Site Loader

Содержание

Сила ⚠️ притяжения: формула, как рассчитывается, примеры

Характер и особенности расчета силы притяжения известны еще с древних времен. На основании имеющихся знаний, переданных современному научному сообществу великими исследователями, человек познает не только его окружающий мир, но и Вселенную.

Формула силы притяжения

Со времен Древней Греции философов интересовали явления притяжения тел к земле и свободного падения. К примеру, по утверждениям Аристотеля, из двух камней, брошенных с одинаковой высоты, быстрее достигнет земной поверхности тот, чья масса больше. В IV веке до нашей эры единственными методами научных изысканий служили наблюдения и анализ. К проверке гипотез опытным путем великие мыслители не прибегали. По истечению столетий физик из Италии Галилео Галилей проверил утверждения Аристотеля, используя практические методы исследований.

Итоги проведенных Галилеем опытов были опубликованы в «Беседах и математических доказательствах, касающихся двух новых наук». Ученый использовал псевдоним Сагредо: «пушечное ядро не опередит мушкетной пули при падении с высоты двухсот локтей». Формулировка закона всемирного тяготения была представлена в 1666 году Исааком Ньютоном. В ней фиксировались основные тезисы теоремы Галилея.

Смысл заключался в том, что тела, которые обладают разными массами, падают на землю с одинаковыми ускорениями.  Одно тело притягивает другое и, наоборот, с силой, которая прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна отрезку пути между ними. Согласно определению гравитации от Ньютона, тела, характеризующиеся массой, обладают свойством, благодаря которому притягиваются друг к другу.

Понятие и определение

Силы взаимного притяжения – это силы, которые притягивают любые тела, обладающие массами.

Корректность выводов Ньютона неоднократно подтверждалась путем практических испытаний. Но в начале ХХ века перед учеными-физиками остро стоял вопрос о природе и характере взаимодействия крупных астрономических тел, включая разные виды планетарных систем и галактик в вакууме. Ньютоновского закона уже было недостаточно, чтобы решить эти задачи. Исключить недочеты позволила новая теория, разработанная Альбертом Эйнштейном в начале ХХ столетия. Общая теория относительности объясняет гравитацию не в качестве силы, а представляет ее в виде искривления пространства и времени в четырех измерениях, которое зависит от массы тел, создающих его.

Источник: i.ytimg.com

Гравитация представляет собой свойство тел, которые характеризуются массой, притягивать друг друга. Данное физическое явление можно объяснить, как поле, оказывающее дистанционное воздействие на предметы, не связанные между собой никаким другим способом.

Достижение Эйнштейна не противоречит теоретическому объяснению гравитации от Ньютона. Общая теория относительности рассматривает закон всемирного тяготения, как частный случай, применимый для сравнительно небольших расстояний. Данная закономерность в настоящее время также активно используется для поиска решений задач на практике.2\),

где \(m1,m2\) — массы объектов, которые притягиваются друг к другу под действием силы \(F\),

\(r\) – расстояние, на которое удалены тела,

\(G\) — т.н. гравитационная постоянная величина, константа, равная 6,67.

Источник: avatars.mds.yandex.net

Гравитационное взаимодействие объектов будет слабеть, если тела удаляются друг относительно друга. Сила гравитации пропорциональна величине расстояния в квадрате. При этом для нахождения искомой величины расстояние измеряется от центров тяжести тел, а не от поверхностей.

Гравитация в определенных моментах напоминает другие физические явления. Исходя из зависимости интенсивности силы от расстояния в квадрате, гравитацию можно сравнить с электромагнитным взаимодействием сильного и слабого характера.

Формула силы гравитационного притяжения между двумя телами

Квадратичная связь силы, с которой тела притягиваются друг к другу, с расстоянием между ними объясняет тот факт, что люди, находящиеся на поверхности планеты Земля не притягиваются к Солнцу, хотя масса его велика и превышает земную в миллион раз. Земля и центр Солнечной системы удалены примерно на 150 миллионов километров. Дистанция достаточно велика, чтобы ощущаться человеком. Однако эту силу можно зарегистрировать, используя высокоточные приборы. В рамках планеты Земля сила, с которой тела к ней притягиваются, то есть их вес, измеряется следующим образом:

\(P=m\times g\),

где \(m\) – масса тела, на которое воздействует сила притяжение,

\(g\) – ускорение свободного падения около Земли (если рассматривать систему в условиях любой другой планеты, данная величина будет отличаться).

На разных географических широтах величина ускорения свободного падения может незначительно отличаться. Производя расчеты, данный показатель принимается за 9,81 метров в секунду в квадрате.

В физике понятия массы и веса тел отличаются. Весом называется сила, определяющее притяжение объекта к планете. Масса представляет собой меру инертности вещества. На нее не влияют другие тела, расположенные рядом.{-11}\)

Выполнить расчет силы притяжения достаточно просто, если правильно выбрать формулу, подходящую под конкретные условия, в которых находятся тела. Если в процессе решения задач по физике или другим дисциплинам возникают проблемы, всегда можно обратиться за помощью к компетентным специалистам портала Феникс.Хелп.

Сила тяжести — в чем измеряется? Чему равна?

Сила: что это за величина

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

Сила — это физическая векторная величина, которую воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.


Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.



Сила тяготения

В 1682 году Исаак Ньютон открыл Закон Всемирного тяготения. Он звучит так: все тела притягиваются друг к другу, сила всемирного тяготения прямо пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Формула силы тяготения согласно этому закону выглядит так:

Закон Всемирного тяготения

F = GMm/R2

F — сила тяготения [Н]

M — масса первого тела (часто планеты) [кг]

m — масса второго тела [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2

Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз.

Закон всемирного тяготения используют, чтобы вычислить силы взаимодействия между телами любой формы, если размеры тел значительно меньше расстояния между ними.

Если мы возьмем два шара, то для них можно использовать этот закон вне зависимости от расстояния между ними. За расстояние R между телами в этом случае принимается расстояние между центрами шаров.

Приливы и отливы существуют благодаря Закону Всемирного тяготения. В этом видео я рассказываю, что общего у приливов и прыщей

Несколько лет назад ученые открыли такое явление, как гравитационные волны — но это не тоже самое, что гравитация:

Источник: YouTube-канал «Это работает»

Сила тяжести

Сила тяжести — сила, с которой Земля притягивает все тела.

Сила тяжести

F = mg

F — сила тяжести [Н]

m — масса тела [кг]

g — ускорение свободного падения [м/с2]

На планете Земля g = 9,8 м/с2

На первый взгляд сила тяжести очень похожа на вес тела. Действительно, в состоянии покоя на поверхности Земли формулы силы тяжести и веса идентичны. Но разница все-таки есть, давайте разбираться.

Эта формула и правда аналогична силе тяжести. Вес тела в состоянии покоя численно равен массе тела, разница состоит лишь в точке приложения силы.

Сила тяжести — это сила, с которой Земля действует на тело, а вес — сила, с которой тело действует на опору. Это значит, что у них будут разные точки приложения: у силы тяжести к центру масс тела, а у веса — к опоре.


Также, важно понимать, что сила тяжести зависит исключительно от массы и планеты, на которой тело находится. Вес зависит также от ускорения, с которым движутся тело или опора.

Например, в лифте вес тела зависит от того, куда и с каким ускорением движется тело. А силе тяжести все равно, куда и что движется — она не зависит от внешних факторов.

На второй взгляд сила тяжести очень похожа на силу тяготения. В обоих случаях мы имеем дело с притяжением — значит можем сказать, что это одно и то же. Практически.

Мы можем сказать, что это одно и то же, если речь идет о Земле и каком-то предмете, который к этой планете притягивается. Тогда мы можем даже приравнять эти силы и выразить формулу для ускорения свободного падения.

F = mg

F = GMm/R2

Приравниваем правые части:

mg = GMm/R2

Делим на массу левую и правую части:

g = GM/R2

Это и будет формула ускорения свободного падения. Ускорение свободного падения для каждой планеты уникально, эта формула нужна.

Формула для ускорения свободного падения

g = GM/R2

F — сила тяготения [Н]

M — масса планеты [кг]

R — расстояние между телами [м]

G — гравитационная постоянная

G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2

А теперь задачка

Определить силу тяжести, действующую на тело массой 80 кг.

Решение:

Не смотря на кажущуюся простоту, тут есть над чем подумать.Вроде бы просто нужно взять формулу F = mg, подставить числа и дело в шляпе.

Да, но есть один нюанс: в значении ускорения свободного падения для Земли очень много знаков после запятой. В школе обычно дают то же значения, что мы указывали выше: g = 9,8 м/с2.

В экзаменах ОГЭ и ЕГЭ в справочных данных дают g = 10 м/с2.

И кому же верить?

Все просто: для кого решается задача, тот и главный. В экзаменах берем g = 10 , в школе при решении задач (если в условии задачи не написано что-то другое) берем g = 9,8 м/с2.

Итак, F = mg.

F = 80*10 = 800 Н

Ответ: 800 Н.

Учимся летать

В серии книг Дугласа Адамса «‎Автостопом по Галактике»‎ говорится, что летать — это просто промахиваться мимо Земли. Если ты промахнулся мимо Земли и достиг первой космической скорости 7,9 км/с, то ты стал искусственным спутником Земли.

Искусственный спутник Земли — космический летательный аппарат, который вращается вокруг Земли по геоцентрической орбите. Чтобы у него так получалось, аппарат должен иметь начальную скорость, равную или большую первой космической скорости.

Кстати, есть еще вторая и третья космические скорости. Вторая космическая скорость — это скорость, которая нужна, чтобы корабль стал искусственным спутником Солнца, а третья — чтобы вылетел за пределы солнечной системы.

Подробнее о возможностях полетов и невесомости читайте в нашей статье про вес тела.

Закон всемирного тяготения. Вес тела — ЗФТШ, МФТИ

Анализируя законы Кеплера, описывающие движение планет, И.2}}\ — ускорение свободного падения на высоте hh от поверхности Земли.

Силой тяжести называют силу, с которой тело притягивается к планете:

\[\boxed{F = mg} — \mathrm{сила}\ \mathrm{тяжести}\]

Рассмотрим твёрдое тело, расположенное на горизонтальной неподвижной опоре: под действием силы тяжести тело деформируется. Если тело находится на опоре, то на нижний слой действуют все верхние слои, и, как следствие, этот слой деформируется наибольшим образом. На предпоследний слой действует меньшее количество слоёв, и он деформируется меньше. Таким образом, тело, бывшее прямоугольным, примет вид трапеции. Нижний слой приблизился при такой деформации к центру тела, а значит, возникла сила упругости, направленная в сторону, противоположную направлению смещения частиц при деформации. Сила упругости, возникшая внутри данного тела, направлена перпендикулярно опоре. Эту силу, созданную деформированным телом и приложенную к опоре, называют весом тела. Опора под действием веса деформируется. Противоположная весу сила упругости действует на данное тело со стороны деформированной опоры и тоже направлена перпендикулярно опоре, но называется силой реакции опоры NN (от слова normal — перпендикуляр).










Рис. 9

На рисунке 9 тело не касается опоры для того, чтобы показать, что вес приложен к опоре, а сила реакции опоры к телу. В действительности площадь реального соприкосновения твёрдых тел невелика. Большей частью между телами находится тонкий слой воздуха.

Вполне очевидно, что если опоры нет, то и веса тело иметь не будет. Такое случится в том случае, если тело движется под действием только одной силы – силы тяготения.

Невесомостью называют состояние тела, когда оно движется под действием только силы тяготения.

Так же легко понять, что если на тело действует две силы (сила тяжести и сила реакции опоры), то эти силы не обязательно равны друг другу. Одна из них может быть больше другой.

Рассмотрим движение тела, помещённого в лифт. Пусть сам лифт движется с ускорением a→\vec a. Такое ускорение будет в двух случаях: 1) лифт поднимается равно ускорено, 2) лифт опускается равнозамедленно. Второй закон Ньютона для данного тела примет вид:








Рис. 10

N→+mg→=ma→.\vec N + m \vec g = m \vec a.

При рассмотрении данного движения из лабораторной неподвижной системы отсчёта OyOy увидим, что в проекции на вертикальную ось OyOy второй закон запишется следующим образом:

N-mg=ma,N — mg = ma,

откуда 

N=ma+mg=m(g+a).N = ma + mg = m(g+a).

Но по третьему закону Ньютона знаем, что сила реакции опоры и вес тела равны и противоположны, следовательно:

N=P,N = P,

тогда: P=m(g+a) -\boxed{P = m(g+a)}\ — вес тела, движущегося с ускорением, направленным вверх (рис. 10).2}{R})}\ — вес тела, движущегося с ускорением, направленным вверх (вогнутая дорога).

Важное дополнение:

Для рассматриваемой силы, называемой весом, важно понимать и уметь правильно изображать точку приложения этой силы.








На рисунке 11а показан лифт, у которого нет ускорения. Тогда сила тяжести равна силе реакции опоры . А по третьему закону Ньютона, сила реакции опоры равна весу тела. Точка приложения силы тяжести расположена в геометрическом центре тела, если тело однородно и правильной формы. Точка приложения силы реакции опоры должна быть изображена внутри тела вблизи с нижней поверхностью тела на линии действия силы тяжести. Последнее свойство на рисунке не выдержано для удобства изображения (иначе силы на рисунке будут накладываться друг на друга). Точка приложения веса тела находится внутри опоры (пола лифта) вблизи поверхности на линии действия силы реакции опоры.










                Рис.2} = \frac 18 F = 10\ \text{Н}.\]

Сила притяжения шаров станет меньше на 10 Н10\ \text{Н}, следовательно, станет равной 70 Н70\ \text{Н}.

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Вес тела

Гравитационные силы. Закон всемирного тяготения. Вес тела

В природе существуют различные силы, которые характеризуют взаимодействие тел. Рассмотрим те силы, которые встречаются в механике.

Гравитационные силы. Вероятно, самой первой силой, существование которой осознал человек, являлась сила притяжения, действующая на тела со стороны Земли.

И потребовались многие века для того, чтобы люди поняли, что сила тяготения действует между любыми телами. И потребовались многие века для того, чтобы люди поняли, что сила тяготения действует между любыми телами. Первым этот факт понял английский физик Ньютон. Анализируя законы, которым подчиняется движение планет (законы Кеплера), он пришёл к выводу, что наблюдаемые законы движения планет могут выполняться только в том случае, если между ними действует сила притяжения, прямо пропорциональная их массам и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Любые два тела притягиваются друг к другу. Сила притяжения между точечными телами направлена по прямой, их соединяющей, прямо пропорциональна массам обоих и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Под точечными телами в данном случае понимают тела, размеры которых во много раз меньше расстояния между ними.

Силы всемирного тяготения называют гравитационными силами. Коэффициент пропорциональности G называют гравитационной постоянной. Его значение было определено экспериментально: G = 6,7 • 10¯¹¹ Н•м² / кг².

Сила тяготения действующая вблизи поверхности Земли, направлена к её центру и вычисляется по формуле:

F = m • g,

где g – ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²).

Роль силы тяготения в живой природе очень значительна, так как от её величины во многом зависят размеры, формы и пропорции живых существ.

Вес тела. Рассмотрим, что происходит, когда некоторый груз кладут на горизонтальную плоскость (опору). В первый момент после того, как груз опустили, он начинает двигаться вниз под действием силы тяжести (рис. 8).

Плоскость прогибается и возникает сила упругости (реакция опоры), направленная вверх. После того как сила упругости (Fу) уравновесит силу тяжести, опускание тела и прогиб опоры прекратятся.

Прогиб опоры возник под действием тела, следовательно, со стороны тела на опору действует некоторая сила (Р), которую называют весом тела (рис. 8, б). По третьему закону Ньютона вес тела равен по величине силе реакции опоры и направлен в противоположную сторону.

Р = — Fу = Fтяж.

Весом тела называют силу Р, с которой тело действует на неподвижную относительно него горизонтальную опору.

Поскольку сила тяжести (вес) приложены к опоре, она деформируется и за счёт упругости оказывает противодействие силе тяжести. Силы, развиваемые при этом со стороны опоры называются силами реакции опоры, а само явление развития противодействия — реакцией опоры. По третьему закону Ньютона сила реакции опоры равна по величине силе тяжести тела и противоположна ему по направлению.

Если человек на опоре движется с ускорением звеньев его тела, направленных от опоры, то сила реакции опоры возрастает на величину ma, где m – масса человека, а – ускорения с которыми движутся звенья его тела. Эти динамические воздействия можно фиксировать с помощью тензометрических устройств (динамограммы).

Вес не следует путать с массой тела. Масса тела характеризует его инертные свойства и не зависит ни от силы тяготения, ни от ускорения, с которым оно движется.

Вес тела характеризует силу, с которой оно действует на опору и зависит как от силы тяготения, так и от ускорения движения.

Например, на Луне вес тела примерно в 6 раз меньше, чем вес тела на Земле, Масса же в обоих случаях одинакова и определяется количеством вещества в теле.

В быту, технике, спорте вес часто указывают не в ньютонах (Н), а в килограммах силы (кгс). Переход от одной единицы к другой осуществляется по формуле: 1 кгс = 9,8 Н.

Когда опора и тело неподвижны, то масса тела равна силе тяжести этого тела. Когда же опора и тело движутся с некоторым ускорением, то в зависимости от его направления тело может испытывать или невесомость или перегрузку. Когда ускорение совпадает по направлению и равно ускорению свободного падения, вес тела будет равен нулю, поэтому возникает состояние невесомости (МКС, скоростной лифт при опускании вниз). Когда же ускорение движения опоры противоположно ускорению свободного падения, человек испытывает перегрузку (старт с поверхности Земли пилотируемого космического корабля, Скоростной лифт, поднимающийся вверх).

F = f — Орбитальное движение планет

13 августа, 2016 — 12:21

#1

Fermer05

Не в сети

F = f — Орбитальное движение планет

F = f — Орбитальное движение планет 

Планеты удерживаются на орбите благодаря гравитационной (F) и центробежной (f) силам, которые должны быть взаимно уравновешаны. 
F = f. 
F = G×m1×m2/r2. 
f = m×v2/r. 
Благодаря гравитационной силе планеты не срываются с орбиты, а благодаря центробежной силе планеты не падают на Солнце. 
Полагаю, орбитальное движение планет должно опиратся на равенство F = f. 
http://www.mikesokol.narod.ru/ris9.gif

Считается, что планеты движутся по орбите благодаря только гравитационной силе, без участия центробежной силы. Считается, что центробежная сила (сила инерции) это сила классической механики и что в небесной механике ее не существует, а центростремительная сила (гравитационная сила), это сила небесной механики.. 
Центробежная сила, направлена от центра вращения, а центростремительная сила направлена к центру вращения, а формула у них общая f = m×v2/r. 
Гравитационная сила http://goo.gl/scq3m5 
Центробежная сила http://goo.gl/XXuw9I 

Наводящие вопросы: 
1. Если гравитационная и центростремительная сила, это одно и тоже явление природы, так почему у них разные формулы 
F = G×m1×m2/r2. 
f = m×v2/r.
http://www.physic-in-web.ru/study-22-1.html 
2. Почему в интернете нету описания орбитального движения планет? 
3. Почему в интернете не возможно найти статью о практическом применении формулы центростремительной силы? 
4. Почему в законе всемирного тяготения, об орбитальном движении планет ничего не пишется http://goo.gl/uarUo8 
5. Почему в формуле закона всемирного тяготения F = G×m1×m2/r2, отсутствует величина орбитальной скорости. 
6. Какую тайну природы, раскрывает закон всемирного тяготения?
—————————— 
Зако́н всемирного тяготе́ния—гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. 
 
И ни слова, о центростремительной и центробежной силе и орбитальном вращении планет.

Физики измерили самую слабую гравитацию в истории

Физики измерили силу гравитационного притяжения божьей коровки (точнее, объекта с аналогичной массой: 90 миллиграммов). Это самая маленькая сила тяготения, когда-либо измеренная в эксперименте.

Напомним, что всё многообразие сил в природе сводится к четырём фундаментальным взаимодействиям между элементарными частицами: сильному, слабому, электромагнитному и гравитационному. При этом частицы вступают в сильное и слабое взаимодействие, только если сближаются на расстояния, сравнимые с размерами самих частиц. Так что в быту мы имеем дело с проявлением только электромагнитных и гравитационных сил.

Несмотря на то, что одно из взаимодействий называется слабым, на самом деле именно гравитация – «самое слабое звено» всей четвёрки. Каждый видел, как электромагнитные силы притягивают магнит к железу. Но никто никогда не замечал, чтобы чашки на его столе собрались в кучку под действием гравитации.

Легко понять, почему это так, воспользовавшись законом всемирного тяготения. Он гласит, что два тела массой в один килограмм на расстоянии один метр притягивают друг друга с ничтожной силой: порядка 10-11 ньютона. Она сравнима с весом пылинки и, конечно, не может сдвинуть с места никакой предмет без специально созданных условий. Только наша огромная планета притягивает нас так, что мы можем разбить нос, споткнувшись.

Впрочем, верен ли закон всемирного тяготения для тел массой в килограмм? А в доли грамма? Ещё недавно мы просто не знали этого. Техника не позволяла измерять столь малые силы. Так что учёным приходилось «верить на слово» формуле, экспериментально проверенной для более значительных масс.

Между тем физики давно знают, что закон всемирного тяготения – не истина в последней инстанции. Для достаточно массивных объектов он перестаёт работать, уступая место общей теории относительности Эйнштейна. Её эффекты приходится учитывать даже при работе навигационных спутников в гравитационном поле Земли.

А вдруг лёгкие тела тоже притягивают друг друга по иному закону, чем установленный когда-то Исааком Ньютоном? Вдруг на малых масштабах начинает проявлять себя неуловимая тёмная материя, таинственная тёмная энергия, а то и квантовая природа гравитации? Подобное открытие стало бы одним из величайших в истории физики.

Физики измеряли притяжение между двумя золотыми шариками, один из которых был закреплён на конце крутильного маятника.

Неудивительно, что учёные упорно совершенствуют технику эксперимента, чтобы измерять притяжение как можно более лёгких объектов. Впервые гравитационное притяжение между двумя сравнительно небольшими телами измерил Генри Кавендиш в далёком 1797 году. Тщательно поставленный опыт позволил ему зафиксировать притяжение свинцового шара массой 160 килограммов. На протяжении веков физики увеличивали точность измерений, постепенно дойдя до масс в считанные килограммы.

Авторы нового исследования совершили прорыв, измерив силу тяготения, создаваемую золотым шариком массой 90 миллиграммов (как у божьей коровки) и диаметром два миллиметра. Он притягивал два таких же шарика, укреплённых на концах стеклянного стержня длиной четыре сантиметра и толщиной полмиллиметра. Этот стержень был подвешен на стекловолоконной нити диаметром несколько тысячных долей миллиметра, так что получился крутильный маятник. Придвигая золотой шарик к крутильному маятнику или отодвигая от него, исследователи меняли силу притяжения между ними. Из-за этого маятник немного поворачивался.

Эта схема очень напоминает эксперимент Кавендиша с поправкой на масштабы. На сей раз смещение маятника составляло лишь несколько миллионных долей миллиметра и отслеживалось с помощью лазера. Экспериментаторы признаются, что даже проходящие мимо лаборатории пешеходы создавали помехи в чувствительном оборудовании, так что лучшие результаты получались в рождественские праздники и по ночам.

На сей раз эпохального открытия не случилось: эксперимент полностью подтвердил справедливость классической формулы Исаака Ньютона. Но исследователи уже планируют измерить силу тяготения объектов, которые в тысячи раз легче упомянутой золотой сферы. И кто знает, не ожидают ли их на этом пути самые удивительные находки.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, влияет ли гравитация на квантовую запутанность.

определение, формула, виды. Закон всемирного тяготения

В природе известны лишь четыре основные фундаментальные силы (их еще называют основными взаимодействиями ) — гравитационное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие .

Гравитационное взаимодействие является самым слабым из всех. Гравитационные силы связывают воедино части земного шара и это же взаимодействие определяет крупномасштабные события во Вселенной .

Электромагнитное взаимодействие удерживает электроны в атомах и связывает атомы в молекулы. Частным проявлением этих сил являются кулоновские силы , действующие между неподвижными электрическими зарядами.

Сильное взаимодействие связывает нуклоны в ядрах. Это взаимодействие является самым сильным, но действует оно только на весьма коротких расстояниях.

Слабое взаимодействие действует между элементарными частицами и имеет очень малую дальность. Оно проявляется при бета-распаде.

4.1.Закон всемирного тяготения Ньютона

Между двумя материальными точками действует сила взаимного притяжения, прямо пропорциональная произведению масс этих точек ( m и М) и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними ( r 2 ) и направленная вдоль прямой, проходящей через взаимодействующие тела F = (GmM/r 2)r o ,(1)

здесь r o единичный вектор, проведенный в направлении действия силы F (рис.1а).

Эта сила называется гравитационной силой (или силой всемирного тяготения ). Гравитационные силы всегда являются силами притяжения . Сила взаимодействия между двумя телами не зависит от среды, в которой находятся тела .

g 1 g 2

Рис.1а Рис.1b Рис.1с

Постоянная G называется гравитационной постоянной . Ее значение установлено опытным путем: G = 6.6720 . 10 -11 Н. м 2 /кг 2 — т.е. два точечных тела массой по 1кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м друг от друга, притягиваются с силой 6.6720 . 10 -11 Н. Очень малая величина G как раз и позволяет говорить о слабости гравитационных сил — их следует принимать во внимание только в случае больших масс.

Массы, входящие в уравнение (1), называются гравитационными массами . Этим подчеркивается, что в принципе массы, входящие во второй закон Ньютона (F =m ин a )и в закон всемирного тяготения (F =(Gm гр M гр /r 2)r o ), имеют различную природу. Однако установлено, что отношение m гр / m ин для всех тел одинаково с относительной погрешностью до 10 -10 .

4.2.Гравитационное поле (поле тяготения) материальной точки

Считается, что гравитационное взаимодействие осуществляется с помощью гравитационного поля (поля тяготения) , которое порождается самими телами . Вводится две характеристики этого поля: векторная — и скалярная — потенциал гравитационного поля .

4.2.1.Напряженность гравитационного поля

Пусть имеем материальную точку с массой М. Считается, что вокруг этой массы возникает гравитационное поле. Силовой характеристикой такого поля является напряженность гравитационного поля g , которая определяется из закона всемирного тяготения g = (GM/r 2)r o ,(2)

где r o единичный вектор, проведенный из материальной точки в направлении действия гравитационной силы. Напряженность гравитационного поля g есть векторная величина и является ускорением, получаемым точечной массой m, внесенной в гравитационное поле, созданным точечной массой М. Действительно, сравнивая (1) и (2), получаем для случая равенства гравитационной и инертной масс F =mg.

Подчеркнем, что величина и направление ускорения, получаемое телом, внесенным в гравитационное поле, не зависит от величины массы внесенного тела . Поскольку основной задачей динамики является определение величины ускорения, получаемого телом под действием внешних сил, то, следовательно, напряженность гравитационного поля полностью и однозначно определяет силовые характеристики гравитационного поля . Зависимость g(r) приведена на рис.2a.

Рис.2а Рис.2b Рис.2с

Поле называется центральным , если во всех точках поля векторы напряженности направлены вдоль прямых, которые пересекаются в одной точка, неподвижной по отношению к какой-либо инерциальной системе отсчета . В частности, гравитационное поле материальной точки является центральным: во всех точках поля векторы g и F =mg , действующие на тело, внесенное в гравитационное поле, направлены радиально от массы М, создающей поле, к точечной массе m (рис.1b).

Закон всемирного тяготения в форме (1) установлен для тел, принимаемых за материальные точки, т.е. для таких тел, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними. Если же размерами тел пренебречь нельзя, то тела следует разбить на точечные элементы, по формуле (1) подсчитать силы притяжения между всеми попарно взятыми элементами и затем геометрически сложить. Напряженность гравитационного поля системы, состоящей из материальных точек с массами М 1 , М 2 , …, М n , равна сумме напряженностей полей от каждой из этих масс в отдельности (принцип суперпозиции гравитационных полей ): g =g i , где g i = (GМ i /r i 2)r o i напряженность поля одной массы М i .

Графическое изображение гравитационного поля с помощью векторов напряженности g в различных точках поля очень неудобно: для систем, состоящих из многих материальных точек, вектора напряженности накладываются друг на друга и получается весьма запутанная картина. Поэтому для графического изображения гравитационного поля используют силовые линии (линии напряженности) , которые проводят таким образом, что вектор напряженности направлен по касательной к силовой линии . Линии напряженности считаются направленными так же, как вектор g (рис.1с), т.е. силовые линии оканчиваются на материальной точке . Так как в каждой точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление , то линии напряженности никогда не пересекаются . Для материальной точки силовые линии представляют собой радиальные прямые, входящие в точку (рис.1b).

Чтобы с помощью линий напряженности можно было характеризовать не только направление, но и значение напряженности поля, эти линии проводят с определенной густотой: число линий напряженности, пронизывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряженности, должно быть равно модулю вектор g .

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.

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.

Дон Деянг

Сила тяжести (или гравитация) прочно держит нас на земле и позволяет земле вращаться вокруг солнца. Благодаря этой невидимой силе дождь падает на землю, а уровень воды в океане каждый день то повышается, то снижается. Гравитация удерживает землю в сферической форме, а также не дает нашей атмосфере улетучиться в космическое пространство. Казалось бы, эта наблюдаемая каждый день сила притяжения должна быть хорошо изучена учеными. Но, нет! Во многом гравитация остается глубочайшей тайной для науки. Эта таинственная сила является замечательным примером того, насколько ограничены современные научные знания.

Что такое гравитация?

Исаак Ньютон интересовался этим вопросом еще в 1686 году и пришел к выводу, что гравитация — это сила притяжения, существующая между всеми предметами. Он понял, что та же самая сила, которая заставляет яблоко падать на землю, на своей орбите. На самом деле сила притяжения Земли служит причиной того, что во время вращения вокруг Земли Луна отклоняется каждую секунду от своего прямого пути примерно на один миллиметр (Рисунок 1). Универсальный Закон Гравитации Ньютона является одним из наибольших научных открытий всех времен.

Гравитация – «веревка», которая удерживает объекты на орбите

Рисунок 1. Иллюстрация орбиты луны, сделанная не в соответствии с масштабом. За каждую секунду луна проходит примерно 1 км. За это расстояние она отклоняется от прямого пути примерно на 1 мм – это происходит вследствие гравитационной тяги Земли (пунктирная линия). Луна постоянно как бы падает за (или вокруг) землей, как падают и планеты вокруг солнца.

Сила тяжести – одна из четырех фундаментальных сил природы (Таблица 1). Обратите внимание на то, что из четырех сил эта сила самая слабая, и все же она является доминирующей относительно крупных космических объектов. Как показал Ньютон, притягательная гравитационная сила между двумя любыми массами становится все меньше и меньше по мере того, как расстояние между ними становится все больше и больше, но она никогда полностью не достигает нуля (смотрите «Замысел гравитации»).

Поэтому каждая частица во всей вселенной фактически притягивает любую другую частицу. В отличие от сил слабого и сильного ядерного взаимодействия, сила притяжения является дальнодействующей (Таблица 1). Магнитная сила и сила электрического взаимодействия также являются дальнодействующими силами, но гравитация уникальна тем, что она и дальнодействующая и всегда притягательная, а значит, она никогда не может иссякнуть (в отличие от электромагнетизма, в котором силы могут либо притягивать, либо отталкивать).

Начиная с великого ученого-креациониста Майкла Фарадея в 1849 году, физики постоянно искали скрытую связь между силой притяжения и силой электромагнитного взаимодействия. В настоящее время ученые пытаются соединить все четыре фундаментальные силы в одно уравнение или так называемую «Теорию всего», но, безуспешно! Гравитация остается самой загадочной и наименее изученной силой.

Гравитацию невозможно каким-либо образом оградить. Каким бы ни был состав преграждающей перегородки, она не имеют никакого влияния на притяжение между двумя разделенными объектами. Это означает, что в лабораторных условиях невозможно создать антигравитационную камеру. Сила тяжести не зависит от химического состава объектов, но зависит от их массы, известной нам как вес (сила тяжести на объект равна весу этого объекта — чем больше масса, тем больше сила или вес.) Блоки, состоящие из стекла, свинца, льда или даже стирофома, и имеющие одинаковую массу, будут испытывать (и оказывать) одинаковую гравитационную силу. Эти данные были получены в ходе экспериментов, и ученые до сих пор не знают, как их можно теоретически объяснить.

Замысел в гравитации

Сила F между двумя массами m 1 и m 2 , находящимися на расстоянии r, может быть записана в виде формулы F = (G m 1 m 2)/r 2

Где G — это гравитационная постоянная, впервые измеренная Генри Кавендишем в 1798 году.1

Это уравнение показывает, что гравитация снижается по мере того, как расстояние, r, между двумя объектами становится больше, но полностью никогда не достигает нуля.

Подчиняющаяся закону обратных квадратов природа этого уравнения просто захватывает. В конце концов, нет никакой необходимой причины, почему сила притяжения должна действовать именно так. В беспорядочной, случайной и эволюционирующей вселенной такие произвольные степени, как r 1.97 или r 2.3 казались бы более вероятными. Однако точные измерения показали точную степень, по крайней мере, до пяти десятичных разрядов, 2.00000. Как сказал один исследователь, этот результат кажется «слишком уж точным» .2 Мы можем сделать вывод, что сила притяжения указывает на точный, сотворенный дизайн. На самом деле, если бы степень хоть на чуть-чуть отклонилась от 2, орбиты планет и вся вселенная стали бы нестабильными.

Ссылки и примечания

  1. Говоря техническим языком, G = 6.672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
  2. Томпсен, Д., «Очень точно о гравитации», Science News 118(1):13, 1980.

Так что же такое в действительности гравитация? Каким образом эта сила способна действовать в таком огромном, пустом космическом пространстве? И зачем она вообще существует? Науке никогда не удавалось ответить на эти основные вопросы о законах природы. Сила притяжения не может появиться медленно путем мутаций или естественного отбора. Она действует с самого начала существования вселенной. Как и всякий другой физический закон, гравитация, несомненно, является замечательным свидетельством запланированного сотворения.

Одни ученые пытались объяснить гравитацию с помощью невидимых частиц, гравитонов, которые движутся между объектами. Другие говорили о космических струнах и гравитационных волнах. Недавно ученым с помощью специально созданной лаборатории LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) удалось только увидеть эффект гравитационных волн. Но природу этих волн, каким образом физически объекты взаимодействуют друг с другом на огромных расстояниях, изменяя их фору, все же остается для всех большим вопросом. Мы просто не знаем природу возникновения силы гравитации и каким образом она удерживает стабильность всей вселенной.

Сила притяжения и Писание

Два места из Библии могут помочь нам понять природу гравитации и физическую науку в целом. Первое место, Колоссянам 1:17, объясняет, что Христос «есть прежде всего, и все Им стоит» . Греческий глагол стоит (συνισταω sunistao ) означает: сцепляться, сохраняться или удерживаться вместе. Греческое использование этого слова за пределами Библии обозначает сосуд, с содержащейся в нем водой . Слово, которое используется в книге Колоссянам, стоит в совершенном времени, что как правило, указывает на настоящее продолжающееся состояние, которое возникло из завершенного прошедшего действия. Один из используемых физических механизмов, о котором идет речь, явно сила притяжения, установленная Творцом и безошибочно поддерживаемая и сегодня. Только представьте: если бы на мгновение перестала действовать сила притяжения, несомненно, наступил бы хаос. Все небесные тела, включая землю, луну и звезды, не удерживались бы больше вместе. Все тот час разделилось бы на отдельные, маленькие части.

Второе место Писания, Евреям 1:3, заявляет, что Христос «держит все словом силы Своей». Слово держит (φερω pherō ) снова описывает поддерживание или сохранение всего, включая гравитацию. Слово держит , используемое в этом стихе, означает намного больше, чем просто удерживание веса. Оно включает контроль над всеми происходящими движениями и изменениями внутри вселенной. Это бесконечное задание выполняется через всемогущее Слово Господа, посредством которого начала существовать сама вселенная. Гравитация, «таинственная сила», которая и через четыреста лет исследований остается плохо изученной, является одним из проявлений этой потрясающей божественной заботы о вселенной.

Искажения времени и пространства и черные дыры

Общая теория относительности Эйнштейна рассматривает гравитацию не как силу, а как искривление самого пространства вблизи массивного объекта. Согласно предсказаниям, свет, который традиционно следует по прямым линиям, искривляется при прохождении по искривленному пространству. Впервые это было продемонстрировано, когда астроном сэр Артур Эддингтон обнаружил изменение кажущегося положения звезды во время полного затмения в 1919 году, считая, что лучи света изгибаются под действием силы тяжести солнца.

Общая теория относительности также предсказывает, что если тело достаточно плотное, его сила тяжести исказит пространство настолько сильно, что свет вообще не сможет через него проходить. Такое тело поглощает свет и все остальное, что захватила его сильная гравитация, и носит название Черная дыра. Такое тело можно обнаружить только по его гравитационным эффектам на другие объекты, по сильному искривлению света вокруг него и по сильной радиации, излучаемой веществом, которое на него падает.

Все вещество внутри черной дыры сжато в центре, который имеет бесконечную плотность. «Размер» дыры определяется горизонтом событий, т.е. границей, которая окружает центр черной дыры, и ничто (даже свет) не может выйти за ее пределы. Радиус дыры называется радиусом Шварцшильда, в честь немецкого астронома Карла Шварцшильда (1873–1916), и вычисляется по формуле R S = 2GM/c 2 , где c – это скорость света в вакууме. Если бы солнце попало в черную дыру, его радиус Шварцшильда составлял бы всего 3 км.

Существует надежное доказательство, что после того, как ядерное топливо массивной звезды иссякает, она больше не может противостоять коллапсу под своим собственным огромным весом и попадает в черную дыру. Считается, что черные дыры с массой в миллиарды солнц существуют в центрах галактик, включая нашу галактику, Млечный Путь. Многие ученые полагают, что суперяркие и очень отдаленные объекты под названием квазары, используют энергию, которая выделяется, когда вещество падает в черную дыру.

Согласно предсказаниям общей теории относительности, сила тяжести также искажает и время. Это также было подтверждено очень точными атомными часами, которые на уровне моря идут на несколько микросекунд медленнее, чем на территориях выше уровня моря, где сила тяжести Земли немного слабее. Вблизи горизонта событий это явление более заметно. Если наблюдать за часами астронавта, который приближается к горизонту событий, мы увидим, что часы идут медленнее. Находясь в горизонте событий, часы остановятся, но мы никогда не сможем этого увидеть. И наоборот, астронавт не заметит, что его часы идут медленнее, но он увидит, что наши часы идут быстрее и быстрее.

Основной опасностью для астронавта возле черной дыры были бы приливные силы, вызванные тем, что сила тяжести сильнее на тех частях тела, которые находятся ближе к черной дыре, чем на частях дальше от нее. По своей мощи приливные силы возле черной дыры, имеющей массу звезды, сильнее любого урагана и запросто разрывают на мелкие кусочки все, что им попадается. Однако, тогда как гравитационное притяжение уменьшается с квадратом расстояния (1/r 2), приливно-отливное явление уменьшается с кубом расстояния (1/r 3). Поэтому в отличие от принятого мнения, гравитационная сила (включая приливную силу) на горизонтах событий больших черных дыр слабее, чем на маленьких черных дырах. Так что приливные силы на горизонте событий черной дыры в наблюдаемом космосе, были бы менее заметны, чем самый мягкий ветерок.

Растяжение времени под действием силы тяжести вблизи горизонта событий является основой новой космологической модели физика-креациониста, доктора Рассела Хамфриса, о которой он рассказывает в своей книге «Свет звезд и время». Эта модель, возможно, помогает решить проблему того, как мы можем видеть свет отдаленных звезд в молодой вселенной. К тому же на сегодня она является научной альтернативой небиблейской , которая основывается на философских предположениях, выходящих за рамки науки.

Примечание

Гравитация, «таинственная сила», которая и через четыреста лет исследований остается плохо изученной…

Исаак Ньютон (1642–1727)

Фотография: Wikipedia.org

Исаак Ньютон (1642–1727)

Исаак Ньютон опубликовал свои открытия о гравитации и движении небесных тел в 1687 году, в своей известной работе «Математические начала ». Некоторые читатели быстро сделали вывод, что вселенная Ньютона не оставила места для Бога, так как все теперь можно объяснить с помощью уравнений. Но Ньютон совсем так не думал, о чем он и сказал во втором издании этой известной работы:

«Наша наиболее прекрасная солнечная система, планеты и кометы могут быть результатом только плана и господства разумного и сильного существа».

Исаак Ньютон был не только ученым. Помимо науки он почти всю свою жизнь посвятил исследованию Библии. Его любимыми библейскими книгами были: книга Даниила и книга Откровение, в которых описываются Божьи планы на будущее. На самом деле Ньютон написал больше теологических работ, чем научных.

Ньютон уважительно относился к другим ученым, таким как Галилео Галилей. Кстати Ньютон родился в то же год, когда умер Галилей, в 1642 году. Ньютон писал в своем письме: «Если я и видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». Незадолго до смерти, наверное, размышляя о тайне силы тяжести, Ньютон скромно писал: «Не знаю, как меня воспринимает мир, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, который развлекается тем, что время от времени отыскивает камешек более пестрый, чем другие, или красивую ракушку, в то время как передо мной расстилается огромный океан неисследованной истины».

Ньютон похоронен в Вестминстерском аббатстве. Латинская надпись на его могиле заканчивается словами: «Пусть смертные радуются, что среди них жило такое украшение человеческого рода» .

По какому закону вы собираетесь меня повесить?
— А мы вешаем всех по одному закону — закону Всемирного Тяготения.

Закон всемирного тяготения

Явление гравитации — это закон всемирного тяготения. Два тела действуют друг на друга с силой, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и прямо пропорциональна произведению их масс.

Математически мы можем выразить этот великий закон формулой


Тяготение действует на огромных расстояниях во Вселенной . Но Ньютон утверждал, что взаимно притягиваются все предметы. А правда ли, что любые два предмета притягивают друг друга? Только представьте, известно, что Земля притягивает вас, сидящих на стуле. Но задумывались ли о том, что компьютер и мышка притягивают друг друга? Или карандаш и ручка, лежащие на столе? В этом случае в формулу подставляем массу ручки, массу карандаша, делим на квадрат расстояния между ними, с учетом гравитационной постоянной, получаем силу их взаимного притяжения. Но, она выйдет на столько маленькой (из-за маленьких масс ручки и карандаша), что мы не ощущаем ее наличие. Другое дело, когда речь идет о Земле и стуле, или Солнце и Земле. Массы значительные, а значит действие силы мы уже можем оценить.

Вспомним об ускорении свободного падения . Это и есть действие закона притяжения. Под действием силы тело изменяет скорость тем медленнее, чем больше масса. В результате, все тела падают на Землю с одинаковым ускорением.

Чем вызвана эта невидимая уникальная сила? На сегодняшний день известно и доказано существование гравитационного поля. Узнать больше о природе гравитационного поля можно в дополнительном материале темы.

Задумайтесь, что такое тяготение? Откуда оно? Что оно собой представляет? Ведь не может быть так, что планета смотрит на Солнце, видит, насколько оно удалено, подсчитывает обратный квадрат расстояния в соответствии с этим законом?

Направление силы притяжения

Есть два тела, пусть тело А и В. Тело А притягивает тело В. Сила, с которой тело А воздействует, начинается на теле B и направлена в сторону тела А. То есть как бы «берет» тело B и тянет к себе. Тело В «проделывает» то же самое с телом А.


Каждое тело притягивается Землей. Земля «берет» тело и тянет к своему центру. Поэтому эта сила всегда будет направлена вертикально вниз, и приложена она с центра тяжести тела, называют ее силой тяжести.

Главное запомнить

Некоторые методы геологической разведки, предсказание приливов и в последнее время расчет движения искусственных спутников и межпланетных станций. Заблаговременное вычисление положения планет.

Можем ли мы сами поставить такой опыт, а не гадать, притягиваются ли планеты, предметы?

Такой прямой опыт сделал Кавендиш (Генри Кавендиш (1731-1810) — английский физик и химик) при помощи прибора, который показан на рисунке. Идея состояла в том, чтобы подвесить на очень тонкой кварцевой нити стержень с двумя шарами и затем поднести к ним сбоку два больших свинцовых шара. Притяжение шаров слегка перекрутит нить — слегка, потому что силы притяжения между обычными предметами очень слабы. При помощи такого прибора Кавендишу удалось непосредственно измерить силу, расстояние и величину обеих масс и, таким образом, определить постоянную тяготения G .

Уникальное открытие постоянной тяготения G, которая характеризует гравитационное поле в пространстве, позволила определить массу Земли, Солнца и других небесных тел. Поэтому Кавендиш назвал свой опыт «взвешиванием Земли».

Интересно, что у различных законов физики есть некоторые общие черты. Обратимся к законам электричества (сила Кулона) . Электрические силы также обратно пропорциональны квадрату расстояния, но уже между зарядами , и невольно возникает мысль, что в этой закономерности таится глубокий смысл. До сих пор никому не удалось представить тяготение и электричество как два разных проявления одной и той же сущности.

Сила и тут изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, но разница в величине электрических сил и сил тяготения поразительна. Пытаясь установить общую природу тяготения и электричества, мы обнаруживаем такое превосходство электрических сил над силами тяготения, что трудно поверить, будто у тех и у других один и тот же источник. Как можно говорить, что одно действует сильнее другого? Ведь все зависит от того, какова масса и каков заряд. Рассуждая о том, насколько сильно действует тяготение, вы не вправе говорить: «Возьмем массу такой-то величины», потому что вы выбираете ее сами. Но если мы возьмем то, что предлагает нам сама Природа (ее собственные числа и меры, которые не имеют ничего общего с нашими дюймами, годами, с нашими мерами), тогда мы сможем сравнивать. Мы возьмем элементарную заряженную частицу, такую, например, как электрон. Две элементарные частицы, два электрона, за счет электрического заряда отталкивают друг друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними, а за счет гравитации притягиваются друг к другу опять-таки с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния.

Вопрос: каково отношение силы тяготения к электрической силе? Тяготение относится к электрическому отталкиванию, как единица к числу с 42 нулями. Это вызывает глубочайшее недоумение. Откуда могло взяться такое огромное число?

Люди ищут этот огромный коэффициент в других явлениях природы. Они перебирают всякие большие числа, а если вам нужно большое число, почему не взять, скажем, отношение диаметра Вселенной к диаметру протона — как ни удивительно, это тоже число с 42 нулями. И вот говорят: может быть, этот коэффициент и равен отношению диаметра протона к диаметру Вселенной? Это интересная мысль, но, поскольку Вселенная постепенно расширяется, должна меняться и постоянная тяготения. Хотя эта гипотеза еще не опровергнута, у нас нет никаких свидетельств в ее пользу. Наоборот, некоторые данные говорят о том, что постоянная тяготения не менялась таким образом. Это громадное число по сей день остается загадкой.

Эйнштейну пришлось видоизменить законы тяготения в соответствии с принципами относительности. Первый из этих принципов гласит, что расстояние х нельзя преодолеть мгновенно, тогда как по теории Ньютона силы действуют мгновенно. Эйнштейну пришлось изменить законы Ньютона. Эти изменения, уточнения очень малы. Одно из них состоит вот в чем: поскольку свет имеет энергию, энергия эквивалентна массе, а все массы притягиваются, — свет тоже притягивается и, значит, проходя мимо Солнца, должен отклоняться. Так оно и происходит на самом деле. Сила тяготения тоже слегка изменена в теории Эйнштейна. Но этого очень незначительного изменения в законе тяготения как раз достаточно, чтобы объяснить некоторые кажущиеся неправильности в движении Меркурия.

Физические явления в микромире подчиняются иным законам, нежели явления в мире больших масштабов. Встает вопрос: как проявляется тяготение в мире малых масштабов? На него ответит квантовая теория гравитации. Но квантовой теории гравитации еще нет. Люди пока не очень преуспели в создании теории тяготения, полностью согласованной с квантовомеханическими принципами и с принципом неопределенности.

В природе существуют различные силы, которые характеризуют взаимодействие тел. Рассмотрим те силы, которые встречаются в механике.

Гравитационные силы. Вероятно, самой первой силой, существование которой осознал человек, являлась сила притяжения, действующая на тела со стороны Земли.

И потребовались многие века для того, чтобы люди поняли, что сила тяготения действует между любыми телами. И потребовались многие века для того, чтобы люди поняли, что сила тяготения действует между любыми телами. Первым этот факт понял английский физик Ньютон. Анализируя законы, которым подчиняется движение планет (законы Кеплера), он пришёл к выводу, что наблюдаемые законы движения планет могут выполняться только в том случае, если между ними действует сила притяжения, прямо пропорциональная их массам и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.

Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения . Любые два тела притягиваются друг к другу. Сила притяжения между точечными телами направлена по прямой, их соединяющей, прямо пропорциональна массам обоих и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Под точечными телами в данном случае понимают тела, размеры которых во много раз меньше расстояния между ними.

Силы всемирного тяготения называют гравитационными силами. Коэффициент пропорциональности G называют гравитационной постоянной. Его значение было определено экспериментально: G = 6,7 10¯¹¹ Н м² / кг².

Сила тяготения действующая вблизи поверхности Земли, направлена к её центру и вычисляется по формуле:

где g – ускорение свободного падения (g = 9,8 м/с²).

Роль силы тяготения в живой природе очень значительна, так как от её величины во многом зависят размеры, формы и пропорции живых существ.

Вес тела. Рассмотрим, что происходит, когда некоторый груз кладут на горизонтальную плоскость (опору). В первый момент после того, как груз опустили, он начинает двигаться вниз под действием силы тяжести (рис. 8).

Плоскость прогибается и возникает сила упругости (реакция опоры), направленная вверх. После того как сила упругости (Fу) уравновесит силу тяжести, опускание тела и прогиб опоры прекратятся.

Прогиб опоры возник под действием тела, следовательно, со стороны тела на опору действует некоторая сила (Р), которую называют весом тела (рис. 8, б). По третьему закону Ньютона вес тела равен по величине силе реакции опоры и направлен в противоположную сторону.

Р = — Fу = Fтяж.

Весом тела называют силу Р, с которой тело действует на неподвижную относительно него горизонтальную опору .

Поскольку сила тяжести (вес) приложены к опоре, она деформируется и за счёт упругости оказывает противодействие силе тяжести. Силы, развиваемые при этом со стороны опоры называются силами реакции опоры, а само явление развития противодействия — реакцией опоры. По третьему закону Ньютона сила реакции опоры равна по величине силе тяжести тела и противоположна ему по направлению.

Если человек на опоре движется с ускорением звеньев его тела, направленных от опоры, то сила реакции опоры возрастает на величину ma, где m – масса человека, а – ускорения с которыми движутся звенья его тела. Эти динамические воздействия можно фиксировать с помощью тензометрических устройств (динамограммы).

Вес не следует путать с массой тела. Масса тела характеризует его инертные свойства и не зависит ни от силы тяготения, ни от ускорения, с которым оно движется.

Вес тела характеризует силу, с которой оно действует на опору и зависит как от силы тяготения, так и от ускорения движения.

Например, на Луне вес тела примерно в 6 раз меньше, чем вес тела на Земле, Масса же в обоих случаях одинакова и определяется количеством вещества в теле.

В быту, технике, спорте вес часто указывают не в ньютонах (Н), а в килограммах силы (кгс). Переход от одной единицы к другой осуществляется по формуле: 1 кгс = 9,8 Н.

Когда опора и тело неподвижны, то масса тела равна силе тяжести этого тела. Когда же опора и тело движутся с некоторым ускорением, то в зависимости от его направления тело может испытывать или невесомость или перегрузку. Когда ускорение совпадает по направлению и равно ускорению свободного падения, вес тела будет равен нулю, поэтому возникает состояние невесомости (МКС, скоростной лифт при опускании вниз). Когда же ускорение движения опоры противоположно ускорению свободного падения, человек испытывает перегрузку (старт с поверхности Земли пилотируемого космического корабля, Скоростной лифт, поднимающийся вверх).

Расчет ускорения свободного падения: формула и концепция — стенограмма видео и урока

Второй закон движения Ньютона

Второй закон движения Ньютона гласит, что объект ускоряется всякий раз, когда на него действует чистая внешняя сила, и чистая сила равна массе объекта, умноженной на его ускорение. Математически это определяется формулой F = m * a , где F — это чистая сила, действующая на объект, m — масса объекта, а a — ускорение.

Как видно из формулы, масса является мерой сопротивления объекта ускорению. Масса также является мерой количества вещества в объекте. Массу часто путают с весом. Вес — сила тяжести, действующая на объект. Вес объекта зависит от его местоположения во Вселенной.

Например, если бы вы стояли на поверхности Луны, ваш вес был бы примерно 1/6 вашего веса на поверхности Земли.Это связано с тем, что среднее ускорение свободного падения на поверхности Луны составляет примерно 1/6 среднего ускорения свободного падения на поверхности Земли. Если вы хотите быстро похудеть, отправляйтесь на Луну!

К сожалению, поскольку масса — это количество вещества, содержащегося в вашем теле, ваша масса постоянна во всей Вселенной. Если вы хотите похудеть, правильнее будет сказать, что вы пытаетесь сбросить массу. Это потому, что на самом деле вы пытаетесь уменьшить размер своего тела, а не просто уменьшить количество чешуек.

Когда ускорение происходит под действием силы тяжести, мы заменяем a на g во втором законе движения Ньютона, где g представляет ускорение свободного падения. Как мы заявляли ранее, сила тяжести, действующая на вещество, определяется как вес, поэтому мы заменяем F на W . Тогда формула принимает вид Вт = мг.

Мы могли бы решить для g , чтобы получить формулу g = W / m , но эта форма уравнения не обеспечивает практического применения для определения ускорения свободного падения.Второй закон Ньютона в форме W = mg наиболее полезен для связи веса и массы, когда ускорение свободного падения уже известно.

Закон всемирного тяготения Ньютона

Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что каждый объект оказывает гравитационную силу на любой другой объект. Сила пропорциональна массам обоих объектов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами.2.

Довольно часто, когда мы используем эту формулу, масса одного объекта намного больше, чем масса другого объекта. Например, когда мы рассматриваем силу тяжести, действующую на наши тела, два вовлеченных объекта — это наши тела и Земля. Другой пример — сила тяжести, действующая на мяч, когда он свободно падает на землю после того, как его бросили прямо вверх.

И масса наших тел, и масса шара ничтожны по сравнению с массой Земли.В этом случае мы можем заменить m1 и m2 в формуле на m для представления гораздо меньшего объекта и M для представления гораздо большего объекта. Как показывает формула, d — это расстояние между центрами двух объектов. Расстояние от центра Земли до центра наших тел или до центра шара по существу такое же, как расстояние от центра Земли до поверхности Земли. Следовательно, мы также можем заменить d на R , что является средним радиусом Земли.2 , который определяет ускорение свободного падения, когда у нас есть массивный объект, оказывающий гравитационную силу на другой объект с относительно незначительной массой. Примером такой ситуации является сила притяжения Земли на наши тела.

Выделенный словарь

Гравитация и Ньютон
  • Второй закон движения Ньютона : объект ускоряется всякий раз, когда на него действует чистая внешняя сила, и чистая сила равна массе объекта, умноженной на его ускорение
  • Масса : мера сопротивления объекта ускорению; мера количества вещества в объекте
  • Вес : сила тяжести, действующая на объект
  • Закон всемирного тяготения Ньютона : каждый объект оказывает гравитационную силу на любой другой объект; он пропорционален массе обоих объектов и обратно пропорционален квадрату расстояния между их центрами

Результаты обучения

Этот урок призван пролить свет на ускорение свободного падения, чтобы помочь вам:

  • Обсудить основы формулы, связанные с ускорением свободного падения
  • Различия между массой и массой
  • Государственные законы Ньютона
  • Рассчитайте ускорение по формулам Ньютона

03.Расчет силы тяжести у поверхности Земли

В дополнение к созданию трех законов движения, упомянутых ранее, Ньютон также постулировал Закон всемирного тяготения. Этот закон гласит, что каждый объект массы во Вселенной создает гравитационное поле, и каждый объект массы во Вселенной ощущает и взаимодействует с полем любого другого объекта. Ужасно много сил! Попытка идентифицировать и оценить величину всех этих сил на объекте, близком к поверхности Земли, будет задачей всей жизни.

К счастью, сила гравитационного поля зависит от массы объекта, создающего поле. Чем массивнее объект, тем сильнее поле. Таким образом, поскольку Земля намного массивнее любого другого близлежащего объекта, при создании диаграмм свободного тела для объектов вблизи поверхности Земли мы можем безопасно включить только гравитационную силу, обусловленную землей, игнорируя все остальные, относительно небольшие, гравитационные силы.

Величина гравитационного поля массивного объекта, обозначаемого g, зависит от массы объекта, расстояния от центра объекта и постоянной, соответственно называемой гравитационной постоянной G.Отношения:

Вблизи поверхности Земли гравитационное поле имеет величину приблизительно 9,8 Н / кг. Хотя сила гравитационного поля меняется в зависимости от расстояния от поверхности земли, мы будем игнорировать это небольшое изменение, если явно не указано, что нужно учитывать его эффекты.

Гравитационная сила, которую ощущает массивный объект в присутствии гравитационного поля, определяется произведением массы объекта и величины гравитационного поля в месте нахождения объекта:

Силы измеряются в Ньютонах [Н], где

Вернемся к исследуемому сценарию и уточним некоторые количественные данные.Затем мы можем попытаться продолжить исследование ситуации, используя Второй закон Ньютона.

Ребенок весом 30 кг подтягивается вверх по веревке примерно с постоянной скоростью, используя только свои руки.

Второй закон Ньютона гласит:

относится к сумме всех сил, действующих на девушку, силы веревки (которая положительна в нашей системе координат) и силы тяжести (которая отрицательна в нашей системе координат).Таким образом,

Поскольку m = 30 кг и a = 0 м / с 2 (поскольку она набирает высоту с постоянной скоростью), уравнение принимает следующий вид:

По соотношению Ньютона для силы тяжести:

Следовательно:

Таким образом, Второй закон Ньютона позволяет нам определить силу, с которой веревка тянет на девушку. Конечно, по третьему закону Ньютона сила, с которой девушка тянет веревку, равна по величине, поэтому девушка прикладывает к веревке силу 294 Н.

Если бы девочка не карабкалась по веревке с приблизительно постоянной скоростью, ее ускорение пришлось бы определять либо на основании явного упоминания в описании, либо с помощью кинематических соотношений, разработанных в последнем разделе, а затем вставленных во Второй закон Ньютона. Если бы ее ускорение было направлено вверх (положительное), сила веревки, действующая на девушку, должна была бы быть больше. Если бы ее ускорение было направлено вниз (отрицательно), сила веревки, действующая на девушку, была бы меньше.

Поль Д’Алессандрис (Колледж Монро)

Уравнение гравитации — Вселенная сегодня

Нет ни одного, не двух, даже не трех уравнений гравитации, а много!

Одно из самых известных описывает универсальный закон тяготения Ньютона:

F = Gm 1 м 2 / r 2 ,
где F — сила тяжести между двумя массами (m 1 и m 2 ), которые находятся на расстоянии r друг от друга; G — гравитационная постоянная.

Отсюда легко вывести другое, обычное, гравитационное уравнение, которое дает ускорение силы тяжести, g, здесь, на поверхности Земли:

г = GM / r 2 ,
Где M — масса Земли, r — радиус Земли (или расстояние между центром Земли и вами, стоящим на ее поверхности), а G — гравитационная постоянная. .

Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна, опубликованная в начале прошлого века, стала гораздо более точной теорией гравитации (теория была тщательно проверена и на сегодняшний день успешно прошла все испытания). .В ОТО уравнение гравитации обычно относится к уравнениям поля Эйнштейна (EFE), которые совсем не просто написать, не говоря уже о объяснении (поэтому я собираюсь написать их … но не объяснять!):

G ?? = 8 ° G / c 4 T ??

G (без индексов) — гравитационная постоянная, c — скорость света.

Наконец, вот уравнение ускорения свободного падения, о котором вы, вероятно, никогда раньше не слышали:

а =? (GMa 0 / г),

, где a — ускорение, которое испытывает звезда из-за гравитации согласно MOND (модифицированная ньютоновская динамика), альтернативной теории гравитации, M — масса галактики, r — расстояние между звездой на окраине этой галактики и ее центром. , G гравитационная постоянная и a 0 новая постоянная.

Некоторые веб-сайты, которые содержат дополнительную информацию об уравнениях гравитации, для вашего интереса и удовольствия: Теория «всемирного тяготения» Ньютона (НАСА), уравнение гравитации Эйнштейна (Университет Висконсина в Мэдисоне — тяжелый) и Формула гравитации (Университет Небраски-Линкольн) .

Universe Today, как и следовало ожидать, имеет несколько историй, связанных с уравнениями гравитации; вот некоторые из них: «Увидеть Вселенную глазами гравитации», «Случай MOND над темной материей» и «Объяснение аномалий пролета». Вот статья о нулевой гравитации.

Gravity, эпизод Astronomy Cast, содержит больше о уравнениях гравитации, как и несколько шоу вопросов Astronomy Cast, например, 26 сентября 2008 г. и 31 марта 2009 г.

Источники:
University of Nebraska-Lincoln
NASA
UT-Knoxville

Как это:

Нравится Загрузка …

Gravity

Gravity

Хоби Томпсон и Сара Хэверн


Итак, вы хотите знать, почему гравитация важна, а? Ну, вот история Gravity и почему это важный.

История гравитации

  • Люди только недавно (например, за последние 300 лет) осознали что такое Gravity.
  • Греческие философы считали, что планеты и звезды были частью царства богов и следовали «естественному движению». Они не понимали, что замешана Гравитация. Идеи греков просуществовал до 16 века.
  • Однако, начиная с 1500-х годов, такие астрономы, как Галилей, и Браге обнаружил, что Земля и другие планеты вращаются вокруг солнца.Кеплер показал, что они двигались на эллиптическом тренажере. орбита, а не круг. Вопрос был в том, почему.

Сэр Исаак Ньютон — первооткрыватель гравитации!
  • Сэр Исаак Ньютон был английским математиком и математиком. и физик, живший в 1642-1727 гг.
  • Легенда гласит, что Ньютон открыл гравитацию, когда увидел падающее яблоко, думая о силах природы.
  • Что бы ни случилось на самом деле, Ньютон понял, что некоторая сила должны воздействовать на падающие предметы, такие как яблоки, потому что в противном случае они не двинутся с места.
  • Ньютон также понял, что Луна улетит прочь от Земли по прямой касательной к ее орбите, если некоторая сила не заставлял его падать на Землю. Только луна снаряд, кружащий вокруг Земли под действием притяжения Сила тяжести.
  • Ньютон назвал эту силу «гравитацией» и определил что гравитационные силы существуют между всеми объектами.
  • Используя идею гравитации, Ньютон смог объяснить астрономические наблюдения Кеплера.
  • Доказана работа Галилея, Браге, Кеплера и Ньютона. раз и навсегда, что Земля не была центром солнечного система. Земля вместе со всеми другими планетами вращается вокруг солнце.
  • Два астронома, Дж. К. Адамс и У. Дж. Дж. Леверье, позже использовал концепцию гравитации, чтобы предсказать, что планета Нептун будет обнаружено. Они поняли, что должен быть другой планета оказывает гравитационную силу на Уран, потому что Уран имел странные возмущения на своей орбите.(Возмущения — это отклонения на орбитах.)

Альберт Эйнштейн — Общая теория Относительность
  • Эйнштейн разработал совершенно новую идею о гравитации.
  • Согласно Эйнштейну, гравитация возникает из «коробление» пространства и времени.
  • Новая теория гравитации Эйнштейна объясняет ряд явления, которые нарушили бы теорию Ньютона. Например, свет прогибается при прохождении вблизи массивных объектов, таких как Солнце.И часы поднятый над Землей ускоряется относительно часов на поверхности.

Основные факты о гравитации

  • Гравитация — это сила притяжения, существующая между любыми два объекта. Между солнцем и Земля, между Землей и нами, и даже между двумя шариками.
  • Снаряды, спутники, планеты, галактики и скопления галактик все находятся под влиянием силы тяжести.
  • Гравитация — самая слабая из четырех известных сил природы, все же самая доминирующая сила.Хотя это самая слабая сила, Гравитация объединяет целые солнечные системы и галактики!
  • Закон всемирного тяготения гласит, что каждый объект притягивает любой другой объект с силой, которая для любых двух объектов прямо пропорциональна массе каждого объекта и обратно пропорционально квадрату расстояния между двумя объектами.
  • Гравитационная формула
  • Это пример «закона обратных квадратов»: гравитационная сила изменяется как обратный квадрат расстояния между двумя объектами.В результате эффект Гравити Фолз быстро по мере увеличения расстояния между двумя объектами.
  • Наилучшая текущая оценка G состоит в том, что она равняется примерно 6,67259 10-11 ньютон-квадратный метр на квадратный килограмм.
  • Гравитационное поле для планеты, г , равно GM / Rsquared, где G — масса планеты, а R — расстояние объекта из центра планеты (радиус планеты если объект находится на поверхности планеты).Это значит, что Гравитация больше там, где планета массивнее и где она имеет меньший радиус. Таким образом, несмотря на то, что у Марса всего около 1/10 массы Земли, гравитационная сила на поверхности Марса больше, чем на 1/10 поверхности Земли. — потому что поверхность Марса ближе к поверхности планеты!
  • Сила притяжения между вами и Землей — это ваша масса.
  • Гравитация определяет «скорость убегания» для объект как ракета.Чем сильнее гравитационное притяжение объект, тем больше скорость убегания. Следующая диаграмма показывает скорость убегания для Солнца, двух планет и Земли Луна.
вс 620 км / с
Юпитер 60,2 км / с
Земля 11,2 км / с
Луна 2.4 км / с

Интересные факты о гравитации

  • Первое надежное измерение G было выполнено Генри. Кавендиш в 1798 году! Он подсчитал, что G равняется 6,754 10-11. ньютон-квадратный метр на квадратный килограмм (по сравнению с сегодняшним расчет 6,67259).
  • Некоторые теории предполагают, что G со временем меняется и что G несколько различается в разных областях космоса!
  • Независимо от того, насколько велико расстояние между объектом и Земля, гравитационная сила Земли не падает до 0.Гравитационное влияние каждого объекта осуществляется через все пространство.
  • Земля круглая из-за силы тяжести. Земля притягивала себя вместе, прежде чем он стал твердым.
  • Между двумя шариками существует гравитационное притяжение, но мы этого не замечаем, потому что сила между каждым из мрамор и Земля намного больше.
  • Человек, который на Земле весит 100 фунтов, будет весить всего 17 фунтов, стоящих на той же шкале на Луне.
  • Согласно Альберту Эйнштейну, нет никакой разницы между ускорение свободного падения и любое другое ускорение. если ты находились в ракете, разгоняющейся со скоростью 32,2 фута / сек2, было бы прямо как гравитация на Земле.
  • Нет известных антигравитационных устройств (ах черт возьми)! Но эффекты гравитации можно отменить свободным падением или размещением объекты на орбите.

Другие полезные веб-сайты на Gravity

Хотите узнать больше? Вот несколько хороших ссылок (в нашем рейтинге).

* А веб-презентация по Gravity. (5 из 5)

Исследование Сила тяжести. (4 из 5)

НАСА Гравитационная страница (5 из 5)

А страница о гравитации. (3 из 5)

Институт для исследования гравитации. (3 из 5)

Так почему бы и нет

Калькулятор гравитационной силы

Сила тяжести



Рассчитать Прозрачный
⚠️ Сообщить о проблеме

Что такое гравитационная сила?

Согласно универсальному закону тяготения Ньютона, гравитационная сила — это сила, которая существует между любыми двумя объектами с определенной массой.Каждое тело в этой природе, независимо от размера и массы, оказывает определенное количество гравитационной силы на окружающие его объекты. Но в конце концов побеждает тело с наибольшей массой, которое может притягивать к себе предметы.

Чтобы лучше понять гравитационную силу, рассмотрим пример с качелями. Когда два мальчика одинакового веса сидят на качелях, сохраняется равновесие. Если один из мальчиков слишком тяжел, качели имеют тенденцию скользить к более тяжелому мальчику, а более легкий мальчик также стремится к более тяжелому мальчику.Именно это и происходит при гравитации.

Сэр Исаак Ньютон, отец современной физики, открыл силу гравитации.


Гравитационная сила — одна из четырех сил, движущих природой. Остальные три:

  • Слабая ядерная сила
  • Электромагнитная сила
  • Strong Nuclear Force

Интересно, что из всех этих сил гравитационная сила самая слабая, но самая большая.

По какой формуле вычисляется сила тяжести?

Предположим, что две массы M 1 и M 2 , как показано на рисунке, разделены расстоянием R. Предположим, что между ними существует сила гравитации F g .


Согласно закону обратных квадратов Ньютона, гравитационная сила притяжения между ними прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

F г ∝ M 1 × M 2 / R 2
F g = G × M 1 × M 2 / R 2
где G — константа пропорциональности, называемая универсальной гравитационной постоянной
Значение универсальной гравитационной постоянной равно G = 6,674 × 10 -11 м 3 kg -1 s -2 в единицах СИ.

Какое значение имеет гравитационная сила?

  • Гравитационная сила объекта — это сила, которая может притягивать другой объект к его центру.Это принцип, лежащий в основе нашей солнечной системы, в которой планеты притягиваются к центру Солнца. Если бы не было гравитационной силы со стороны Солнца, планеты никогда бы не были на своих орбитах!
  • Воздух присутствует на Земле только потому, что он ограничен гравитационной силой Земли, которая постоянно притягивает его к центру Земли. То же самое и с водой в озерах, реках и океанах. А теперь представьте, что, если нет гравитационной силы ??? Воздух и вода улетели бы в космос!
  • Вес каждого тела на Земле, включая ваше, определяется силой гравитации.Гравитационное притяжение на полюсах больше на полюсах Земли; следовательно, на полюсах чувствуешь себя тяжелее, чем на экваторе.
  • Каждая планета имеет свою собственную гравитационную силу; это означает, что вы по-разному весите, когда находитесь на разных планетах.
  • Космос такой, какой он есть сейчас, без столкновений небесных тел только благодаря силе гравитации. Даже Луна вращается вокруг Земли за счет гравитационной силы Земли.
  • Приливы вызваны двумя основными факторами: вращением Земли и гравитационной силой Луны.
  • Человеческое тело создано в соответствии с принципами гравитации. Если из-за силы тяжести нет веса, кости, предназначенные для выдерживания веса, будут терять кальций и легко станут хрупкими. Это причина, по которой астронавтам необходимо выполнять регулярные упражнения, чтобы поддерживать нормальное функционирование своего тела в космосе, в котором отсутствует сила гравитации.

Гравитация не несет ответственности за влюбленность людей. — Альберт Эйнштейн

Интересные факты о гравитационной силе

  • Вес Земли определяет ваш вес.Это потому, что вес Земли — это то, что отвечает за гравитационную силу, действующую на вас, и, следовательно, за ваш вес. Если вы стоите на планете с меньшей гравитационной силой, чем у Земли, например, на Меркурии или Венере, вы будете весить меньше.
  • Знаете ли вы? Юпитер имеет самую высокую массу в Солнечной системе, и, следовательно, если вы стоите на Юпитере, вы будете весить больше, чем когда вы стоите на любой другой планете Солнечной системы. Если вы весите 100 фунтов на Земле, вы будете весить около 300 фунтов на Юпитере.А вы когда-нибудь подумаете о том, чтобы наступить на Юпитер?
  • Черные дыры могут притягивать к себе что угодно и удерживать их внутри себя, потому что их гравитационная сила настолько сильна, что даже свет не может пройти через них.
  • Физика утверждает, что гравитация движется со скоростью света.
  • Горы на Земле не могут быть выше 49 213 футов из-за гравитационной силы Земли.
  • Газированные напитки и газированные напитки слишком полагаются на силу тяжести.Воздух и жидкость в таких напитках могут оставаться отдельно друг от друга из-за самой силы тяжести. Это означает в условиях невесомости; Например, космонавтам нельзя пить газированные напитки, потому что не будет силы тяжести, разделяющей жидкость и газ.
  • Гравитационная сила не двойственная — это означает, что она может только притягивать, но не может отталкивать.
  • Если вы хотите избежать гравитационного воздействия Земли, вы должны двигаться со скоростью 7 миль в секунду. Технически это называется космической скоростью Земли.
  • Хотя сила гравитационной силы уменьшается с увеличением расстояния, теоретически область действия гравитационной силы бесконечна.

Что, если бы не было гравитационной силы?

Ученые говорят, что если бы не было гравитации:

  • Количество эритроцитов падает и вызывает то, что называется космической анемией. Вы когда-нибудь слышали об этой болезни ??
  • На наш сон также влияет отсутствие гравитации.
  • Кроме того, если бы гравитационная сила на Солнце отсутствовала, оно бы уже взорвалось!

Гравитация пока что непонятна с точки зрения другого явления.- Ричард Фейнман,

Как вам может помочь бесплатный онлайн-калькулятор гравитационной силы CalculatorHut?

CalculatorHut — это универсальное решение для бесплатных онлайн-калькуляторов. Он содержит огромный набор из более чем 100 научных, медицинских и других калькуляторов, которые призваны упростить вам вычисления.

Калькулятор силы тяжести

— один из бесплатных онлайн-калькуляторов CalculatorHut. Он специально разработан для упрощения расчетов гравитационной силы. Вы можете быстро рассчитать силу тяжести с помощью бесплатного онлайн-калькулятора реактивного сопротивления CalculatorHut.

Это круто, не правда ли? То же самое и с другими бесплатными онлайн-калькуляторами CalculatorHut. Ознакомьтесь с нашим широким ассортиментом калькуляторов по физике, химии, финансам, здравоохранению, автомобилестроению и другим.

Если они вам нравятся и вы хотите, чтобы они использовались в качестве виджетов в вашем блоге или на веб-сайте, напишите нам по адресу [email protected] Мы разработаем вам виджет абсолютно бесплатно!

Вы также можете носить этот огромный набор бесплатных онлайн-калькуляторов в кармане. CalculatorHut также имеет бесплатное приложение! Все, что вам нужно, чтобы упростить свои научные расчеты, — это просто загрузить приложение CalculatorHut на свой мобильный телефон — и вперед! Вы готовы к беспроблемным вычислениям любого рода!

С CalculatorHut научные расчеты просты и легки! Удачных расчетов!

Ньютон изучает силу гравитации — Наука в домашних условиях для детей

Что такое гравитация?

Согласно Ньютону, гравитация — сила притяжения между двумя объектами, имеющими массу.Это означает, что два шара на диаграмме обладают гравитационной силой притяжения друг к другу, потому что у них есть масса.
Сила тяжести между двумя объектами зависит от их массы и расстояния между ними.

Если синий шар имеет массу 2 кг, а зеленый шар имеет массу 1 кг, и они находятся на расстоянии 10 см друг от друга, какова сила тяжести между ними?

УРА !! Посмотрите на уравнение, которое придумал Ньютон. G — это константа, используемая независимо от того, что и где находятся объекты.
Newton опубликует работу, содержащую универсальное уравнение гравитации, в июле 1687 года. Это уравнение гравитации и многие другие идеи Ньютона используются до сих пор.
Вы можете узнать больше о работе Ньютона и других ученых в «Ученый сквозь века.

Расчет силы тяжести Земли на объекты, находящиеся на поверхности Земли или вблизи нее.

Используя универсальную формулу тяготения Ньютона, я вычислил, что сила тяжести между двумя шарами на диаграмме равна 13.4 x 10 -9 Н, что составляет 0,00000000030 фунтов. Эта сила слишком мала, чтобы тянуть шары друг к другу, потому что гравитация земли на каждом шаре удерживает их на месте. Сила притяжения Земли на синем шаре составляет 19,6 Н. Сила тяжести Земли на зеленом шаре составляет 9,8 Н.

Универсальное уравнение гравитации Ньютона необходимо для расчета силы тяжести между небесными телами, такими как Земля и Солнце. Но есть гораздо менее сложное уравнение, которое можно использовать для расчета силы тяжести между объектами на Земле.Это уравнение было получено из уравнения всемирной гравитации Ньютона. На схеме показано, как это было сделано. Ниже приводится разбивка уравнения, которое используется для расчета силы тяжести, действующей на все на Земле.

F = mxg
F = сила тяжести между землей и объектом, измеренная в ньютонах, N
m = масса объекта, измеренная в килограммах, кг
г = земных постоянная силы тяжести составляет 9,8 Н / кг

На иллюстрации изображены дети, мяч и пожилой мужчина, стоящие на земле.Диаграмма представляет собой модель, показывающую, что независимо от того, где находится объект на Земле, он опускается вниз. Вниз — это направление относительно того места, где вы находитесь на Земле. Направление «вниз» — это линия, перпендикулярная поверхности земли.

1. Какая сила земного притяжения действует на мальчика массой 30 кг?

Думаю:

  • Уравнение для расчета силы тяжести Земли: F = m x g
  • F — сила земного притяжения.
  • м — масса мальчика
  • г — константа, 9,8 Н / кг
  • F = 30 кг x 9,8 Н / кг = 295 Н

При наборе легко написать дробь вот так: 9,8 Н / м.

Но, когда единицы являются частью уравнения, их необходимо учитывать. Я настоятельно рекомендую вам научить детей записывать дроби с горизонтальной чертой дробей .

Обратите внимание, что дробная черта, отделяющая числитель 9,8 Н от знаменателя кг, расположена горизонтально.

Также обратите внимание, что я предлагаю, чтобы дробная полоса была ниже коэффициента 30 кг. Я делаю это, потому что это помогает мне систематизировать информацию. Когда я преподаю математику, я замечаю, что дети часто не очень аккуратны, когда пишут. Таким образом, я призываю их расширить факторную шкалу.

Обратите внимание, что единица кг в числителе (над чертой дроби) отменяет единицу кг в знаменателе (под чертой дроби).
Обратите внимание, что осталась единица ньютонов, N. Это будет единица ответа.
После того, как единицы будут учтены, примите во внимание числа и решите проблему.
Произведение 30 x 9,8 равно 295.
Ответ — 295 N.

Обратите внимание на то, что необходимо учитывать единицы измерения и, как и числа, они отменяются, как в приведенном выше примере. Когда единицы измерения являются частью вычислений, это называется анализом размеров . Изучение пространственного анализа в начальной и средней школе значительно упрощает понимание химических и физических задач.
Для большинства детей использование горизонтальной дробной шкалы помогает им лучше понимать проблемы.

Сила тяжести Земли обычно называется весом объектов.

Сила тяжести, действующая на мальчика, была рассчитана равной 295 Н, таким образом, вес мальчика составляет 295 Н.

В Техасе мы обычно измеряем массу тела в фунтах, фунтах

Ниже приводится еще один пример анализа размеров с использованием коэффициента преобразования фунтов в ньютоны.

Проблема:

Вес мальчика 295 Н, сколько фунтов это это равно?

Думаю:

  • Цель состоит в том, чтобы определить, сколько фунтов 295 Н эквивалентно.
  • Перечислите известные вам факты:
    295 N — это вес, который нужно заменить на вес в фунтах
  • Известное соотношение между ньютонами и фунтами:
    1 фунт = 4,5 Н или 4,5 Н = 1 фунт
    Коэффициенты пересчета записываются в виде дробей: 1 фунт / 4.5 Н или 4,5 Н / 1 фунт
  • У вас есть вся информация, необходимая для расчета веса мальчиков в фунтах.
  • Каждый раз, когда требуется коэффициент преобразования, используйте то, что вы знаете о размерном анализе.
    1. Запишите количество, которое нужно изменить.
    2. Нарисуйте дробную полосу
    3. Умножьте на коэффициент преобразования. Обратите внимание, что единица ответа находится в числителе. Таким образом, используемый коэффициент преобразования составляет 1 фунт / 4,5 Н.
    4. Упростите уравнение. Единица ньютона в числителе отменяет единицу ньютона в знаменателе, оставляя для ответа только фунт.
    5. Выполните математические вычисления и разделите 295 на 4,5.

Гравитация — это сила между двумя массами. Это означает, что пока земля тянет вас, в то же время вы тянете за землю. Это похоже на перетягивание каната. Хотя сила такая же, масса Земли намного больше вашей, поэтому Земля выигрывает.

Связанные

Gravity

Эта идея фокусировки исследована через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Ежедневные опыты студентов

Падающие на Землю объекты — явление настолько знакомое, что студенты могут рассматривать эти события как «естественные», не требуя дополнительных объяснений.

Даже студенты, которые используют слово «гравитация» в соответствующем контексте, могут быть не в состоянии объяснить, что это такое, или будут непоследовательными в своих объяснениях.

Исследования: Skamp (2004)

Взгляды студентов на гравитацию, форму Земли и направление «вниз» часто переплетаются.

Эта идея также развивается в идее фокуса Силы бесконтактные.

У студентов могут быть разные взгляды на гравитацию:

  • гравитация — это толчок сверху (в некоторых случаях из-за давления воздуха)
  • гравитация связана с присутствием воздуха или что-то в воздухе, поэтому, если нет воздуха, нет силы тяжести.(Следовательно, на Луне, на спутниках Земли или в космосе гравитация отсутствует; по мере того, как человек поднимается над поверхностью Земли, сила тяжести уменьшается, потому что атмосфера становится более тонкой)
  • гравитация увеличивается с высотой
  • гравитация значительно меньше на высоких горах здания и увеличивается по мере того, как мы теряем высоту (вот почему падающие объекты ускоряются)
  • гравитация вызвана вращением Земли
  • гравитация влияет на предметы, когда они падают, но останавливается, когда они достигают земли.Он не действует на предметы, которые движутся вверх.
  • Гравитация действует вверх на предметы, которые движутся вверх.
  • Гравитация — большая сила.
  • В космическом корабле, вращающемся вокруг Земли, гравитации нет.

Исследования: Скамп (2004), Палмер (2001), Gunstone & Mitchell (1998), Gunstone & Watts (1985), Уоттс (1982)

Научная точка зрения

Считается, что гравитационные силы неразрывно связаны с тем, что мы называем «массой».Между каждым объектом во Вселенной существует гравитационная сила притяжения. Размер гравитационной силы пропорционален массе объектов и ослабевает по мере увеличения расстояния между ними. Оба объекта оказывают одинаковую силу притяжения друг на друга: падающий объект притягивает Землю с силой того же размера, что и Земля. Огромная разница в массе Земли и падающего объекта означает, что движение Земли незаметно мало.

Мы замечаем гравитационные силы только в том случае, если один из задействованных объектов имеет огромную массу (например, Земля).При всех попытках сравнить гравитационные силы с другими силами, они относительно намного слабее, чем магнитный и электрические силы.

Критические идеи обучения

  • Сила тяжести — это притяжение между массами.
  • Чем больше размер масс, тем больше величина силы тяжести (также называемой силой тяжести).
  • Гравитационная сила быстро ослабевает с увеличением расстояния между массами.
  • Гравитационную силу чрезвычайно трудно обнаружить, если хотя бы один из объектов не имеет большой массы.
  • Поскольку Земля такая большая, вам нужно подняться на очень большую высоту над поверхностью Земли, прежде чем появятся какие-либо заметные изменения в гравитационном притяжении Земли (на вершине Эвереста снижение составляет всего около 0,25%) .
  • Весовая сила, действующая на объект, говорит нам о величине силы тяжести от Земли, действующей на объект.

Изучите взаимосвязь между представлениями о гравитации в Карта развития концепции — (Гравитация, Звезды)

Полезно отдельно остановиться на двух областях, где важна гравитация:

1.Вблизи поверхности Земли

Учащимся нужны возможности для обсуждения, которое выявляет идею о том, что силы тяжести на объекты действуют всей Землей по направлению к ее центру. Сила тяжести действует на объект независимо от того, движется он или нет. В повседневных ситуациях величина силы тяжести на что-то существенно не меняется, когда оно поднимается над Землей. (Объект должен лететь намного выше, чем гигантский реактивный самолет, чтобы произошли серьезные различия. Величина силы тяжести на высоте 200 км все еще составляет около 94% от того, что было на уровне моря.)

Сила тяжести на объекте с Земли одинакова независимо от того, окружен ли объект воздухом (или водой, или чем-то еще).

Исследования: Mitchell (2007)

2. Вселенная

Было бы полезно, если бы учащиеся понимали, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, и что, когда что-то меняет направление (как это постоянно делают планеты), на них действует сила.

Эта идея также развивается в фокусе идей. Толкает и тянет; Что такое сила? и День и ночь.

Идея о том, что на планетах должна присутствовать сила, которая меняет свое направление, может быть связана с силой тяжести Земли на объекты, расположенные у ее поверхности, что помогает студентам понять обобщение, согласно которому силы гравитации существуют повсюду во Вселенной.

Фильм или видеозаписи, демонстрирующие гравитационные силы между объектами, а также то, что астронавты могли ходить по Луне и бросать на нее объекты из-за ее гравитации, могут помочь сделать эти идеи правдоподобными для студентов.

Преподавательская деятельность

Бросьте вызов существующим идеям

POE (Прогнозировать-Наблюдать-Объяснять): a Пружинные весы с прикрепленным к ним грузом подвешены внутри герметичного колпака, соединенного с вакуумным насосом. Попросите учащихся предсказать, изменится ли и как показания пружинного баланса при откачке воздуха. Затем попросите их объяснить свои наблюдения. Примечание: полезно заранее показать, что показания регистрируют уменьшение чистой направленной вниз силы, если груз помещен в воду из-за подъема воды вверх.См. Схемы.

Выскажите существующие идеи учащихся

Попросите учащихся подумать о том, намного ли больше / немного больше / то же самое / намного меньше / чуть-чуть меньше / ноль, когда они:

  • в том же классе с выкачанным воздухом
  • на вершине Эвереста
  • на вершине самого высокого здания в Мельбурне
  • на Луне (1/6 размера Земли)
  • в классе, но на Земле перестал вращаться
  • рядом с другим космонавтом в глубоком космосе
  • единственный космонавт в глубоком космосе
  • в свободном падении после прыжка с самолета.

Сопоставьте ответы и проведите интерпретирующее обсуждение всего класса, чтобы прояснить мышление учащихся и дать информацию для дальнейшего обучения.

Исследования: Gunstone & Mitche ll (1998)

Содействовать размышлению и разъяснению существующих идей

Поощрять обсуждения в классе (интерпретирующие обсуждения), которые исследуют взаимодействие сил гравитации с сопротивлением воздуха и силами трения. Один из подходов состоит в том, чтобы сравнить движение двух листов бумаги, одного плоского, а другого, свернутого в маленький шарик, когда они выпускаются одновременно с одной и той же высоты.Гравитационные силы, действующие на каждый из них, одинаковы, но их относительное движение сильно различается из-за действия сопротивления воздуха. Расширьте обсуждение, чтобы изучить силы, действующие на парашютистов во время свободного падения и при использовании парашютов.

POE (Прогнозировать-Наблюдать-Объяснить): чтобы помочь учащимся подумать об их относительных размерах, попросите учащихся предсказать, какая из этих сил наименьшая: магнитная, электрическая или гравитационная. Затем попросите их посмотреть, как волосы прилипают к заряженному гребню и заколка для волос прикрепляется к магниту.В последующем обсуждении может быть полезно указать, что вся Земля тянет за волосы / заколку для волос. Хотя это действие неточно, оно вызывает дискуссии об относительной силе этих сил.

Помогите студентам выработать для себя некоторые «научные» объяснения

Используя Интернет, студенты могут найти примеры «невесомости» и разработать объяснения, используя идеи о всемирной гравитации.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.