
   4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение вектора
   5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая таблица элементов
      6. Люди в физике
7. Назад дело
   1. Предисловие
      1. Об этой книге
   2. Связаться с автором
      1. гленнелерт.нас
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
   3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

Закон всемирного тяготения Ньютона

Сила тяжести и гравитационный потенциал

Закон всемирного тяготения был сформулирован Исааком Ньютоном \ (\ left (1643-1727 \ right) \) и опубликован в \ (1687.2}}}}. \)

Сила гравитационного притяжения — это центральная сила, которая направлена ​​вдоль линии, проходящей через центры взаимодействующих тел.

В системе двух тел (рисунок \ (2 \)) сила притяжения \ ({\ mathbf {F} _ {12}} \) второго тела действует на первое тело массы \ ({m_1} . \)

Рис. 2.

Аналогичным образом сила притяжения \ ({\ mathbf {F} _ {21}} \) первого тела действует на второе тело массы \ ({m_2}. \) Обе силы \ ({\ mathbf {F} _ {12}} \) и \ ({\ mathbf {F} _ {21}} \) равны и направлены вдоль \ (\ mathbf {r}, \), где

\ [\ mathbf {r} = {\ mathbf {r} _2} — {\ mathbf {r} _1}. 3}}} \ mathbf {r}, \]

где \ ({M_ \ text {S}} \) — масса Солнца.

Гравитационное взаимодействие тел происходит через гравитационное поле, которое можно описать скалярным потенциалом \ (\ varphi. \) Сила, действующая на тело массы \ (m, \), помещенное в поле с потенциалом \ ( \ varphi, \) равно

\ [\ mathbf {F} = m \ mathbf {a} = — m \, \ mathbf {\ text {grad}} \, \ varphi. \]

В случае точечной массы \ (M, \) потенциал гравитационного поля равен

\ [\ varphi = — \ frac {{GM}} {r}. \]

Последняя формула также верна для распределенных тел с центральной симметрией, таких как планета или звезда.

Законы Кеплера

Основные законы движения планет были установлены Иоганном Кеплером \ (\ left (1571-1630 \ right) \) на основе анализа астрономических наблюдений Тихо Браге \ (\ left (1546-1601 \ right) \). В \ (1609, \) Кеплер сформулировал первые два закона. Третий закон был открыт в \ (1619 г. \). Позже, в конце \ (17 \) века, Исаак Ньютон математически доказал, что все три закона Кеплера являются следствием закона всемирного тяготения.

Первый закон Кеплера

Орбита каждой планеты Солнечной системы представляет собой эллипс, одним из фокусов которого является Солнце (рис. \ (3 \)).

Рис. 2.

Второй закон Кеплера

Радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные области через равные промежутки времени. На рисунке \ (4 \) показаны два сектора эллипса, соответствующие одним и тем же временным интервалам.

Рисунок 2.

Согласно второму закону Кеплера, площади этих секторов равны.3}}. \]

См. Решенные проблемы на странице 2.

домашних заданий и упражнений — Закон гравитационного притяжения Ньютона

домашнее задание и упражнения — Закон гравитационного притяжения Ньютона — Physics Stack Exchange

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

2. 0
3. +0
6. Авторизоваться Подписаться

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 5 лет, 5 месяцев назад

Просмотрено 842 раза

$ \ begingroup $ Закрыто. Это вопрос не по теме. В настоящее время он не принимает ответы.

---

Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы он соответствовал теме Physics Stack Exchange.

Закрыт 5 лет назад.

Мой учитель хотел бы, чтобы мы использовали закон гравитационного притяжения Ньютона для решения вопроса, похожего на этот:

«Два объекта создают силу тяжести 20 Н.Масса одного объекта увеличивается в 5 раз, а массы сдвигаются в 6 раз ближе друг к другу. Какую силу силы они оказывают друг на друга сейчас? »

Этот вопрос отличается от того, который мне дал учитель, поэтому я могу сделать это сам. Мой учитель хотел бы, чтобы мы решили его с помощью уравнения. Ссылается ли он на универсальную гравитационную постоянную, чтобы решить вопрос? Как бы вы ее решили?

hsnee

49322 серебряных знака1212 бронзовых знаков

Создан 03 апр. 2} $$ Затем вы найдете ответ, заменив $ m_1 $ на $ 5m_1 $ и $ r $ на $ \ frac {r} {6} $.

Создан 03 апр.

hsneehsnee

49322 серебряных знака1212 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ 4 Physics Stack Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

Гравитационная сила, оказываемая стержнем — Школа Грега

Нам нужно найти гравитационную силу, действующую на стержень на частицу некоторой массы \ (m \).Итак, по сути, понятие частицы является чем-то очень абстрактным — объектом нулевого размера со всей его массой, сосредоточенной в одной точке (точнее, геометрической точке , что является еще одним очень абстрактным понятием) в пространстве. . На самом деле ни один объект не является частицей (кроме черной дыры), но если объект очень мал по сравнению с размером стержня, то разумно игнорировать размер этого объекта и аппроксимировать его как точечную массу.

Закон всемирного тяготения Ньютона определяется как

$$ \ vec {F} _ {m_1, m_2} = G \ frac {m_1m_2} {r ^ 2} \ hat {r} _ {1,2}.2}. \ Tag {3} $$

Когда я рассказывал вам об определении закона всемирного тяготения Ньютона, обратите внимание, как я очень конкретизировал то, как уравнение (2) (а значит, и уравнение (3)) дает гравитационное сила, оказываемая одной частицей (или точечной массой) на другую частицу . Знаменитое уравнение, представляющее закон всемирного тяготения Ньютона, имеет дело только с частицами, и по этой причине мы не можем использовать уравнение (2) или (3) для вычисления гравитационной силы, оказываемой стержнем на частицу — стержень — это не частица, это расширенный объект.Имея дело с массой любого протяженного объекта в классической механике — будь то стержень, диск, шар или любая другая геометрическая форма — мы можем представить себе всю форму этого объекта как построенную бесконечным числом точечные массы массы \ (dm \). Учитывая, как я определил уравнения (2) и (3) как относящиеся только к частицам, мы можем использовать уравнение (3) для вычисления гравитационной силы, оказываемой одной из частиц массы \ (dm \) на частицу масса \ (m \) как

$$ F_g = Gm \ frac {1} {r ^ 2} dm, \ tag {4} $$

, где \ (dm \) и \ (m \) — масса каждой частицы, а \ (r \) — расстояние между ними.2} dm}. \ Tag {6} $$

Уравнение (6) действительно дает величину гравитационной силы, оказываемой \ (M_ {rod} \) на \ (m \), но единственная проблема заключается в том, что мы не можем вычислить значение этой силы, так как мы не можем вычислить интеграл в уравнении (6). Для вычисления интеграла в уравнении (60 подынтегральное выражение и пределы интегрирования должны быть представлены в виде одной и той же переменной. Если мы предположим, что массовая плотность \ (λ \) стержня постоянна, то

$$ λ = \ frac {dm} {dx} $$

и

$$ dm = λdx.{d} = Gmλ (\ frac {1} {d} — \ frac {1} {d + L}). $$

Таким образом,

$$ F_ {rod, m} = Gmλ (\ frac {1 } {d} — \ frac {1} {L + d}). \ tag {12} $$

Уравнение (12) позволяет нам вычислить величину гравитационной силы, действующей на частицу стержнем. Поскольку каждая масса \ (dm \) в стержне тянет массу \ (m \) в направлении \ (- x \), весь стержень тянет за \ (m \) в направлении \ (- x \). . Если мы умножим величину гравитационной силы \ (F_ {rod, m} \) на \ (- \ hat {i} \), это даст нам гравитационную силу с величиной \ (F_ {rod, m} \) и направление \ (- \ hat {i} \) в отрицательном направлении \ (x \).Таким образом, сила тяжести, прилагаемая стержнем к массе \ (m \), определяется выражением

$$ \ vec {F} _ {rod, m} = Gmλ (\ frac {1} {d} — \ frac { 1} {L + d}) (- \ hat {i}). \ Tag {13} $$

Вся проблема, которую мы только что решили, также применима к задаче электростатики, которая связана с нахождением электрической силы, действующей заряженный стержень на заряженной частице. Это потому, что закон, определяющий электрическую силу (а именно, закон Колонны) полностью аналогичен закону тяготения Ньютона. Я имею в виду, что оба закона имеют аналогичные математические выражения, и оба включают универсальную константу, два параметра, описывающие две частицы, и оба закона являются законами обратных квадратов.

Регентс Физика Гравитация

Вселенская гравитация

Все объекты, имеющие массу, притягиваются друг к другу под действием силы тяжести. Величину этой силы, Fg, можно рассчитать, используя Закон всемирного тяготения Ньютона :

Этот закон говорит нам, что сила тяжести между двумя объектами пропорциональна каждой из масс ( м ₁ и м ₂ ) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними ( r ).Универсальная гравитационная постоянная, G , — это, так сказать, «ложный фактор», включенный в уравнение, так что ваши ответы будут выражаться в единицах S.I. G обозначен на первой странице вашей справочной таблицы Regents Physics как.

Давайте рассмотрим эту взаимосвязь более подробно. Сила прямо пропорциональна массам двух объектов, поэтому, если бы любая из масс была удвоена, гравитационная сила также удвоилась бы. Аналогичным образом, если бы расстояние между двумя объектами, r , было удвоено, сила тяжести была бы разделена на четыре части, поскольку расстояние в знаменателе возведено в квадрат.Этот тип отношений называется законом обратных квадратов , который описывает многие явления в мире природы.

ПРИМЕЧАНИЕ: расстояние между массами, r , на самом деле является расстоянием между центрами масс объектов. Для крупных объектов, таких как, например, Земля, вы должны определять расстояние до центра Земли, а не до ее поверхности.

Несколько советов по решению проблем, связанных с законом всемирного тяготения Ньютона:

1. Подставляйте значения для переменных только в самом конце проблемы.Чем дольше вы сможете хранить формулу с точки зрения переменных, тем меньше возможностей для ошибок.
2. Прежде чем использовать калькулятор для поиска ответа, попробуйте оценить порядок величины ответа. Используйте это, чтобы проверить свой окончательный ответ.
3. После завершения расчетов убедитесь, что ваш ответ имеет смысл, сравнив свой ответ с известной или подобной величиной. Если ваш ответ не имеет смысла, проверьте свою работу и проверьте свои расчеты.

Давайте посмотрим, нельзя ли применить закон всемирного тяготения Ньютона к простой задаче…

Вопрос: Какова гравитационная сила притяжения между двумя астероидами в космосе, каждый массой 50 000 кг, разделенными расстоянием 3800 м?

Ответ:

Как видите, сила тяжести — относительно слабая сила, и мы ожидаем относительно слабой силы между относительно небольшими объектами. Требуются огромные массы и небольшие расстояния, чтобы развить значительные гравитационные силы.Давайте взглянем на другую проблему, чтобы изучить взаимосвязь между гравитационной силой, массой и расстоянием.

Гравитационные поля

Гравитация — это бесконтактная или полевая сила. Его эффекты наблюдаются без соприкосновения двух объектов друг с другом. Как именно это происходит, по сей день остается загадкой, но ученые придумали мысленную конструкцию, которая помогает нам понять, как работает гравитация.

Представьте себе объект с гравитационным полем, такой как планета Земля.Чем ближе другие массы к Земле, тем больше гравитационной силы они испытают. Мы можем охарактеризовать это, вычислив количество силы, которое Земля будет оказывать на единицу массы на различных расстояниях от Земли. Очевидно, что чем ближе объект к Земле, тем большую силу он будет испытывать, и чем дальше он от Земли, тем меньшую силу он будет испытывать.

Пытаясь визуализировать это, изобразите силу гравитационной силы на тестовом объекте, представленную вектором в положении объекта.Чем плотнее векторы сил, тем сильнее сила, тем сильнее «гравитационное поле». По мере того, как эти силовые линии становятся все менее и менее плотными, гравитационное поле становится все слабее и слабее.

Чтобы вычислить напряженность гравитационного поля в данной позиции, мы можем вернуться к нашему определению силы тяжести на нашем тестовом объекте, более известной как его вес. Мы пишем это как mg с тех пор, как начали изучать динамику. Но, понимая, что это сила тяжести на объекте, мы также можем вычислить силу тяжести на пробной массе, используя Закон всемирного тяготения Ньютона.Собирая их вместе, мы обнаруживаем, что:

Понимая, что масса в левой части уравнения, масса нашего тестового объекта, также является одной из масс в правой части уравнения, мы можем упростить наше выражение, разделив тестовую массу.

Следовательно, сила гравитационного поля, g, , равна универсальной гравитационной постоянной G , умноженной на массу объекта, деленную на квадрат расстояния между объектами.

Но подождите, можно сказать … Я думал, g — это ускорение свободного падения на поверхности Земли! И ты был бы прав. Это не только сила гравитационного поля, но и ускорение свободного падения. Единицы даже отрабатывают … единицы напряженности гравитационного поля, Н / кг, эквивалентны единицам ускорения, м / с ² !

Все еще скептически настроен? Давайте рассчитаем напряженность гравитационного поля на поверхности Земли, зная, что масса Земли приблизительно равна 5.98 × 10 ²⁴ кг, а расстояние от поверхности до центра масс Земли (которое немного меняется, поскольку Земля не является идеальной сферой) составляет примерно 6378 км в Нью-Йорке.

Как и ожидалось, напряженность гравитационного поля на поверхности Земли — это ускорение свободного падения. Посмотрим, не сможем ли мы решить некоторые задачи, используя силу гравитационного поля.

Вопрос: Предположим, что космонавт весом 100 кг ощущает силу тяжести 700N, когда находится в гравитационном поле планеты.

А) Какова напряженность гравитационного поля в месте нахождения космонавта?

Б) Какова масса планеты, если космонавт находится на расстоянии 2 × 10 ⁶ м от ее центра?

Ответ:

Орбиты

Как небесные тела вращаются вокруг друг друга? Луна вращается вокруг Земли. Земля вращается вокруг Солнца. Наша солнечная система находится на орбите галактики Млечный Путь … но как все это работает?

Чтобы объяснить орбиты, сэр Исаак Ньютон разработал «мысленный эксперимент», в котором он представил пушку, установленную на вершине очень высокой горы, настолько высокой, что вершина горы находилась над атмосферой (это важно, потому что позволяет пренебречь сопротивлением воздуха).Если пушка затем запустит снаряд горизонтально, снаряд будет следовать параболической траектории к поверхности Земли.

Однако если снаряд будет запущен с более высокой скоростью, он пройдет дальше по поверхности Земли, прежде чем достигнет земли. Если бы его скорость могла быть увеличена достаточно высоко, снаряд падал бы с той же скоростью, с которой изгибается поверхность Земли. Снаряд будет продолжать падать вечно, когда будет кружить над Землей! Это круговое движение описывает орбиту.

Другими словами, астронавты космического корабля «Шаттл» не невесомы. На самом деле гравитация Земли все еще действует на них и притягивает их к центру Земли со значительной силой. Мы даже можем вычислить эту силу. Если космический шаттл вращается вокруг Земли на высоте 380000 м, какова напряженность гравитационного поля Земли?

Вопрос: Если космический шаттл вращается вокруг Земли на высоте 380 км, какова напряженность гравитационного поля Земли?

Ответ: Напомним, что мы можем получить значения G, массы Земли и радиуса Земли из справочной таблицы.

Это означает, что ускорение свободного падения на высоте, на которой астронавты движутся по орбите Земли, всего на 11% меньше, чем на поверхности Земли! На самом деле космический шаттл падает, но он движется по горизонтали так быстро, что к моменту его падения Земля изогнулась под ним, так что шаттл остается на том же расстоянии от центра Земли — он находится на орбите. . Конечно, для этого нужны огромные скорости …чтобы поддерживать орбиту в 380 км, космический шаттл движется со скоростью примерно 7680 м / с, что более чем в 23 раза превышает скорость звука на уровне моря!

.