| Адроны | msimagelist>|
| Альфа-распад | msimagelist>|
| Альфа-частица | msimagelist>|
| Аннигиляция | msimagelist>|
| Антивещество | msimagelist>|
| Антинейтрон | msimagelist>|
| Антипротон | msimagelist>|
| Античастицы | msimagelist>|
| Атом | msimagelist>|
| Атомная единица массы | msimagelist>|
| Атомная электростанция | msimagelist>|
| Барионное число | msimagelist>|
| Барионы | msimagelist>|
| Бета-распад | msimagelist>|
| Бетатрон | msimagelist>|
| Бета-частицы | msimagelist>|
| Бозе – Эйнштейна статистика | msimagelist>|
| Бозоны | msimagelist>|
| Большой адронный коллайдер | msimagelist>|
| Большой Взрыв | msimagelist>|
Боттом. Боттомоний | msimagelist>|
| Быстрота | msimagelist>|
| Векторная доминантность | msimagelist>|
| Великое объединение | msimagelist>|
| Взаимодействие частиц | msimagelist>|
| Вильсона камера | msimagelist>|
| Виртуальные частицы | |
| Водорода атом | msimagelist>|
| Возбуждённые состояния ядер | msimagelist>|
| Волновая функция | msimagelist>|
| Волновое уравнение | msimagelist>|
| Волны де Бройля | msimagelist>|
| Встречные пучки | msimagelist>|
| Гамильтониан | msimagelist>|
| Гамма-излучение | msimagelist>|
| Гамма-квант | msimagelist>|
| Гамма-спектрометр | msimagelist>|
| Гамма-спектроскопия | msimagelist>|
| Гаусса распределение | msimagelist>|
| Гигантский дипольный резонанс | msimagelist>|
| Гиперядра | msimagelist>|
| Глюоны | msimagelist>|
| Годоскоп | msimagelist>|
| Гравитационное взаимодействие | msimagelist>|
| Дейтрон | msimagelist>|
| Деление атомных ядер | msimagelist>|
| Детекторы частиц | msimagelist>|
| Дирака уравнение | msimagelist>|
| Дифракция частиц | msimagelist>|
| Доза излучения | msimagelist>|
| Дозиметр | msimagelist>|
| Доплера эффект | |
| Единая теория поля | msimagelist>|
| Зарядовое сопряжение | msimagelist>|
| Зеркальные ядра | msimagelist>|
| Избыток массы (дефект массы) | msimagelist>|
| Изобары | msimagelist>|
| Изомерия ядерная | msimagelist>|
| Изоспин | msimagelist>|
| Изоспиновый мультиплет | msimagelist>|
| Изотопов разделение | msimagelist>|
| Изотопы | msimagelist>|
| Ионизирующее излучение | msimagelist>|
| Искровая камера | msimagelist>|
| Квантовая механика | msimagelist>|
| Квантовые операторы | msimagelist>|
| Квантовые числа | msimagelist>|
| Квантовый переход | msimagelist>|
| Квант света | msimagelist>|
| Кварк-глюонная плазма | msimagelist>|
| Кварки | msimagelist>|
| Коллайдер | msimagelist>|
| Комбинированная инверсия | msimagelist>|
| Комптона эффект | msimagelist>|
| Комптоновская длина волны | msimagelist>|
| Конверсия внутренняя | msimagelist>|
| Константы связи | msimagelist>|
| Конфайнмент | msimagelist>|
| Корпускулярно волновой дуализм | msimagelist>|
| Космические лучи | msimagelist>|
| Критическая масса | msimagelist>|
| Лептоны | msimagelist>|
| Линейные ускорители | msimagelist>|
| Лоренца преобразования | msimagelist>|
| Лоренца сила | msimagelist>|
| Магические ядра | msimagelist>|
| Магнитный дипольный момент ядра | msimagelist>|
| Магнитный спектрометр | msimagelist>|
| Максвелла уравнения | msimagelist>|
| Масса частицы | msimagelist>|
| Масс-спектрометр | msimagelist>|
| Массовое число | msimagelist>|
| Масштабная инвариантность | msimagelist>|
| Мезоны | msimagelist>|
| Мессбауэра эффект | msimagelist>|
| Меченые атомы | msimagelist>|
| Микротрон | msimagelist>|
| Нейтрино | msimagelist>|
| Нейтрон | msimagelist>|
| Нейтронная звезда | msimagelist>|
| Нейтронная физика | msimagelist>|
| Неопределённостей соотношения | msimagelist>|
| Нормы радиационной безопасности | msimagelist>|
| Нуклеосинтез | msimagelist>|
| Нуклид | msimagelist>|
| Нуклон | msimagelist>|
| Обращение времени | msimagelist>|
| Орбитальный момент | msimagelist>|
| Осциллятор | msimagelist>|
| Отбора правила | msimagelist>|
| Пар образование | msimagelist>|
| Период полураспада | msimagelist>|
| Планка постоянная | msimagelist>|
| Планка формула | msimagelist>|
| Позитрон | msimagelist>|
| Поляризация | msimagelist>|
| Поляризация вакуума | msimagelist>|
| Потенциальная яма | msimagelist>|
| Потенциальный барьер | msimagelist>|
| Принцип Паули | msimagelist>|
| Принцип суперпозиции | msimagelist>|
| Промежуточные W-, Z-бозоны | msimagelist>|
| Пропагатор | msimagelist>|
| Пропорциональный счётчик | msimagelist>|
| Пространственная инверсия | msimagelist>|
| Пространственная четность | msimagelist>|
| Протон | msimagelist>|
| Пуассона распределение | msimagelist>|
| Пузырьковая камера | msimagelist>|
| Радиационный фон | msimagelist>|
| Радиоактивность | msimagelist>|
| Радиоактивные семейства | msimagelist>|
| Радиометрия | msimagelist>|
| Расходимости | msimagelist>|
| Резерфорда опыт | msimagelist>|
| Резонансы (резонансные частицы) | msimagelist>|
| Реликтовое микроволновое излучение | msimagelist>|
| Светимость ускорителя | msimagelist>|
| Сечение эффективное | msimagelist>|
| Сильное взаимодействие | msimagelist>|
| Синтеза реакции | msimagelist>|
| Синхротрон | msimagelist>|
| Синхрофазотрон | msimagelist>|
| Синхроциклотрон | msimagelist>|
| Система единиц измерений | msimagelist>|
| Слабое взаимодействие | msimagelist>|
| Солнечные нейтрино | msimagelist>|
| Сохранения законы | msimagelist>|
| Спаривания эффект | msimagelist>|
| Спин | msimagelist>|
| Спин-орбитальное взаимодействие | msimagelist>|
| Спиральность | msimagelist>|
| Стандартная модель | msimagelist>|
| Статистика | msimagelist>|
| Странные частицы | msimagelist>|
| Струи адронные | msimagelist>|
| Субатомные частицы | msimagelist>|
| Суперсимметрия | msimagelist>|
| Сферическая система координат | msimagelist>|
| Тёмная материя | msimagelist>|
| Термоядерные реакции | msimagelist>|
| Термоядерный реактор | msimagelist>|
| Тормозное излучение | msimagelist>|
| Трансурановые элементы | msimagelist>|
| Трек | msimagelist>|
| Туннельный эффект | msimagelist>|
| Ускорители заряженных частиц | msimagelist>|
| Фазотрон | msimagelist>|
| Фейнмана диаграммы | msimagelist>|
| Фермионы | msimagelist>|
| Формфактор | msimagelist>|
| Фотон | msimagelist>|
| Фотоэффект | msimagelist>|
| Фундаментальная длина | msimagelist>|
| Хиггса бозон | msimagelist>|
| Цвет | msimagelist>|
| Цепные ядерные реакции | msimagelist>|
| Цикл CNO | msimagelist>|
| Циклические ускорители | msimagelist>|
| Циклотрон | msimagelist>|
| Чарм. Чармоний | msimagelist>|
| Черенковский счётчик | msimagelist>|
| Черенковсое излучение | msimagelist>|
| Черные дыры | msimagelist>|
| Шредингера уравнение | msimagelist>|
| Электрический квадрупольный момент ядра | msimagelist>|
| Электромагнитное взаимодействие | msimagelist>|
| Электрон | msimagelist>|
| Электрослабое взаимодействие | msimagelist>|
| Элементарные частицы | msimagelist>|
| Ядерная физика | msimagelist>|
| Ядерная энергия | msimagelist>|
| Ядерные модели | msimagelist>|
| Ядерные реакции | msimagelist>|
| Ядерный взрыв | msimagelist>|
| Ядерный реактор | msimagelist>|
| Ядра энергия связи | msimagelist>|
| Ядро атомное | msimagelist>|
| Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) | msimagelist>
Гравитационное взаимодействие. Закон всемирного тяготения
1. Гравитационное взаимодействие . Закон всемирного тяготения.
События, предшествующие открытиюЗакона всемирного тяготения
Анализ данных и их обобщение в
эмпирических законах, сделанное
Иоганном Кеплером
3. История возникновения Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы не имеющих ничего общего (падение тел на Землю,
обращение планет вокруг Солнца, движение Лунывокруг Земли, приливы и отливы и т. д.), вызваны
одной причиной
Ньютон предположил, что существует
единый закон всемирного тяготения
В 1687 г. Ньютон установил один из
фундаментальных законов механики,
получивший название закона всемирного
тяготения:
Сила взаимного притяжения двух тел
прямо пропорциональна произведению
масс
этих
тел
и
обратно
пропорциональна квадрату расстояния
между ними.
m1 m2
F G
2
R
m1 , m2 — массы взаимодействующих тел,
R – расстояние между ними,
G – гравитационная постоянная
Гравитационная постоянная
G 6,67 10
11
Н м
2
кг
2
Физический смысл гравитационной постоянной.
Гравитационная постоянная численно равна
силе гравитационного притяжения двух тел, массой по
1 кг каждое, находящихся на расстоянии 1 м одного от
другого.
6. Крутильные весы
Особенности сил тяготенияСилы тяготения направлены вдоль прямой,
проходящей через центры взаимодействующих
тел.
Границы применимости
закона всемирного тяготения
Закон справедлив для:
1. Однородных шаров.
2. Для материальных точек.
3. Для концентрических тел.
Сила тяготения очень мала и становится
заметной только тогда, когда хотя бы одно из
взаимодействующих тел имеет очень большую
массу (планета, звезда).
Гравитационное
поле
СУЩЕСТВУЕТ
ВОКРУГ
ЛЮБОГО ТЕЛА
ОСУЩЕСТВЛЯЕТ
ПРИТЯЖЕНИЕ
МЕЖДУ ТЕЛАМИ
ВСЕПРОНИКАЮЩАЯ
СПОСОБНОСТЬ
ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ
ГРАВИТАЦИОННЫМ
ЗАРЯДОМ — МАССОЙ
Открытие Ньютоном закона всемирного
тяготения явилось важнейшим событием в
истории физики.
На основе закона всемирного тяготения:
• открыты планеты Нептун и Плутон
На основе закона всемирного тяготения:
Определены массы Солнца, планет и других
небесных тел
На основе закона всемирного
тяготения:
Раскрыты загадки движения комет, тайны
приливов
На основе закона всемирного тяготения:
вычисляются параметры движения космических
аппаратов, искусственных спутников Земли
Подумай и ответь.
1. Почему Луна не падает на Землю?
2. Как двигались бы планеты, если бы сила притяжения
Солнца внезапно исчезла?
3. Притягивает ли Землю стоящий на ее поверхности человек?
Летящий самолет?
4. Некоторые тела (воздушные шары, дым, птицы)
поднимаются вверх, несмотря на тяготение. Как вы
думаете, почему? Нет ли здесь нарушения закона
всемирного тяготения?
5. Что нужно сделать, чтобы увеличить силу тяготения между
двумя телами?
6. Какая сила вызывает приливы и отливы в морях и океанах
Земли?
7. Почему мы не замечаем гравитационного притяжения
между окружающими нас телами?
Вывод:
• Между всеми телами существует всемирное
тяготение
• Сила взаимодействия между двумя телами
зависит от массы тел и от квадрата расстояния
между ними
• Коэффициент пропорциональности –
гравитационная постоянная
• Всемирное тяготение осуществляется
посредством гравитационного поля – особой
формы материи
• Закон всемирного тяготения имеет границы
применимости
Вес тела и невесомость.
y
ma Fт N
А
Fт
N
Р
а
В
y
Урок по теме «Гравитационное взаимодействие. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести.»
Урок № 27 10 класс
Гравитационное взаимодействие. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести.
Цели урока:
— обучающая: формирование понятия «гравитационные силы»; изучение закона всемирного тяготения, границ его применимости, знакомство с опытным определением гравитационной постоянной; раскрытие понятия «взаимодействие тел» на примере закона всемирного тяготения и ознакомление с областью гравитационных сил;
— развивающая: развитие умений анализировать учебный материал: наблюдать, сравнивать, сопоставлять изучаемые явления, факты, делать выводы; развитие умственной деятельности, целостности восприятия и умений анализировать знания.
Ход урока.
I. Организационный момент. Объявление темы целей урока.
II. Актуализация опорных знаний.
1. На столе лежит книга. Какие силы действуют на неё? Почему книга покоится? Изобразите силы графически.
2. С каким ускорением движется при разбеге реактивный самолет массой 45 т, если сила тяги двигателей 90 кН?
3. Морской паром при столкновении с катером может потопить его без всяких для себя повреждений. Как это согласуется с равенством модулей сил взаимодействия?
4. В каких из приведенных ниже случаев речь идет о движении тел по инерции?
А. Тело лежит на поверхности стола.
В. Спутник движется по орбите вокруг Земли.
С. Катер после выключения двигателя продолжает двигаться по поверхности воды.
5. Люстра висит на цепи. Какие силы действуют на люстру ? Почему она покоится? Изобразите силы графически.
6. Какова масса тела, которому сила 16 Н сообщает ускорение 4 м/с2?
7. Почему лодка не сдвигается с места, когда человек, находящийся в ней, давит на борт, и приходит в движение, если человек выйдет из лодки и будет толкать ее с такой же силой?
8. В каких из приведенных ниже случаев речь идет о движении тел по инерции?
А. Всадник летит через голову споткнувшейся лошади .
В. Человек, поскользнувшись, падает назад.
С. Пузырек воздуха равномерно и прямолинейно движется в трубке с водой.
III. Изучение нового материала
На доске помещены портреты ученых и приготовлен план беседы с учащимися об исторических фактах, предшествующих открытию закона всемирного тяготения:
– Гипотеза Коперника о том, что все планеты движутся вокруг Солнца.
– Сбор эмпирических данных (тщательные измерения положения планет, выполненные астрономом Тихо Браге).
– Анализ данных и их обобщение в эмпирических законах, сделанное Кеплером.
– Построение теории, объясняющей все общие закономерности и предсказывающей многие новые следствия, сделанное Ньютоном.
Учитель: Как был открыт закон всемирного тяготения?
После открытия Коперником гелиоцентрической системы мира начались поиски закономерностей, которым подчиняется движение планет вокруг Солнца. Датский астроном Тихо Браге, многие годы, наблюдая за движением планет, накопил многочисленные данные, но не сумел их обработать. Это сделал его ученик Иоганн Кеплер. Им были открыты три закона движения планет вокруг Солнца. . Но причину, определяющую эти общие для всех планет закономерности, Кеплеру найти не удалось. Существует легенда, что, постоянно думая над этим вопросом и наблюдая за падением яблока с ветки дерева, Ньютон выдвинул гипотезу о том, что движение планет по орбитам вокруг Солнца и падение тел на Землю вызваны одной и той же причиной – тяготением, которое существует между всеми телами. Теперь исследования историков показывают, что такая догадка высказывалась учеными и до Ньютона. Однако именно он из этой гипотезы сделал частный, но очень важный вывод: между центростремительным ускорением Луны и ускорением свободного падения на Земле должна существовать связь. Эту связь нужно было установить численно и проверить. Именно этим соображения Ньютона отличались от догадок других ученых, например от догадок Гука, который тоже считал, что между телами действуют силы тяготения.
Исаак Ньютон открыл этот закон в возрасте 23 лет, но целые 9 лет не публиковал его, так как имевшиеся тогда неверные данные о расстоянии между Землей и Луной не подтверждали его идею. Лишь в 1667 году, после уточнения этого расстояния, закон всемирного тяготения был наконец-то отдан в печать.
Гипотеза Ньютона: «Причина, вызывающая падения камня Землю, движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца, одна и та же».
Ньютон предположил, что ряд явлений, казалось бы, имеющих ничего общего (падение тел на Землю, обращение планет вокруг Солнца, движение Луны вокруг Земли, приливы и отливы вызваны одной причиной. Окинув единым мысленным взором «земное» и «небесное», Ньютон предположил, что существует единый закон всемирного тяготения, которому подвластны все тела во Вселенной — от яблок до планет!
В 1667 г. Ньютон высказал предположение, что между всеми телами действуют силы взаимного притяжения, которые он назвал силами всемирного тяготения.
Исаак Ньютон был первым учёным, который сначала высказал гипотезу, объясняющую эти явления, а потом её научно доказал. Он предположил, что между любыми телами существуют силы тяготения, и даже рассчитал центростремительные ускорение планет.
Но самое главное, что в 1687 г. Ньютон установил один из фундаментальных законов механики, получивший название закона всемирного тяготения:
«Два любых тела притягиваются друг к другу с силой, модуль которой прямо пропорционален произведению их масс и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними:
,
где m1 и m2 — массы взаимодействующих тел, r — расстояние между телами, G — коэффициент пропорциональности, одинаковый для всех тел в природе и называемый постоянной всемирного тяготения, или гравитационной постоянной».
Гравитационное взаимодействие — это взаимодействие , свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу
Гравитационное поле — особый вид материи, осуществляющий гравитационное взаимодействие.
Следует обратить внимание на то, что сформулированный закон всемирного тяготения справедлив лишь для материальных точек. Ньютон также доказал, что закон справедлив для шаров, плотность которых распределена симметрично относительно их центров. В этом случае R — это расстояние между центрами шаров.
Закон всемирного тяготения справедлив для точечных, а также сферически симметричных тел. Приближенно он выполняется для любых тел, если расстояние между ними значительно больше их размеров.
В настоящее время механизм гравитационного взаимодействия представляется следующим образом. Каждое тело массой М создает вокруг себя поле, которое называют гравитационным. Если в некоторую точку этого поля поместить пробное тело массой т, то гравитационное поле действует на данное тело с силой F, зависящей от свойств поля в этой точке и от величины массы пробного тела.
Английский физик Генри Кавендиш в 1798 г. определил, насколько велика сила притяжения между двумя объектами. В результате была достаточно точно определена гравитационная постоянная, что позволило Кавендишу впервые определить массу Земли.
Оказалось, что G это универсальная константа, названная гравитационной постоянной. Значение этой величины получилось очень маленьким, и измерить его удалось только благодаря большой чувствительности крутильных весов.
G — гравитационная постоянная, она численно равна силе гравитационного притяжения двух тел, массой по 1 кг, находящихся расстоянии 1 м одно от другого.
G =6,67 — 1011 Н*м2/кг2
Сила взаимного притяжения тел всегда направлена вдоль прямой, соединяющей эти тела.
Одним из ярких примеров триумфа закона всемирного тяготения является открытие планеты Нептун.
Закон всемирного тяготения имеет определенные границы применимости. Он применим для: материальных точек; тел, имеющих форму шара; шара большого радиуса, взаимодействующего с телами, размеры которых много меньше размеров шара.
Закон неприменим, например, для взаимодействия бесконечного стержня и шара.
Сила тяготения очень мала и становится заметной только тогда, когда хотя бы одно из взаимодействующих тел имеет очень большую массу (планета, звезда).
Приближенно он выполняется для любых тел, если расстояние между ними значительно больше их размеров. Одним из проявлений закона всемирного тяготения является сила тяжести. Сила тяжести направлена к центру Земли и на поверхности Земли равна F = mg.
Сила тяжести — это сила притяжения тел к Земле (к планете).
— из закона Всемирного тяготения. (где M — масса планеты, m — масса тела, R — расстояние до центра планеты).
— сила тяжести из второго закона Ньютона (где m — масса тела, g — ускорение силы тяжести).
— ускорение силы тяжести не зависит от массы тела (опыты Галилея).
Если обозначить R0 радиус планеты, а h — расстояние до тела от поверхности планеты, то:
Ускорение силы тяжести зависит:
Массы планеты.
Радиуса планеты.
От высоты над поверхностью планеты.
От географической широты (на полюсах — 9,83 м/с2. на экваторе — 9,79 м/с2.
От залежей полезных ископаемых.
Закон справедлив для:
Однородных шаров.
Для материальных точек.
Для концентрических тел.
Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах.
Применение:
Закономерности движения планет и их спутников. Уточнены законы Кеплера.
Космонавтика. Расчет движения спутников.
Внимание!:
Закон не объясняет причин тяготения, а только устанавливает количественные закономерности.
В случае взаимодействия трех и более тел задачу о движении тел нельзя решить в общем виде. Требуется учитывать «возмущения», вызванные другими телами (открытие Нептуна Адамсом и Леверье в 1846 г. и Плутона в 1930).
В случае тел произвольной формы требуется суммировать взаимодействия между малыми частями каждого тела.
ІV Закрепление изученного материала.
Все тела притягиваются друг к другу, но почему закон всемирного тяготения не проявляется постоянно вокруг нас в обычной обстановке? Почему мы не видим, как притягиваются друг к другу столы, арбузы, люди? (Потому что сила притяжения для небольших предметов очень мала.)
1) Изменяется ли масса тела при изменении высоты поднятия тела над Землей?
2) Найдите силу гравитационного взаимодействия Земли и Луны, если масса Земли=5,98*1024кг, Луны -7,35*1022кг и среднее расстояние между ними 3,84*108м.
3) Во сколько раз сила притяжения тела к Земле больше на поверхности Земли, чем на высоте трех земных радиусов над поверхностью?
4) На каком расстоянии сила притяжения между телами массой по 1000кг каждое будет равна 6,67* 109Н?
V Рефлексия:
Выясняем, что нового узнали, насколько это необходимо, важно, где применяется. Пытаемся для себя объяснить с каким настроением, эмоциями покидаем урок.
Всемирного тяготения закон — Справочник химика 21
Ньютона закон гравитации) всемирного тяготения закон [c.376]Воздействие Луны на Землю более сильнее по сравнению с воздействием Солнца и отчетливо прослеживается на состоянии и свойствах твердого, жидкого и газообразного веществ, на поведении различных биологических видов. Приливообразующая сила Луны в 2.2 раза больше, чем Солнца, несмотря на его огромную массу, поскольку значение ее обратно пропорционально кубу расстояния между взаимодействующими телами (а не квадрату, как в законе всемирного тяготения) [47]. [c.50]
Межмолекулярные силы. Как и всюду в природе, между молекулами действуют силы тяготения, прямо пропорциональные произведению масс взаимодействующих тел и обратно пропорциональные квадрату расстояния между их центрами (закон всемирного тяготения). Однако из-за ничтожности масс отдельных молекул силы эти настолько малы, что практически ими можно пренебречь. Между тем уже из наличия твердого и жидкого агрегатных состояний веществ вытекает, что взаимное притяжение молекул несомненно существует. [c.101]
Можно было бы продолжить перечисление плодотворного влияния периодического закона на развитие различных отраслей науки. Однако это потребовало бы специальных знаний учащихся. Сказанного должно быть достаточно, чтобы рассматривать периодический закон как один из фундаментальных законов Природы. По своему значению он может быть сравним с законом всемирного тяготения Ньютона, теорией эволюции Дарвина или принципом относительности Эйнштейна. [c.86]
Законы всемирного тяготения [c.496]
Научный закон представляет собой обобщение, которое предполагается справедливым в отношении какого-либо явления природы. Это по существу описание происходящего в действительности, а не требование, чтобы то или иное обстоятельство имело или не имело места. Например, закон всемирного тяготения описывает наблюдаемое в природе явление гравитационного притяжения между любыми двумя телами. Научные законы нередко указывают путь к новым фактам. Например,, периодический закон оказы- [c.14]
Когда Ньютоном были открыты законы всемирного тяготения, сам Ньютон и ряд исследователей приложили эти законы к теории растворов. Ньютон в своих работах в 1704 году писал следующее Не обладают ли маленькие частицы тел некоторой силой, благодаря которой они взаимодействуют на расстоянии, чтобы воспроизвести большую часть явлений природы .. Не происходит ли растворение солей винной кислоты благодаря сродству их частиц к частицам воды, которые носятся в воздухе в виде паров Не указывает ли это-на то, что частицы соли или серной кислоты отделяются друг от друга, насколько это позволяет количество воды И не указывает ли этот опыт на то, что они обладают отталкивающей силой, удаляющей одну частицу от другой, или, по крайней мере, на то, что сила притяжения воды больше силы их взаимного притяжения Это был в сущности правильный научный подход к пониманию растворов, гениальное понимание природы растворов. Ньютон не уточнял вопрос о природе сил взаимного притяжения в растворах. Он считал, что тела могут действовать друг на друга при помощи притяжения, тяготения, магнетизма и электричества. [c.10]
Атомы всех элементов весомы, но каждый химический элемент имеет как бы свою весовую единицу измерения. Только в отношении сил всемирного тяготения и законов макроскопической механики массы всех элементов могут быть измерены одной и той Же единицей — граммом. В химических взаимодействиях элементы ведут себя настолько специфично, что требуют каждый своей особой, несоизмеримой с другими, единицы массы. [c.129]
Хотя между частицами каждого золя и действует взаимное притяжение по закону всемирного тяготения, но возникающие таким путем силы очень малы. Несравненно большее значение для возможности стяжения частиц друг с другом имеет взаимодействие их поверхностных слоев (ср. рис. 99). Однако заметно сказаться оно может только при столь тесном соприкосновении, которое возникает вследствие столкновения беспорядочно движущихся частиц золя. [c.312]
Уже на примере влияния периодического закона на развитие теории строения атома отчетливо видно, что его значение выходит далеко за пределы химии. Ядерная периодичность является второй иллюстрацией этого тезиса. Несомненно, периодический закон является общим и фундаментальным законом природы. Это понимал и Д. И. Менделеев, который писал Сущность понятий, вызывающих периодический закон, кроется в общем физико-механическом начале соответствия, превращаемости и эквивалентности сил природы . Поэтому можно с полным правом утверждать, что периодический закон Д. И. Менделеева наряду с законом всемирного тяготения и законами термодинамики является одним из наиболее фундаментальных законов природы. [c.73]
Однако для взаимодействия несоприкасающихся тел, в частности, для гравитационного, масса оказывается не только мерой инертности, но и мерой гравитационных свойств материи. Действительно, для земных условий закон всемирного тяготения, неоднократно подтвержденный для объектов околоземного пространства, имеет вид [c.5]
В такой формулировке закон оказывается справедливым для тел, размеры которых достаточно малы по сравнению с расстоянием между ними. Согласно представлениям классической физики, гравитационное взаимодействие передается на любое расстояние мгновенно и без участия промежуточной среды. Являясь вполне приемлемым в большинстве практических случаев, закон всемирного тяготения оказывается все-таки приближенным. Например, смещение перигелия Меркурия — поворот большой оси на 43″ за столетие — не может быть объяснено этим законом. [c.5]
Принимая для простоты, что Земля обладает сферической симметрией (по форме и плотности), можно представить гравитационную силу в соответствии с законом всемирного тяготения [c.7]
Весом тела называют силу, с которой оно давит на опору под действием притяжения Земли. Вес, таким образом, является частным видом силы, он вызван гравитационным притяжением тела к Земле. Применяя закон всемирного тяготения к условиям Земли, вес тела выразится формулой [c.302]
Вернемся к планетарной модели атома. Напомним, что разноименные электрические заряды притягиваются с силой, прямо пропорциональной величинам их зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния (закон Кулона). Следовательно, движение электрона вокруг положительно заряженного ядра сходно с движением планет вокруг Солнца, так как сила всемирного тяготения также обратно пропорциональна квадрату расстояния. Замкнутой траекторией движения в обоих случаях будет эллипс или окружность. Однако между движением электрона и планеты существует принципиальная разница. [c.237]
Постулирование, а не объяснение стабильности определенных орбит не только не является недостатком теории, но представляет собой наиболее фундаментальную идею Бора — открытие, отражающее объективные закономерности природы микрочастиц. В несколько более общей форме (дискретность энергетического спектра связанных состояний) открытие Бора заложено и в уравнение Шрёдиигера и в коммутационные соотношения Гейзенберга современная квантовая (волновая) механика строится на этом открытии, а не объясняет его. Точно так же классическая небесная механика построена на основе закона всемирного тяготения Ньютона, не претендуя на объяснение этого закона. Отказ от первоначальной математической формулировки квантовых постулатов (теория Бора) исторически был связан с отсутствием согласия между теорией и эксп иментом для микрообъектов, отличающихся от водородоподобных систем. Сейчас известно, что теория Бора соответствует квазиклассическому приближению квантовой механики, условия применимости которого не выполняются для электронов в атомах и молекулах. — Прим. ред. [c.12]
То же, собственно, можно сказать и о коллоидной системе. Нет никакого сомнения, что коллоидные частицы, как и все тела, подчиняются закону всемирного тяготения и в силу тяжести должны были бы выпадать на дно. Но в результате особого взаимодействия со средой, возникающего при образовании коллоидов, создаются устойчивые коллоидные системы, в которых коллоидные частицы не выявляют тенденции к оседанию. Уже одна эта устойчивость качественно отличает коллоиды от грубых взвесей. [c.230]
Основываясь на известных наблюдениях Тихо де Браге, Иоганн Кеплер обнаружил, что планета Марс движется по эллипсу, причем Солнце находится в одном из его фокусов. Кеплер нашел также просто формулируемые закономерности движения Марса по эллиптической орбите. Эти эмпирические закономерности носят название законов Кеплера. Именно эта титаническая работа двух астрономов позволила Ньютону сделать два замечательные открытия обнаружить силы всемирного тяготения и установить связь между ускорением материальной точки и действуюш ей на нее силой. [c.84]
Он сравнил полученные результаты с экспериментальными данными и после уточнения массы Земли пришел к следуюш,ему выводу закон всемирного тяготения и исходное предположение о том, что ускорение пропорционально массе, справедливы. [c.85]
Хочется подчеркнуть, что до появления общей теории относительности не были известны какие-либо экспериментальные факты, не укладывавшиеся в классическую теорию тяготения. Стимулом, который побуждал Эйнштейна к созданию новой теории, являлась внутренняя неудовлетворенность, ощущение того, что релятивистские представления должны быть основой последовательной, логически непротиворечивой картины любых физических явлений в Мире. Закон всемирного тяготения, несомненно, противоречил этим представлениям. В Мире, в котором действуют релятивистские законы, нет места силе, зависящей от расстояния между предметами. Ведь существование подобной силы означало бы, что сигнал из одной точки пространства может достигнуть другой, удаленной от нее точки мгновенно, вопреки тому, что предельная скорость распространения сигнала равна скорости света. Таким образом, общая теория относительности по существу есть релятивистская теория гравитации. Решение, казалось бы, конкретной задачи привело к фундаментальным изменениям наших представлений о пространстве-времени. [c.199]
Формула не содержит массы тела. Значит, мы доказали, что ускорение силы тяжести не зависит от массы тела т Не совсем. Естественен вопрос Почему инертная масса (входяш ая в произведение массы на ускорение) и масса, которая входит в закон всемирного тяготения, то есть в выражение для силы притяжения, тождественны [c.202]
Конечно, есть возможность уйти от ответа, сказав, что закон всемирного тяготения — первичный закон он не нуждается в выводе он утверждает, что сила притяжения пропорциональна произведению масс — тех самых, которые определяют инерцию тела. Это опасный путь, ведуш,ий к застою. [c.202]
Закон всемирного тяготения, открытый в конце XVIII в. Ньютоном, по форме аналогичен закону электростатического взаимодействия электрически заряженных тел (закон Кулона). Первый закон выражается формулой [c.289]
Еще Б IV столетии до Рождества Христова Платон установил, что могут существовать пять и только пять правильных многогранников тетраэдр, к , октаэдр, додекаэдр и икосаэдр. Восхищенный уникальной геометрией этих тел, он связал четыре из них с главными философскими началами материи, образующими Мир Огнем (тетраэдр). Землей (куб), Воздухом (октаэдр) к Водой (икосаэдр). Во времена Средневековья и Ренессанса геометрическое совершенство и красота Платоновых тел волновала умы философов и ученых. В эти столетия Совершенство и Гармония представлялись важнейшими мотивами, характерными для сотворенной Богом Вселенной. Поэтому значительные усилия бьыи приложены к тому, чтобы обнаружить Элементы Совершенства в Природе и найти способы связать Совершенство тех или иных конкретных явлений с Законами Вселенной как целого (примерно так же, как для современного физика-теоретика идеальной целью является свести основные параметры Мира к трем мировым константам скорости света, константе Планка и гравитационной постоянной). Естественно для мышления того времени самому существованию Платоновых многогранников ( совершенных тел ) придавали некий мистический и многозначительный смысл. Не приходится удивляться в этом историческом контексте, что такой выдающийся астроном, как Иоганн Кеплер (1571-1630), серьезно пытался построить орбиты пяти известных в его время планет на основе геометрии пяти Платоновых тел, прежде чем пришел к трем фундаментальнътм законам небесной механики (законам Кеплера, послужившим с свою очередь Ньютону основой для формулировки закона всемирного тяготения). [c.370]
П1.1.2. Взаимодействие электрических зарядов. Количественную связь взаимодействия двух точечных зарядов экспериментально установил Ш. Кулон в 1785 г. Он пришел к выводу, что сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними . Направление силы из соображений симметрии принимают вдоль прямой, соединяющей точечные заряды. В настоящее время принято, что закон Кулона справедлив для расстояний от 10 до нескольких космических километров. Придав несколько другую форму закону Кулона, его используют в атомной физике потенциальная энергия Р заряда gi отлична от нуля и равна g g i/r, если в начале координат имеется заряд gi, то при г->-оо от заряда g потенциальная энергия Р->-0. Знак потенциальной энергии будет определять, имеем мы дело с притяжением (Я0). Если теперь сравнивать отношение силы F-, отталкивания двух микрочастиц (например, двух протонов) по закону Кулона к силе притяжения по закону всемирного тяготения fpp, то получим отношение сил равным FJFrp i4-lO , т. е. электрические силы больше гравитационных в 4-10 раз. (Масса протона взята равной 1,65-10 г, а постоянная закона всемирного тяготения 6,7-10 см -г -с ). [c.44]
Знание общего (закона), его связи с единичным открывает возможность для научного предвидения. Оно является необходимым условием для целеустремленного исследования, успешного развития науки. Блестящий пример этому — открытие Леверье, который, опираясь иа закон всемирного тяготения, предсказал существование неизвестной до этого планеты Нептун. Максвелл, исходя из учения об электромагнитном поле и закона индукции, предсказал существование электромагнитных волн. А. М. Бутлеров предсказал число изомеров многих органических соединений на основании закона химического строения вещества. [c.252]
Закон всемирного тяготения. Две материальные точки с массами mi и тг притягиваются друг к другу с силой F F=Gm ni2lR, где G — гравитационная постоянная, равная 6,67 10 » Нм /кг R — расстояние между точками. [c.244]
Кавендиш ( avendish) Генри (1731—1810) — английский физик ц химик. Исследовал свойства многих газов, получил водород и углекислый газ, определил состав воздуха и химический состав воды. При помощи крутильных весов подтвердил закон всемирного тяготения, определил гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли. Провел много экспериментов по Исследованию электричества и теплоты 56, 57 и сл.. [c.282]
Теория строения атома Бора исходит из устойчивости атома и в этом отношении резко отличается от планетарной модели Розерфорда. Атом, по теории Бора, состоит из ядра и вращающихся вокруг него по круговым и эллиптическим орбитам электронов. Взаимодействие положительного ядра и отрицательно заряженных электронов обусловлено силами Кулона, в отличие от сил всемирного тяготения, действующих в планетарной системе. В то время как в последней по закону Ньютона орбита той или иной планеты может иметь любое значение своего радиуса, при движении электрона вокруг ядра возможны не любые, но всегда определенные, дискретные орбиты. Они, так сказать, заранее заданы (см. схематический рис. 9), и если затратить определенную работу для выведения электрона из его орбиты, он перескочит на более удаленную орбиту, имеющуюся в атоме, но никогда не будет вращаться на какой-то промежуточной орбите. [c.45]
Почему Ломоносов так и не стал русским Ньютоном / Наука / Независимая газета
В отечественной историографии противопоставление имен двух великих ученых всегда было актуально
|
Ломоносов неоднократно оспаривал теории Ньютона. Неизвестный художник. Портрет Михаила Ломоносова. середина XVIII в. Иллюстрация из книги «Новое о Ломоносове», 2011 |
Рано утром 10 января завиделся английский берег. А на следующий день несколько яхт с русской делегацией стали на якорь на р. Темзе, несколько ниже лондонского Тауэра, у доков Святой Екатерины. Судя по всему, господин десятник не очень-то «шифровался». По крайней мере его инкогнито достаточно быстро было раскрыто. Австрийский резидент в Лондоне Гофман отмечал в своем донесении в Вену: «При осмотре города он обыкновенно ходит пешком, а когда устает, садится в извощичью карету. Раз он побывал в опере и сажал свою свиту перед собой. Но как он ни старался не быть узнанным, его легко узнать по постоянным конвульсиям в руке и ноге и особенно в глазах. Сильный холод, который держит лед на Темзе, мешает ему отправиться в Чатам осматривать большие военные корабли, что только и доставляет ему удовольствие». Но австрийский резидент ошибался.
В походном «Юрнале» русского посольства – запись от 9 марта: «Ездил десятник верхами к астрономику». Речь идет о посещении Петром Гринвичской обсерватории, основанной в 1674 году. Ее директором был тогда Джон Флемстид, первый Королевский астроном.
Пожалуй, с этого момента и начинается интрига многовековой истории научных коммуникаций двух держав – знакомство России с трудами Исаака Ньютона. Российская наука без Ньютона уже не мыслила себя. Хотя зачастую и спорила с ним отчаянно.
Ломоносов – Анти-Ньютон
«Уже на первом заседании Академии с возражениями против доклада Я. Германа выступил Г.-Б. Бильфингер (1693–1750), ученик немецкого философа и ученого Х.Х. Вольфа (1679–1754). Как и Вольф, Бильфингер принадлежал к лагерю противников Ньютона. Эта борьба продолжилась и в последующие годы, когда в работах Академии приняли участие ее питомцы. В частности, в выступлениях Ломоносова, как устных, так и письменных, в его научных трактатах и личной переписке неоднократно оспаривался ряд положений, выдвинутых Ньютоном», – отмечал советский историк науки Моисей Радовский (1903–1964).
Ничего удивительного, ведь Михаил Васильевич Ломоносов также был учеником немецкого философа и ученого-энциклопедиста Христиана фон Вольфа (1679–1754). По преданию, М.В. Ломоносов, просмотрев «Математические начала натуральной философии» Ньютона, отложил эту книгу со словами: «Премудрость сия великая есть». Доктор физико-математических наук Юрий Нечипоренко отмечает в связи с этим: «В том, что Ломоносов не освоил подхода Ньютона и Лейбница в науке, заключалась одна из причин его драмы как ученого: многие явления он понимал верно, описывал точно, но не мог облечь эти описания в формулы».
Действительно, с математической подготовкой у Ломоносова не все обстояло блестяще. Заложено это отставание было еще в юности, когда «19 лет от роду холмогорский рыбак засел за школьную науку в Московской славяно-греко-латинской академии… Пытался он изучить также и математику с физикою, для чего отправился даже в Киев, в тамошнюю духовную академию, но не получил там надлежащего научения в этих науках «и больше упражнялся в чтении древних летописцев и других книг, написанных на славянском, греческом и латинском языках», – подчеркивал профессор Московского университета М.К. Любавский, один из авторов сборника «Празднование двухсотлетней годовщины рождения М.В. Ломоносова Императорским Московским Университетом» (М., 1912).
Кстати, в 1736 году в Марбургском университете, куда Ломоносова отправили для получения общего физико-математического образования, Михаил Васильевич становится одним из любимых учеников того самого Христиана Вольфа. Немаловажная деталь: Марбургский университет был первым протестантским университетом в Германии. Три года, проведенные в нем, были чрезвычайно важны для становления Ломоносова как ученого, для формирования его мировоззрения.
И это именно Вольф был советчиком и агентом Петра I при учреждении Российской академии наук. На всю жизнь Ломоносов сохранит признательность своему учителю Вольфу. Так, в письме к Леонарду Эйлеру Ломоносов признается, что им двигало нежелание «опечалить горечью духа старость мужу, благодеяния которого по отношению ко мне я не могу забыть». Ломоносов прибавляет, что иначе он «не побоялся бы раздражить по всей Германии шершней-монадистов».
И тем не менее Ломоносов относился к Ньютону именно как к научному оппоненту. А это подразумевает, несомненно, и уважение к нему. Некоторые исследователи подчеркивали и еще одну черту, сближающую выдающихся английского и русского ученых. «Как религиозный мыслитель Ломоносов был, можно сказать, деистом типа Ньютона», – отмечал в 1912 году председатель Общества любителей российской словесности П.Н. Сакулин.
Как бы там ни было, М.В. Ломоносов пытался честно и глубоко разобраться в учении Ньютона. Для этого ему необходим был первоисточник. И 23 июля 1743 года Михаил Васильевич делает запрос в канцелярию Академии наук: «Потребно мне нижайшему для упражнения и дальнейшего происхождения в науках математических Невтонова Физика («Математические начала натуральной философии». – А.В.) и универсальная Арифметика, которые обе книги находятся в книжной академической лавке». Академическая канцелярия просьбу Ломоносова удовлетворила: «Оные книги для показанных в том его доношении резонов выдать ему, Ломоносову, на счет его заслуженного жалования сего 1743 года».
Результатом этого изучения стал незаконченный трактат Ломоносова «Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств» (1743–1744). Пожалуй, главное, в чем полностью солидарен Ломоносов с Ньютоном, – методологический принцип:
«22. Одни и те же эффекты происходят от одних и тех же причин.
23. Так, одинаковы причины дыхания человека и животного, падение камней в Европе и Америке, света в кухонном огне и в солнце, отражения света на Земле и планетах, говорит достославный Ньютон.
44. Здесь мы не оспариваем мнения мужей, имеющих большие заслуги в науках, которые принимают кажущуюся силу притяжения как явление, объясняющее другие явления; в этом им можно уступить по тому же основанию, по какому астрономы предполагают суточное движение звезд вокруг Земли для определения их кульминаций, восхождений и т.д. Знаменитый Ньютон, установивший законы притяжений, вовсе не предполагал чистого притяжения. «Я приступаю, – говорит он, – к изложению движения тел, взаимно притягивающихся, рассматривая центростремительные силы как притяжения, хотя, может быть, если говорить с точки зрения физики, правильнее было бы их назвать толканиями». И в другом месте: «Я пользуюсь здесь вообще словом «притяжение» для какого бы то ни было стремления тел взаимно сблизиться, происходит ли это стремление вследствие действия тел, взаимно притягивающихся, или от действия эфира или воздуха» и т.д.».
«Сами свой разум употребляйте… »
В советской историографии тема «Ломоносов и Ньютон» всегда была актуальна. Пика обсуждения она достигла в конце 1940-х – начале 1950-х, в период идеологической кампании борьбы с космополитизмом. Характерна в этом отношении статья довольно известного советского историка физики Павла Степановича Кудрявцева «Ломоносов и Ньютон». С этим докладом П.С. Кудрявцев выступил на Всесоюзном совещании по истории естествознания в Москве 12–16 мая 1953 года. (В виде статьи это выступление опубликовано в 1955 году.)
Главная задача, которую поставил себе Кудрявцев в этой работе, – доказать, что Ломоносов «шел дальше Ньютона в конкретном развитии монистического материалистического взгляда на мир». Чувствуется, что П.С. Кудрявцев едва сдерживается, чтобы не назвать Ломоносова приверженцем «исторического материализма» и «марксистом-ленинцем». Но к диалектическим материалистам Кудрявцев все же Ломоносова причисляет («Это краеугольный камень научного материалистического мировоззрения, и в этом пункте Ломоносов полностью солидаризируется с Ньютоном»).
|
Тень великого Ньютона витает над всей русской наукой. Джеймс Торнхилл. Портрет сэра Исаака Ньютона. 1709–1712. Вулстхорп Мэйнор, Линкольншир |
И все же Ломоносов, конечно, у Кудрявцева является более прогрессивным и прозорливым, чем Ньютон: «Стремясь последовательно провести в естествознании идеи монистического материализма, Ломоносов решительно выступил против идеалистической концепции первого толчка, против первичности дальнодействующего тяготения. Именно в борьбе с этими реакционными взглядами Ломоносов выдвинул и развил свой великий закон сохранения материи и движения. Занимаясь настойчиво и упорно проблемой тяготения теоретически и экспериментально, Ломоносов подходил к мысли о связи электрических, световых, магнитных и гравитационных процессов посредством универсальной среды – эфира, являясь в этом отношении прямым предшественником Фарадея и последующих попыток создания единой теории поля. В связи с этим в оптике Ломоносов активно выступает против корпускулярной ньютонианской теории истечения, а в работах по атмосферному электричеству – против теории Ньютона о происхождении кометных хвостов. В противовес флюидным теориям электричества (сторонником которой был Ньютон – А.В.) Ломоносов размышляет об эфирной теории электричества. И эти идеи Ломоносова, несомненно, связаны с его борьбой против ньютонианства. Ломоносов усматривал в концепции флюидов, получивших в его время широкое распространение, рецидив перипатетической философии, обязанный своим возникновением ньютонианцам. Он последовательно боролся с этой концепцией во всех областях науки, противопоставляя им монистическое материалистическое воззрение на мир, находящее свое выражение в атомной теории вещества и эфирной теории света, электричества, тяготения. Показательны в этом отношении его «127 заметок к теории электричества и света» (написанные на латыни. – А.В.).
«Если нельзя создавать никаких теорий, то какова цель стольких опытов, стольких усилий и трудов великих людей?» – спрашивает в восьмой заметке Ломоносов эмпириков, наводнявших своими слепыми экспериментами науку об электричестве. Вместо расчленения мира непроницаемыми перегородками на флюиды, Ломоносов выдвигает идею связи и единства
Поразителен и грандиозен замысел Ломоносова! В его программе, над выполнением которой он напряженно и упорно работал, предвосхищены основные направления, по которым развивались физика и химия вплоть до нашего времени. Ломоносов охватил необъятную область физических и химических явлений. Механические, электрические, магнитные и химические взаимодействия тел, тепло, свет, тяготение – все это должно найти свое объяснение без помощи таинственных флюидов, без божественного толчка, без непонятного тяготения через пустоту. И опять при обдумывании этой грандиозной программы перед его взором встает тень великого Ньютона, чьим авторитетом прикрывались реакционеры в науке. Тогда, прерывая латинскую запись, Ломоносов твердо и решительно пишет по-русски: «Сами свой разум употребляйте. Меня за Аристотеля, Картезия, Невтона не почитайте. Ежели вы мне их имя дадите, то знайте, что вы холопи; а моя слава падет и с вашею».
Однако Павел Степанович Кудрявцев, говоря о «непонятном тяготении через пустоту», явно несправедлив к Ньютону. Англичанин и сам предвидел сомнения в реальности (вернее – в возможности наглядно продемонстрировать) притяжения между двумя земными телами: «Непостижимо, чтобы неодушевленная грубая материя могла без посредства чего-либо нематериального действовать и влиять на другую материю без взаимного соприкосновения, как это должно бы происходить, если бы тяготение в смысле Эпикура было существенным и врожденным в материи… Тяготение должно вызываться агентом, постоянно действующим по определенным законам. Является ли, однако, этот агент материальным или нематериальным, решать это я предоставил моим читателям».
Отсюда и его поразительное нежелание в течение более 20 лет публиковать свои «Математические начала натуральной философии»; отсюда же – апокриф с яблоком, упавшим рядом с Ньютоном, что и дало толчок к открытию им закона всемирного тяготения.
Впрочем, в инвективах П.С. Кудрявцева помимо жесткого, сугубо идеологического контекста можно разглядеть и некий метафизический подтекст.
Кому не писан закон всемирного тяготения
В России всегда стремились открывать системы. Ни больше ни меньше. Это пусть Запад бьется над законами: частными, фундаментальными – какими угодно. И все это – из-за иррациональной, казалось бы, полумистической уверенности русского человека в том, что закон всего лишь частность (часть) какого-то всеобъемлющего целого. Если же скрупулезно выполнять законы, то и не жить, потому как все это суть частности. В России вожделеют некий Всеобщий Закон, Систему. Для русского даже закон всемирного тяготения – частность. (Это-то и пытается доказать П.С. Кудрявцев на примере Ломоносова.)
Россиянина Ломоносова, как это трактует Кудрявцев, такая перспектива устроить не может. Российский гений не согласен на частности – его может устроить только абсолютное и всеобъемлющее целое (единая теория поля прозревалась российским ученым М.В. Ломоносовым еще в середине XVIII века).
Выдающийся русский математик и механик, основатель русской математической школы, академик Михаил Васильевич Остроградский (выходит, что – тезка Ломоносова), еще молодым, 29-летним человеком, в академическом рапорте от 1830 года так характеризует состояние современной ему физики и формулирует свои цели: «Преемники Ньютона развили в самых мелких подробностях великий закон всемирного тяготения и сумели подвергнуть математическому анализу многие важные и трудные вопросы общей физики и физики невесомых веществ. Совокупность их трудов о системе мира составляет бессмертный труд о небесной механике, в котором астрономы еще долго будут черпать элементы своих таблиц; но физико-математические теории не объединены еще в одно целое, они рассеяны во множестве собраний академических мемуаров, они исследуются при помощи различных методов, весьма часто смутных и неполных; есть такие теории, уже сложившиеся и, однако, нигде не опубликованные. Я ставлю своей целью объединить все эти теории, разработать их однородным методом и указать важнейшие их приложения.
Я уже собрал необходимые материалы по движению и равновесию упругих тел, по распространению тепла внутри твердых тел, в частности внутри земного шара. Но эти теории составляют лишь необходимую часть всего труда, который должен заключить также распространение электричества и магнетизма в телах, электродинамические явления, движение и равновесие жидкостей и теорию вероятностей».
Вот она – системостремительность русского ума, явленная в чистом виде!
gaz.wiki — gaz.wiki
- Main page
Languages
- Deutsch
- Français
- Nederlands
- Русский
- Italiano
- Español
- Polski
- Português
- Norsk
- Suomen kieli
- Magyar
- Čeština
- Türkçe
- Dansk
- Română
- Svenska
История открытия закона всемирного тяготения
Не смотря на то, что гравитация — это слабейшее взаимодействие между объектами во Вселенной, ее значение в физике и астрономии огромно, так как она способна оказывать влияние на физические объекты на любом расстоянии в космосе.
Если вы увлекаетесь астрономией, вы наверняка задумывались над вопросом, что собой представляет такое понятие, как гравитация или закон всемирного тяготения. Гравитация — это универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми объектами во Вселенной.
Открытие закона гравитации приписывают знаменитому английскому физику Исааку Ньютону. Наверное, многим из вас известна история с яблоком, упавшим на голову знаменитому ученому. Тем не менее, если заглянуть вглубь истории, можно увидеть, что о наличии гравитации задумывались еще задолго до его эпохи философы и ученые древности, например, Эпикур. Тем не менее, именно Ньютон впервые описал гравитационное взаимодействие между физическими телами в рамках классической механики. Его теорию развил другой знаменитый ученый — Альберт Эйнштейн, который в своей общей теории относительности более точно описал влияние гравитации в космосе, а также ее роль в пространственно-временном континууме.
Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что сила гравитационного притяжения между двумя точками массы, разделенными расстоянием обратно пропорциональна квадрату расстояния и прямо пропорциональна обеим массам. Сила гравитации является дальнодействующей. То есть, в независимости от того, как будет двигаться тело, обладающее массой, в классической механике его гравитационный потенциал будет зависеть сугубо от положения этого объекта в данный момент времени. Чем больше масса объекта, тем больше его гравитационное поле — тем более мощной гравитационной силой он обладает. Такие космически объекты, как галактики, звезды и планеты обладают наибольшей силой притяжения и соответственно достаточно сильными гравитационными полями.
Гравитационные поля
Гравитационное поле Земли
Гравитационное поле — это расстояние, в пределах которого осуществляется гравитационное взаимодействие между объектами во Вселенной. Чем больше масса объекта, тем сильнее его гравитационное поле — тем ощутимее его воздействие на другие физические тела в пределах определенного пространства. Гравитационное поле объекта потенциально. Суть предыдущего утверждения заключается в том, что если ввести потенциальную энергию притяжения между двумя телами, то она не изменится после перемещения последних по замкнутому контуру. Отсюда выплывает еще один знаменитый закон сохранения суммы потенциальной и кинетической энергии в замкнутом контуре.
В материальном мире гравитационное поле имеет огромное значения. Им обладают все материальные объекты во Вселенной, у которых есть масса. Гравитационное поле способно влиять не только на материю, но и на энергию. Именно за счет влияния гравитационных полей таких крупных космических объектов, как черные дыры, квазары и сверхмассивные звезды, образуются солнечные системы, галактики и другие астрономические скопления, которым свойственна логическая структура.
Последние научные данные показывают, что знаменитый эффект расширения Вселенной так же основан на законах гравитационного взаимодействия. В частности расширению Вселенной способствуют мощные гравитационные поля, как небольших, так и самых крупных ее объектов.
Гравитационное излучение в двойной системе
Гравитационное излучение или гравитационная волна — термин, впервые введенный в физику и космологии известным ученым Альбертом Эйнштейном. Гравитационное излучение в теории гравитации порождается движением материальных объектов с переменным ускорением. Во время ускорения объекта гравитационная волна как бы «отрывается» от него, что приводит к колебаниям гравитационного поля в окружающем пространстве. Это и называют эффектом гравитационной волны.
Хотя гравитационные волны предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, а также другими теориями гравитации, они еще ни разу не были обнаружены напрямую. Связано это в первую очередь с их чрезвычайной малостью. Однако в астрономии существуют косвенные свидетельства, способные подтвердить данный эффект. Так, эффект гравитационной волны можно наблюдать на примере сближения двойных звезд. Наблюдения подтверждают, что темпы сближения двойных звезд в некоторой степени зависят от потери энергии этих космических объектов, которая предположительно затрачивается на гравитационное излучение. Достоверно подтвердить эту гипотезу ученые смогут в ближайшее время при помощи нового поколения телескопов Advanced LIGO и VIRGO.
В современной физике существует два понятия механики: классическая и квантовая. Квантовая механика была выведена относительно недавно и принципиально отличается от механики классической. В квантовой механике у объектов (квантов) нет определенных положений и скоростей, все здесь базируется на вероятности. То есть, объект может занимать определенное место в пространстве в определенный момент времени. Куда переместиться он дальше, достоверно определить нельзя, а только с высокой долей вероятности.
Интересный эффект гравитации заключается в том, что она способна искривлять пространственно-временной континуум. Теория Эйнштейна гласит, что в пространстве вокруг сгустка энергии или любого материального вещества пространство-время искривляется. Соответственно меняется траектория частиц, которые попадают под воздействие гравитационного поля этого вещества, что позволяет с высокой долей вероятности предсказать траекторию их движения.
Теории гравитации
Сегодня ученым известно свыше десятка различных теорий гравитации. Их подразделяют на классические и альтернативные теории. Наиболее известными представителем первых является классическая теория гравитации Исаака Ньютона, которая была придумана известным британским физиком еще в 1666 году. Суть ее заключается в том, что массивное тело в механике порождает вокруг себя гравитационное поле, которое притягивает к себе менее крупные объекты. В свою очередь последние также обладают гравитационным полем, как и любые другие материальные объекты во Вселенной.
Следующая популярная теория гравитации была придумана всемирно известным германским ученым Альбертом Эйнштейном в начале XX века. Эйнштейну удалось более точно описать гравитацию, как явление, а также объяснить ее действие не только в классической механике, но и в квантовом мире. Его общая теория относительности описывает способность такой силы, как гравитация, влиять на пространственно-временной континуум, а также на траекторию движения элементарных частиц в пространстве.
Среди альтернативных теорий гравитации наибольшего внимания, пожалуй, заслуживает релятивистская теория, которая была придумана нашим соотечественником, знаменитым физиком А.А. Логуновым. В отличие от Эйнштейна, Логунов утверждал, что гравитация — это не геометрическое, а реальное, достаточно сильное физическое силовое поле. Среди альтернативных теорий гравитации известны также скалярная, биметрическая, квазилинейная и другие.
- Людям, побывавшим в космосе и возвратившимся на Землю, достаточно трудно на первых порах привыкнуть к силе гравитационного воздействия нашей планеты. Иногда на это уходит несколько недель.
- Доказано, что человеческое тело в состоянии невесомости может терять до 1% массы костного мозга в месяц.
- Наименьшей силой притяжения в Солнечной системе среди планет обладает Марс, а наибольшей — Юпитер.
- Известные бактерии сальмонеллы, которые являются причиной кишечных заболеваний, в состоянии невесомости ведут себя активнее и способны причинить человеческому организму намного больший вред.
- Среди всех известных астрономических объектов во Вселенной наибольшей силой гравитации обладают черные дыры. Черная дыра размером с мячик для гольфа, может обладать той же гравитационной силой, что и вся наша планета.
- Сила гравитации на Земле одинакова не во всех уголках нашей планеты. К примеру, в области Гудзонова залива в Канаде она ниже, чем в других регионах земного шара.
Здесь, на Земле, мы воспринимаем силу тяжести как нечто само собой разумеющееся — , например, разработал теорию всемирного тяготения благодаря упавшему с дерева яблоку. Но гравитация, которая притягивает объекты друг к другу пропорционально их массе, — это уже нечто большее, чем упавший плод. Перед вами — несколько фактов об этой силе.
1. Всё — в вашей голове
Гравитация на Земле может быть силой довольно постоянной, но наше восприятие порой говорит нам, что это не так. В исследовании 2011-го года говорится, что люди лучше судят о том, как объекты падают на землю, когда сидят вертикально, а не когда, например, лежат на боку.
Это означает, что наше восприятие гравитации меньше основано на визуальных сигналах о направлении силы тяжести и больше зависит от ориентации тела в пространстве. Полученные результаты могут привести к новой стратегии и помочь астронавтам иметь дело с микрогравитацией в космосе.
2. Возвращаться на Землю трудно
Опыт астронавтов показывает, что переход к условиям невесомости и обратно может быть тяжёлым для тела, поскольку при отсутствии гравитации мышцы атрофируются, а кости теряют костную массу. По данным НАСА, астронавты могут потерять до 1% костной массы за месяц в космосе.
Когда астронавты возвращаются на Землю, их телам и мозгу требуется некоторое время для восстановления. Кровяное давление, в космосе распределяющееся равномерно по всему телу, должно снова адаптироваться к земным условиям, в которых сердце должно работать так, чтобы обеспечить приток крови к мозгу.
Иногда для этого астронавтам приходится прилагать значительные усилия: в 2006-м году астронавт Хайдемари Стефанишин-Пайпер упала прямо во время приветственной церемонии на следующий день после возвращения с МКС.
Психологическая адаптация может быть не менее сложной. В 1973-м году астронавт Джек Лоузма с космического корабля «Скайлэб-2» рассказал, что случайно разбил бутылку лосьона после бритья во время первых дней на Земле после месячного пребывания в космосе — он просто отпустил бутылку, забыв, что она упадёт и разобьётся, а не начнёт плавать в пространстве.
3. Для потери веса используйте Плутон
Плутон — не просто планета, это ещё и хороший способ похудеть: человек, вес которого на земле составляет 68 кг, на карликовой планете будет весить не больше 4,5 кг. Противоположный эффект возникнет на Юпитере — там тот же человек будет весить 160,5 кг.
Планета, которую человечество, скорее всего, в ближайшее время посетит, Марс, тоже порадует исследователей ощущением лёгкости: гравитация Марса составляет всего 38% от земной, а это означает, что наш человек весом 68 кг там «похудеет» до 26-ти кг.
4. Гравитация неодинакова даже на Земле
Даже на Земле гравитация не всегда одинакова, поскольку наша планета на самом деле не является идеальной сферой, то и масса её распределена неравномерно, а неравномерная масса означает неравномерную силу тяжести.
Одна из таинственных гравитационных аномалий наблюдается в районе Гудзонова залива в Канаде. Эта область имеет более низкую плотность по сравнению с другими регионами планеты, а исследование 2007-го года показало, что причина тому — в постепенном таянии ледников.
Лёд, который покрывал эту область во время последнего ледникового периода, уже давно растаял, но Земля не полностью восстановилась после этого. Так как сила тяжести на площади пропорциональна массе на поверхности этого региона, то лёд в своё время «подвинул» часть массы Земли. Незначительная деформация земной коры наряду с движением магмы в мантии Земли также объясняет снижение гравитации.
5. Без гравитации некоторые бактерии стали бы смертоноснее
Сальмонеллы — бактерии, обычно становящиеся причиной пищевых отравлений — в условиях микрогравитации становятся в три раза опаснее. Отсутствие гравитации по каким-то причинам изменило активность, по меньшей мере, 167-ми генов сальмонеллы и 73-х их белков. Мыши, которых намеренно кормили в невесомости заражённой сальмонеллой пищей, заболели намного быстрее, хотя бактерий поглотили меньше по сравнению с условиями на Земле.
6. Чёрные дыры в центрах галактик
Названные так потому, что ничто, даже свет, не может избежать попадания в их гравитационное поле, чёрные дыры являются едва ли не самыми разрушительными объектами во Вселенной. В центре нашей галактики находится массивная черная дыра с массой в три млн солнц, однако, согласно теории учёного из Китайского университета Тацуя Инуи, эта чёрная дыра не представляет для нас опасности — она находится слишком далеко и по сравнению с другими чёрными дырами наша Стрелец-А сравнительно небольшая.
Но иногда она устраивает шоу: в 2008-м году Земли достигла вспышка энергии, излучённой около 300-т лет назад, а несколько тыс лет назад небольшое количество вещества (сопоставимое по массе с Меркурием) упало в чёрную дыру, что повлекло за собой другую вспышку.
Все мы проходили закон всемирного тяготения в школе. Но что мы на самом деле знаем о гравитации, помимо информации, вложенной в наши головы школьными учителями? Давайте обновим наши познания…
Факт первый: Ньютон не открывал закона всемирного тяготения
Всем известна знаменитая притча о яблоке, которое упало на голову Ньютону. Но дело в том, что Ньютон не открывал закона всемирного тяготения, так как этот закон просто напросто отсутствует в его книге «Математические начала натуральной философии». В этом труде нет ни формулы, ни формулировки, в чём каждый желающий может убедиться сам. Более того, первое упоминание о гравитационной постоянной появляется только в 19-м веке и соответственно, формула, не могла появиться раньше. К слову сказать, коэффициент G, уменьшающий результат вычислений в 600 миллиардов раз не имеет никакого физического смысла, и введён для сокрытия противоречий.Факт второй: фальсификая эксперимента гравитационного притяжения
Считается, что Кавендиш первый продемонстрировал гравитационное притяжение у лабораторных болваночек, использовав крутильные весы — горизонтальное коромысло с грузиками на концах, подвешенных на тонкой струне. Коромысло могло поворачиваться на тонкой проволоке. Согласно официальной версии, Кавендиш приблизил к грузикам коромысла пару болванок по 158 кг с противоположных сторон и коромысло повернулось на небольшой угол. Однако методика опыта была некорректной и результаты были сфальсифицированы, что убедительно доказано физиком Андреем Альбертовичем Гришаевым. Кавендиш долго переделывал и настраивал установку, чтобы результаты подходили под высказанную Ньютоном среднюю плотность земли . Методика самого опыта предусматривала движение болванок несколько раз, а причиной поворота коромысла служили микровибрации от движения болванок, которые передавались на подвес.Это подтверждается тем, что такая простейшая установка 18 века в учебных целях должна была бы стоять если не в каждой школе, то хотя бы на физических факультетах ВУЗОВ, чтобы на практике показывать студентам результат действия закона Всемирного тяготения. Однако установка Кавендиша не используется в учебных программах, и школьники, и студенты верят на слово, что две болванки притягивают друг друга.
Факт третий: Закон всемирного тяготения не работает во время солнечного затмения
Если подставить в формулу закона всемирного тяготения справочные данные по земле, луне и солнцу, то в момент, когда Луна пролетает между Землёй и Солнцем, например, в момент солнечного затмения, сила притяжения между Солнцем и Луной более чем в 2 раза выше, чем между Землёй и Луной!Согласно формуле Луна должна была бы уйти с орбиты земли и начать вращаться вокруг солнца.
Гравитационная постоянная — 6,6725×10−11 м³/(кг·с²).
Масса Луны — 7,3477×1022 кг.
Масса Солнца — 1,9891×1030 кг.
Масса Земли — 5,9737×1024 кг.
Расстояние между Землёй и Луной = 380 000 000 м.
Расстояние между Луной и Солнцем = 149 000 000 000 м.
Земля и Луна:
6,6725×10-11 х 7,3477×1022 х 5,9737×1024 / 3800000002 = 2,028×1020 H
Луна и Солнце:
6,6725×10-11 х 7,3477·1022 х 1,9891·1030 / 1490000000002 = 4,39×1020 H
2,028×1020 H Сила притяжения между Землёй и Луной
Эти вычисления можно критиковать тем, что луна — искусственное полое тело и справочная плотность этого небесного тела скорее всего определена не правильно.
Действительно, экспериментальные свидетельства говорят о том, что Луна представляет из себя не сплошное тело, а тонкостенную оболочку. Авторитетный журнал Сайенс описывает результаты работы сейсмодатчиков после удара о поверхность Луны третьей ступени ракеты, разгонявшей корабль «Аполлон-13»: «сейсмозвон детектировался в течение более четырёх часов. На Земле, при ударе ракеты на эквивалентном удалении, сигнал длился бы всего несколько минут».
Сейсмические колебания, которые затухают так медленно, типичны для полого резонатора, а не для сплошного тела.
Но Луна помимо прочего не проявляет своих притягивающих свойств по отношению к Земле — пара Земля-Луна движется не вокруг общего центра масс, как это было бы по закону всемирного тяготения, и эллипсоидная орбита Земли вопреки этому закону не становится зигзагообразной.
Более того, параметры орбиты самой Луны не остаются постоянными, орбита по научной терминологии «эволюционирует», причём делает это вопреки закону всемирного тяготения.
Факт четвёртый: абсурдность теории приливов и отливов
Как же так, возразят некоторые, ведь даже школьники знают про океанские приливы на Земле, которые происходят из-за притяжения воды к Солнцу и Луне.По теории тяготение Луны формирует приливной эллипсоид в океане, с двумя приливными горбами, которые из-за суточного вращения перемещаются по поверхности Земли.
Однако практика показывает абсурдность этих теорий. Ведь согласно ним приливный горб высотой 1 метр за 6 часов должен через пролив Дрейка переместиться из Тихого океана в Атлантический. Поскольку вода несжимаема, то масса воды подняла бы уровень на высоту около 10 метров, чего не происходит на практике. На практике приливные явления происходят автономно в областях 1000-2000 км.
Ещё Лапласа изумлял парадокс: почему в морских портах Франции полная вода наступает последовательно, хотя по концепции приливного эллипсоида она должна наступать там одновременно.
Факт пятый: теория тяготения масс не работает
Принцип измерений гравитации прост — гравиметры измеряют вертикальные компоненты, а отклонение отвеса показывает горизонтальные компоненты.Первая попытка проверки теории тяготения масс была предпринята англичанами в середине 18 века на берегу Индийского океана, где, с одной стороны находится высочайшая в мире каменная гряда Гималаев, а с другой — чаша океана, заполненная куда менее массивной водой. Но, увы, отвес в сторону Гималаев не отклоняется! Более того, сверхчувствительные приборы — гравиметры — не обнаруживают разницы в тяжести пробного тела на одинаковой высоте как над массивными горами, так и над менее плотными морями километровой глубины.
Чтобы спасти прижившуюся теорию, учёные придумали для неё подпорку: мол причиной тому «изостазия» — под морями располагаются более плотные породы, а под горами — рыхлые, причём плотность их точь-в-точь такая, чтоб подогнать всё под нужное значение.
Также опытным путём было установлено, что гравиметры в глубоких шахтах показывают, сила тяжести, не уменьшающуюся с глубиной. Она продолжает расти, будучи зависимой только от квадрата расстояния до центра земли.
Факт шестой: тяготение порождается не веществом и не массой
Согласно формуле закона всемирного тяготения, Два массы, м1 и м2, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстояниями между ними, якобы притягиваются друг к другу силой, прямо пропорциональной произведению этим масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Однако, фактически, неизвестно ни одного доказательства того, что вещество обладает гравитационным притягивающим действием. Практика показывает, что тяготение порождается не веществом и не массами, оно независимо от них и массивные тела лишь подчиняются тяготению.Независимость тяготения от вещества подтверждается тем, что за редчайшим исключением, у малых тел солнечной системы гравитационная притягивающая способность отсутствует полностью . За исключением Луны у более чем шести десятков спутников планет признаков собственного тяготения не наблюдается. Это доказано как косвенными, так и прямыми измерениями, например, с 2004 года зонд Кассени в окрестностях Сатурна время от времени пролетает рядом с его спутниками, однако изменений скорости зонда не зафиксировано. С помощью того же Кассени был обнаружен гейзер на Энцеладе — шестом по размеру спутник Сатурна.
Какие физические процессы должны происходить на космическом куске льда, чтобы струи пара улетали в космос?
По той же причине у Титана, крупнейшего спутника Сатурна, наблюдается газовых хвост как следствие стока атмосферы.
Не найдено предсказанных теорией спутников у астероидов, несмотря на их огромное количество. А во всех сообщениях о двойных, или парных астероидах, которые якобы вращаются вокруг общего центра масс, свидетельств об обращении этих пар не было. Компаньоны случайно оказывались рядом, двигаясь по квазисинхронным орбитам вокруг солнца.
Предпринятые попытки вывести на орбиту астероидов искусственные спутники окончились крахом. В качестве примеров можно привести зонд NEAR, который подгоняли к астероиду Эрос американцы, или зонд ХАЯБУСА, который японцы отправили к астероиду Итокава.
Факт седьмой: астероиды Сатурна не подчиняются закону всемирного тяготения
В своё время Лагранж, пытаясь решить задачу трёх тел, получил устойчивое решения для частного случая. Он показал, что третье тело может двигаться по орбите второго, всё время находясь в одной из двух точек, одна из которых опережает второе тело на 60°, а вторая на столько же отстаёт.Однако две группы компаньонов-астероидов, найденные позади и впереди на орбите Сатурна, и которые астрономы на радостях назвали Троянцами, вышли из прогнозируемых областей, и подтверждение закона всемирного тяготения обернулось проколом.
Факт восьмой: противоречие с общей теорией относительности
По современным представлениям скорость света конечна, в результате удалённые объекты мы видим не там, где они расположены в данный момент, а в той точке, откуда стартовал увиденный нами луч света. Но с какой скоростью распространяется тяготение?Проанализировав данные, накопленные ещё к тому времени, Лаплас установил, что «гравитация» распространяется быстрее света, как минимум, на семь порядков! Современные измерения по приёму импульсов пульсаров отодвинули скорость распространения гравитации ещё дальше — как минимум, на 10 порядков быстрей скорости света. Таким образом, экспериментальные исследования входят в противоречие с общей теорией относительности, на которую до сих пор опирается официальная наука, несмотря на её полную несостоятельность .
Факт девятый: аномалии гравитации
Существуют природные аномалии гравитации, которые также не находят никакого внятного объяснения у официальной науки. Вот несколько примеров:Факт десятый: исследования вибрационной природы антигравитации
Существует большое количество альтернативных исследований с впечатляющими результатами в области антигравитации, которые в корне опровергают теоретические выкладки официальной науки.Некоторые исследователи анализируют вибрационную природу антигравитации. Этот эффект наглядно представлен в современном опыте, где капли за счёт акустической левитации висят в воздухе. Здесь мы видим, как с помощью звука определённой частоты удаётся уверенно удерживать капли жидкости в воздухе…
А вот эффект на первый взгляд объясняется принципом гироскопа, однако даже такой простой опыт по большей части противоречит гравитации в её современном понимании.
Мало кто знает, что Виктор Степанович Гребенников, сибирский энтомолог, занимавшийся изучением эффекта полостных структур у насекомых, в книге «Мой мир» описывал явления антигравитации у насекомых. Учёным давно известно, что, массивные насекомые, например майский жук, летают скорее вопреки законам гравитации, а не благодаря им.
Более того, на основе своих исследований Гребенников создал антигравитационную платформу.
Виктор Степанович умер при довольно странных обстоятельствах и его наработки частично были утеряны, однако некоторая часть прототипа анти-гравитационной платформы сохранилась и её можно увидеть в музее Гребенникова в Новосибирске .
Ещё одно практическое применение антигравитации можно наблюдать в городе Хоумстед во Флориде, где находится странная структура из коралловых монолитных глыб, которую в народе прозвали Коралловым замком. Он построен выходцем из Латвии — Эдвардом Лидскалнином в первой половине 20го века. У этого мужчины худощавого телосложения не было никаких инструментов, не было даже машины и вообще никакой техники.
Он совсем не использовался электричеством, также по причине его отсутствия, и тем не менее каким-то образом спускался к океану, где вытесывал многотонные каменные блоки и как-то доставлял их на свой участок, выкладывая с идеальной точностью.
После смерти Эда ученые принялись тщательно изучать его творение. Ради эксперимента был пригнан мощнейший бульдозер, и предпринята попытка сдвинуть с места одну из 30-тонных глыб кораллового замка. Бульдозер ревел, буксовал, но так и не сдвинул огромный камень.
Внутри замка был найден странный прибор, который ученые назвали генератором постоянного тока. Это была массивная конструкция с множеством металлических деталей. По внешней стороне устройства были встроены 240 постоянных полосовых магнитов. Но как на самом деле Эдвард Лидскалнин заставлял двигаться многотонные блоки, до сих пор остаётся загадкой .
Известны исследования Джона Сёрла, в руках которого оживали, вращались и вырабатывали энергию необычные генераторы; диски диаметром от полуметра до 10 метров поднимались в воздух и совершали управляемые полеты из Лондона в Корнуолл и обратно.
Эксперименты профессора повторили в России, США и на Тайване. В России, например, в 1999 году под № 99122275/09 была зарегистрирована заявка на патент «устройства для выработки механической энергии». Владимир Витальевич Рощин и Сергей Михайлович Годин, по сути, воспроизвели SEG (Searl Effect Generator — генератор на Сёрл-эффекте) и провели ряд исследований с ним. Итогом стала констатация: можно получить без затрат 7 КВт электроэнергии; вращающийся генератор терял в весе до 40%.
Оборудование первой лаборатории Сёрла было вывезено в неизвестном направлении, пока сам он был в тюрьме. Установка Година и Рощина просто пропала; все публикации о ней, за исключением заявки на изобретение, исчезли .
Известен также Эффект Хатчисона, названный в честь канадского инженера-изобретателя. Эффект проявляется в левитации тяжелых объектов, сплаве разнородных материалов (например металл+дерево), аномальном разогревании металлов при отсутствии вблизи них горящих веществ. Вот видеозапись этих эффектов:
Чем бы не была гравитация на самом деле, следует признать, что официальная наука совершенно не способна внятно объяснить природу этого явления
.
Ярослав Яргин
Все мы проходили закон всемирного тяготения в школе. Но что мы на самом деле знаем о гравитации, помимо информации, вложенной в наши головы школьными учителями? Давайте обновим наши познания…
Факт первыйВсем известна знаменитая притча о яблоке, которое упало на голову Ньютону. Но дело в том, что Ньютон не открывал закона всемирного тяготения, так как этот закон просто напросто отсутствует в его книге «Математические начала натуральной философии». В этом труде нет ни формулы, ни формулировки, в чём каждый желающий может убедиться сам. Более того, первое упоминание о гравитационной постоянной появляется только в 19-м веке и соответственно, формула, не могла появиться раньше. К слову сказать, коэффициент G, уменьшающий результат вычислений в 600 миллиардов раз не имеет никакого физического смысла, и введён для сокрытия противоречий.
Факт второйСчитается, что Кавендиш первый продемонстрировал гравитационное притяжение у лабораторных болваночек, использовав крутильные весы — горизонтальное коромысло с грузиками на концах, подвешенных на тонкой струне. Коромысло могло поворачиваться на тонкой проволоке. Согласно официальной версии, Кавендиш приблизил к грузикам коромысла пару болванок по 158 кг с противоположных сторон и коромысло повернулось на небольшой угол. Однако методика опыта была некорректной и результаты были сфальсифицированы, что убедительно доказано физиком Андреем Альбертовичем Гришаевым. Кавендиш долго переделывал и настраивал установку, чтобы результаты подходили под высказанную Ньютоном среднюю плотность земли. Методика самого опыта предусматривала движение болванок несколько раз, а причиной поворота коромысла служили микровибрации от движения болванок, которые передавались на подвес.
Это подтверждается тем, что такая простейшая установка 17 века в учебных целях должна была бы стоять если не в каждой школе, то хотя бы на физических факультетах ВУЗОВ, чтобы на практике показывать студентам результат действия закона Всемирного тяготения. Однако установка Кавендиша не используется в учебных программах, и школьники, и студенты верят на слово, что две болванки притягивают друг друга.
Факт третийЕсли подставить в формулу закона всемирного тяготения справочные данные по Земле, Луне и Солнцу, то в момент, когда Луна пролетает между Землёй и Солнцем, например, в момент солнечного затмения, сила притяжения между Солнцем и Луной более чем в 2 раза выше, чем между Землёй и Луной!
Согласно формуле Луна должна была бы уйти с орбиты земли и начать вращаться вокруг Солнца.20 H
Сила притяжения между Землёй и Луной
Эти вычисления можно критиковать тем, что луна — искусственное полое тело и справочная плотность этого небесного тела скорее всего определена не правильно.
Действительно, экспериментальные свидетельства говорят о том, что Луна представляет из себя не сплошное тело, а тонкостенную оболочку. Авторитетный журнал Сайенс описывает результаты работы сейсмодатчиков после удара о поверхность Луны третьей ступени ракеты, разгонявшей корабль «Аполлон-13»: «сейсмозвон детектировался в течение более четырёх часов. На Земле, при ударе ракеты на эквивалентном удалении, сигнал длился бы всего несколько минут».
Сейсмические колебания, которые затухают так медленно, типичны для полого резонатора, а не для сплошного тела.
Но Луна помимо прочего не проявляет своих притягивающих свойств по отношению к Земле — пара Земля-Луна движется не вокруг общего центра масс , как это было бы по закону всемирного тяготения, и эллипсоидная орбита Земли вопреки этому закону не становится зигзагообразной.
Более того, параметры орбиты самой Луны не остаются постоянными, орбита по научной терминологии «эволюционирует», причём делает это вопреки закону всемирного тяготения.
Факт четвёртыйКак же так, возразят некоторые, ведь даже школьники знают про океанские приливы на Земле, которые происходят из-за притяжения воды к Солнцу и Луне.
По теории тяготение Луны формирует приливной эллипсоид в океане, с двумя приливными горбами, которые из-за суточного вращения перемещаются по поверхности Земли.
Однако практика показывает абсурдность этих теорий. Ведь согласно ним приливный горб высотой 1 метр за 6 часов должен через пролив Дрейка переместиться из Тихого океана в Атлантический. Поскольку вода несжимаема, то масса воды подняла бы уровень на высоту около 10 метров, чего не происходит на практике. На практике приливные явления происходят автономно в областях 1000-2000 км.
Ещё Лапласа изумлял парадокс: почему в морских портах Франции полная вода наступает последовательно, хотя по концепции приливного эллипсоида она должна наступать там одновременно.
Факт пятыйПринцип измерений гравитации прост — гравиметры измеряют вертикальные компоненты, а отклонение отвеса показывает горизонтальные компоненты.
Первая попытка проверки теории тяготения масс была предпринята англичанами в середине 18 века на берегу Индийского океана, где, с одной стороны находится высочайшая в мире каменная гряда Гималаев, а с другой – чаша океана, заполненная куда менее массивной водой. Но, увы, отвес в сторону Гималаев не отклоняется! Более того, сверхчувствительные приборы – гравиметры – не обнаруживают разницы в тяжести пробного тела на одинаковой высоте как над массивными горами, так и над менее плотными морями километровой глубины.
Чтобы спасти прижившуюся теорию, учёные придумали для неё подпорку: мол причиной тому «изостазия» – под морями располагаются более плотные породы, а под горами – рыхлые, причём плотность их точь-в-точь такая, чтоб подогнать всё под нужное значение.
Также опытным путём было установлено, что гравиметры в глубоких шахтах показывают, сила тяжести, не уменьшающуюся с глубиной. Она продолжает расти, будучи зависимой только от квадрата расстояния до центра земли.
Факт шестойСогласно формуле закона всемирного тяготения, две массы, м1 и м2, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстояниями между ними, якобы притягиваются друг к другу силой, прямо пропорциональной произведению этим масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Однако, фактически, неизвестно ни одного доказательства того, что вещество обладает гравитационным притягивающим действием. Практика показывает, что тяготение порождается не веществом и не массами, оно независимо от них и массивные тела лишь подчиняются тяготению.
Независимость тяготения от вещества подтверждается тем, что за редчайшим исключением, у малых тел солнечной системы гравитационная притягивающая способность отсутствует полностью. За исключением Луны и Титана у более чем шести десятков спутников планет признаков собственного тяготения не наблюдается. Это доказано как косвенными, так и прямыми измерениями, например, с 2004 года зонд Кассени в окрестностях Сатурна время от времени пролетает рядом с его спутниками, однако изменений скорости зонда не зафиксировано. С помощью того же Кассени был обнаружен гейзер на Энцеладе — шестом по размеру спутник Сатурна.
Какие физические процессы должны происходить на космическом куске льда, чтобы струи пара улетали в космос?
По той же причине у Титана, крупнейшего спутника Сатурна, наблюдается газовых хвост как следствие стока атмосферы.
Не найдено предсказанных теорией спутников у астероидов, несмотря на их огромное количество. А во всех сообщениях о двойных, или парных астероидах, которые якобы вращаются вокруг общего центра масс, свидетельств об обращении этих пар не было. Компаньоны случайно оказывались рядом, двигаясь по квазисинхронным орбитам вокруг солнца.
Предпринятые попытки вывести на орбиту астероидов искусственные спутники окончились крахом. В качестве примеров можно привести зонд NEAR, который подгоняли к астероиду Эрос американцы, или зонд ХАЯБУСА, который японцы отправили к астероиду Итокава.
Факт седьмойВ своё время Лагранж, пытаясь решить задачу трёх тел, получил устойчивое решения для частного случая. Он показал, что третье тело может двигаться по орбите второго, всё время находясь в одной из двух точек, одна из которых опережает второе тело на 60°, а вторая на столько же отстаёт.
Однако две группы компаньонов-астероидов, найденные позади и впереди на орбите Сатурна, и которые астрономы на радостях назвали Троянцами, вышли из прогнозируемых областей, и подтверждение закона всемирного тяготения обернулось проколом.
Факт восьмойПо современным представлениям скорость света конечна, в результате удалённые объекты мы видим не там, где они расположены в данный момент, а в той точке, откуда стартовал увиденный нами луч света. Но с какой скоростью распространяется тяготение? Проанализировав данные, накопленные ещё к тому времени, Лаплас установил, что «гравитация» распространяется быстрее света, как минимум, на семь порядков! Современные измерения по приёму импульсов пульсаров отодвинули скорость распространения гравитации ещё дальше – как минимум, на 10 порядков быстрей скорости света. Таким образом, эксперементальные исследования входят в противоречине с общей теорией относительности, на которую до сих пор опирается официальная наука, несмотря на её полную несостоятельность.
Факт девятыйСуществуют природные аномалии гравитации, которые также не находят никакого внятного объяснения у официальной науки. Вот несколько примеров:
Факт десятыйСуществует большое количество альтернативных исследований с впечатляющими результатами в области антигравитации, которые в корне опровергают теоретические выкладки официальной науки.
Некоторые исследователи анализируют вибрационную природу антигравитации. Этот эффект наглядно представлен в современном опыте, где капли за счёт акустической левитации висят в воздухе. Здесь мы видим, как с помощью звука определённой частоты удаётся уверенно удерживать капли жидкости в воздухе…
А вот эффект на первый взгляд объясняется принципом гироскопа, однако даже такой простой опыт по большей части противоречит гравитации в её современном понимании.
Мало кто знает, что Виктор Степанович Гребенников , сибирский энтомолог, занимавшийся изучением эффекта полостных структур у насекомых, в книге «Мой мир» описывал явления антигравитации у насекомых. Учёным давно известно, что, массивные насекомые, например майский жук, летают скорее вопреки законам гравитации, а не благодаря им.
Более того, на основе своих исследований Гребенников создал антигравитационную платформу .
Виктор Степанович умер при довольно странных обстоятельствах и его наработки частично были утеряны, однако некоторая часть прототипа анти-гравитационной платформы сохранилась и её можно увидеть в музее Гребенникова в Новосибирске.
Ещё одно практическое применение антигравитации можно наблюдать в городе Хоумстед во Флориде, где находится странная структура из коралловых монолитных глыб, которую в народе прозвали Коралловым замком . Он построен выходцем из Латвии — Эдвардом Лидскалнином в первой половине 20го века. У этого мужчины худощавого телосложения не было никаких инструментов, не было даже машины и вообще никакой техники.
Он совсем не использовался электричеством, также по причине его отсутствия, и тем не менее каким-то образом спускался к океану, где вытесывал многотонные каменные блоки и как-то доставлял их на свой участок. выкладывая с идеальной точностью
После смерти Эда ученые принялись тщательно изучать его творение. Ради эксперимента был пригнан мощнейший бульдозер, и предпринята попытка сдвинуть с места одну из 30-тонных глыб кораллового замка. Бульдозер ревел, буксовал, но так и не сдвинул огромный камень.
Внутри замка был найден странный прибор, который ученые назвали генератором постоянного тока. Это была массивная конструкция с множеством металлических деталей. По внешней стороне устройства были встроены 240 постоянных полосовых магнитов. Но как на самом деле Эдвард Лидскалнин заставлял двигаться многотонные блоки, до сих пор остаётся загадкой.
Известны исследования Джона Сёрла, в руках которого оживали, вращались и вырабатывали энергию необычные генераторы; диски диаметром от полуметра до 10 метров поднимались в воздух и совершали управляемые полеты из Лондона в Корнуолл и обратно.
Эксперименты профессора повторили в России, США и на Тайване. В России, например, в 1999 году под № 99122275/09 была зарегистрирована заявка на патент «устройства для выработки механической энергии». Владимир Витальевич Рощин и Сергей Михайлович Годин, по сути, воспроизвели SEG (Searl Effect Generator — генератор на Сёрл-эффекте) и провели ряд исследований с ним. Итогом стала констатация: можно получить без затрат 7 КВт электроэнергии; вращающийся генератор терял в весе до 40%.
Оборудование первой лаборатории Сёрла было вывезено в неизвестном направлении, пока сам он был в тюрьме. Установка Година и Рощина просто пропала; все публикации о ней, за исключением заявки на изобретение, исчезли.
Известен также Эффект Хатчисона, названный в честь канадского инженера-изобретателя. Эффект проявляется в левитации тяжелых объектов, сплаве разнородных материалов (например металл+дерево), аномальном разогревании металлов при отсутствии вблизи них горящих веществ. Вот видеозапись этих эффектов:
Чем бы не была гравитация на самом деле, следует признать, что официальная наука совершенно не способна внятно объяснить природу этого явления.
Ярослав Яргин
По материалам:
Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения
Закон Всемирного Тяготения – очередной обман
Луна — искусственный спутник земли
Тайна Кораллового замка во Флориде
Антигравитационная платформа Гребенникова
Антигравитация — эффект Хатчисона
Мы, земляне, воспринимаем силу тяжести как нечто само собой разумеющееся. Известно, что Исаак Ньютон разработал теорию всемирного тяготения благодаря тому, что ему на голову упало яблоко с дерева. Но на самом деле земная гравитация – это нечто куда большее, чем плод, упавший с дерева. В нашем обзоре несколько любопытных фактов об этой силе.
Туалетная физика
На Земле люди хотят справить малую нужду, как только их мочевой пузырь заполнится на 1/3 от своего максимального объема. Происходит это из-за действия гравитации на каждого из нас. Именно поэтому космонавты находясь на МКС не испытывают нужды помочиться до тех самых пор, пока их мочевой пузырь не будет переполнен.
Незатейливая колонизация
Гравитация является очень важным вопросом при колонизации других миров. В теории люди могут жить на планетах, сила гравитации которых отличается от Земной не более, чем в три раза. В противном случае будет нарушена подача крови в головной мозг.
Высота гор
В теории, гравитация определяет максимальную высоту формирующихся на планете возвышенностей. Так для Земли (опять-таки в теории) горы не могут превышать высоты в 15 километров.
Лунная физика
Во время исторической миссии «Аполлон», высадившиеся на поверхность Луны астронавты проверили там действие теории Галилея об ускорении свободного падения. Оказалось, что на луне предметы вне зависимости от их массы падают быстрее, чем на Земле. Причина тому заключается в отсутствии воздуха и как следствие – сопротивления.
Звезда-неудачник
Многие ученые считают Юпитер несостоявшейся звездой. Планета имеет достаточно сильное гравитационное поле для того, чтобы набрать нужную звезде массу, однако имеет недостаточно сильное поле для того, чтобы начать преобразовываться в еще одно светило.
Телепортация
Если взять и убрать Солце куда-нибудь за одно мгновение, то солнечная система будет еще некоторое время испытывать на себе действие его гравитационного поля. Для Земли, в теории, это «счастье» длилось бы около 8 минут, после чего небесные тела начали бы терять свои орбиты.
Горы на звездах
Если наше Солнце когда-нибудь превратиться в нейтронную звезду, то согласно расчётам ученых, гравитация на нем будет настолько мощной, что высота самой большой горы на его поверхности не смогла бы превысить 5 миллиметров.
Скорбное пение звезд
Действие гравитационного поля небесных тел после их исчезновения вовсе не сухая теория. Наша Солнечная система и наша родная планета постоянно испытывают действие гравитационного поля других звезд. Учитывая скорость распространения поля в пространстве, многие из этих звезд перестали существовать уже очень и очень давно.
Свечи в космосе
Сильная сила | физика | Britannica
Сильная сила , фундаментальное взаимодействие природы, которое действует между субатомными частицами материи. Сильное взаимодействие связывает кварки в кластеры, чтобы образовать более знакомые субатомные частицы, такие как протоны и нейтроны. Он также скрепляет атомное ядро и лежит в основе взаимодействия между всеми частицами, содержащими кварки.
Сильная сила возникает в свойстве, известном как цвет. Это свойство, не имеющее отношения к цвету в визуальном смысле слова, в чем-то аналогично электрическому заряду.Подобно тому, как электрический заряд является источником электромагнетизма или электромагнитной силы, цвет является источником сильной силы. Частицы без цвета, такие как электроны и другие лептоны, не «чувствуют» сильную силу; частицы с цветом, в основном кварки, действительно «чувствуют» сильное взаимодействие. Квантовая хромодинамика, квантовая теория поля, описывающая сильные взаимодействия, получила свое название от этого центрального свойства цвета.
Подробнее по этой теме
субатомная частица: сильная сила
Хотя удачно названное сильное взаимодействие является самым сильным из всех фундаментальных взаимодействий, оно, как и слабое взаимодействие, является короткодействующим и…
Протоны и нейтроны являются примерами барионов, класса частиц, которые содержат три кварка, каждый с одним из трех возможных значений цвета (красный, синий и зеленый). Кварки могут также объединяться с антикварками (их античастицами, имеющими противоположный цвет) с образованием мезонов, таких как пи-мезоны и K-мезоны. У всех барионов и мезонов чистый цвет равен нулю, и кажется, что сильное взаимодействие позволяет существовать только комбинациям с нулевым цветом. Попытки выбить отдельные кварки, например, при столкновении частиц высоких энергий, приводят только к созданию новых «бесцветных» частиц, в основном мезонов.
При сильных взаимодействиях кварки обмениваются глюонами, переносчиками сильного взаимодействия. Глюоны, как и фотоны (частицы-мессенджеры электромагнитной силы), представляют собой безмассовые частицы с целой единицей собственного спина. Однако, в отличие от фотонов, которые не заряжены электрически и поэтому не чувствуют электромагнитной силы, глюоны несут цвет, а это означает, что они действительно ощущают сильную силу и могут взаимодействовать между собой. Одним из результатов этого различия является то, что на небольшом расстоянии (около 10 −15 метров, примерно диаметр протона или нейтрона) сильное взаимодействие, в отличие от других сил, становится сильнее с увеличением расстояния.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчасПо мере того, как расстояние между двумя кварками увеличивается, сила между ними увеличивается, скорее, как напряжение в куске резинки, когда два его конца разводятся. В конце концов резинка сломается, и останется две части. Нечто подобное происходит с кварками, поскольку при достаточной энергии из кластера «вытягивается» не один кварк, а пара кварк-антикварк. Таким образом, кажется, что кварки всегда заперты внутри наблюдаемых мезонов и барионов — явление, известное как конфайнмент.На расстояниях, сопоставимых с диаметром протона, сильное взаимодействие между кварками примерно в 100 раз больше, чем электромагнитное взаимодействие. Однако на меньших расстояниях сильное взаимодействие между кварками ослабевает, и кварки начинают вести себя как независимые частицы — эффект, известный как асимптотическая свобода.
23.1 Четыре фундаментальных силы — Физика
Разделы Цели обучения
По окончании раздела вы сможете сделать следующее:
- Определите, опишите и дифференцируйте четыре основных силы
- Опишите частицы-носители и объясните, как их обмен передает силу
- Объясните, как работают ускорители элементарных частиц, чтобы собрать данные о физике элементарных частиц.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам овладеть следующими стандартами:
- (5) Научные концепции.Студент знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
- (H) описывают доказательства и эффекты сильных и слабых ядерных взаимодействий в природе.
Раздел Основные термины
| несущая частица | встречный пучок | циклотрон | Диаграмма Фейнмана | гравитон |
| физика элементарных частиц | пион | квантовая электродинамика | синхротрон | W − W− бозон |
| W + W + бозон | слабое ядерное взаимодействие | Z0Z0 бозон |
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Перед тем, как приступить к разделу, попросите учащихся составить список различных сил.Кроме того, может быть полезно рассмотреть гравитационные и электрические поля, эксперимент Резерфорда с золотой фольгой, генератор Ван де Граафа, распад частиц и теорему об импульсе-импульсе.
Несмотря на кажущуюся сложность вселенной, остаются всего четыре основных силы. Эти силы ответственны за все взаимодействия, известные науке: от очень маленьких до очень больших и до тех, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Эти силы описывают движение галактик, химические реакции в наших лабораториях, структуру атомных ядер и причину радиоактивного распада.Они описывают истинную причину таких знакомых терминов, как трение и нормальная сила. Эти четыре основные силы известны как фундаментальные, потому что только они отвечают за все наблюдения сил в природе. Четыре фундаментальные силы — это гравитация, электромагнетизм, слабое ядерное взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
- Некоторые студенты могут быть разочарованы мыслью о том, что две из четырех фундаментальных сил почти не обсуждались в курсе.Напомните им, что почти все их ежедневные наблюдения и взаимодействия происходят из-за гравитационных и электромагнитных сил и что эта глава не будет отменой обучения их предыдущим урокам. Обсуждения сильных и слабых ядерных взаимодействий призваны помочь им понять организацию частиц и их распад.
- Перед началом урока попросите учащихся предсказать относительную силу четырех сил, от самой слабой до самой сильной. Ссылайтесь на их рейтинг при представлении раздела.Позже это будет полезным инструментом для обсуждения того, почему слабая сила не самая слабая сила, и это должно дать учащимся большую признательность за открытие науки.
Понимание четырех сил
Гравитационная сила наиболее знакома нам, потому что она описывает очень многие из наших общих наблюдений. Это объясняет, почему упавший мяч падает на землю и почему наша планета вращается вокруг Солнца. Он дает нам свойство веса и во многом определяет движение объектов в нашей повседневной жизни.Поскольку гравитационная сила действует между всеми объектами массы и способна действовать на больших расстояниях, гравитационная сила может использоваться для объяснения большей части того, что мы наблюдаем, и даже может описывать движение объектов в астрономических масштабах! Тем не менее, гравитация невероятно слаба по сравнению с другими фундаментальными силами и является самой слабой из всех фундаментальных сил. Подумайте вот о чем: вся масса Земли нужна, чтобы приставить к земле железный гвоздь. Тем не менее, с помощью простого магнита можно преодолеть силу тяжести, позволяя гвоздю ускоряться вверх в пространстве.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Краткая демонстрация гвоздя-магнита, описанная выше, является мощным способом помочь учащимся осознать слабость гравитации. Затем можно обсудить, почему люди склонны считать гравитацию сильной силой, что произошло бы, если бы существовал заряженный объект размером с Землю и так далее.
Электромагнитная сила отвечает как за электростатические взаимодействия, так и за магнитную силу между стержневыми магнитами.Если сосредоточить внимание на электростатических отношениях между двумя заряженными частицами, электромагнитная сила известна как кулоновская сила. Электромагнитная сила — важная сила в химических и биологических науках, поскольку она отвечает за молекулярные связи, такие как ионные и водородные связи. Кроме того, электромагнитная сила стоит за общими физическими силами трения и нормальной силой. Как и сила тяжести, электромагнитная сила имеет закон обратных квадратов.Однако электромагнитная сила не существует между любыми двумя объектами массы, а только между заряженными.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Найдите минутку, чтобы ознакомиться с концепциями сил и химии. Посмотрите на каждого с точки зрения электромагнитной силы. Рассмотрим такие термины, как нормальная сила, трение, химическая связь, поверхностное натяжение и капиллярное действие. Позвольте учащимся рассмотреть в своих ежедневных наблюдениях повсеместную природу электромагнитной силы.
При рассмотрении структуры атома электромагнитная сила несколько очевидна. В конце концов, электроны удерживаются на месте силой притяжения ядра. Но что заставляет ядро оставаться неповрежденным? В конце концов, если все протоны положительны, имеет смысл, что кулоновская сила между протонами немедленно оттолкнет ядро. Ученые предположили, что внутри ядра должна существовать другая сила, чтобы удерживать его вместе. Далее они предположили, что эта ядерная сила должна быть значительно сильнее гравитации, которая наблюдалась и измерялась на протяжении веков, а также сильнее, чем электромагнитная сила, которая заставляла бы протоны стремиться ускоряться друг от друга.
Сильное ядерное взаимодействие — это сила притяжения, существующая между всеми нуклонами. Эта сила, которая одинаково действует между протон-протонными связями, протон-нейтронными связями и нейтрон-нейтронными связями, является самой сильной из всех сил на коротких дистанциях. Однако на расстоянии 10 –13 см, или диаметре одиночного протона, сила рассеивается до нуля. Если ядро большое (у него много нуклонов), то расстояние между каждым нуклоном может быть намного больше диаметра отдельного протона.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
В настоящее время может быть полезно попросить учащихся составить таблицу, классифицирующую каждую по важным характеристикам: сила притяжения или притяжения / отталкивания, сила силы, диапазон силы и т. Д. Таблица 23.1 поможет в организации, но учащиеся смогут лучше понять материал, если сами создадут таблицу.
[OL] [AL] Чтобы сделать более заметным соотношение силы и расстояния сильной силы, покажите учащимся график ниже.
Обратите внимание, что отталкивание считается сильной положительной силой, а притяжение — сильной отрицательной силой.
[AL] Спросите студентов, какое расстояние совпадает с долиной, представляющей максимальную силу притяжения. Примечание. Это эквивалентно среднему расстоянию между двумя нуклонами.
Слабое ядерное взаимодействие отвечает за бета-распад, как видно из уравнения ZAXN → Z + 1AYN – 1 + e + v.ZAXN → Z + 1AYN – 1 + e + v. Напомним, что бета-распад происходит, когда бета-частица выброшен из атома.Чтобы ускориться от ядра, на частицу должна действовать сила. Энрико Ферми был первым, кто придумал силу такого типа. Хотя эта сила обозначена соответствующим образом, она остается более сильной, чем сила гравитации. Однако его дальность действия даже меньше, чем у сильной силы, как видно из Таблицы 23.1. Слабое ядерное взаимодействие более важно, чем может показаться в настоящее время, что будет рассмотрено при обсуждении кварков.
| Усилие | Приблизительная относительная прочность [1] | Диапазон |
|---|---|---|
| [1] Относительная сила основана на сильной силе, ощущаемой парой протон-протон. | ||
| Плотность | 10−3810−38 | ∞ ∞ |
| Слабая | 10-13 10-13 | <10-18 м <10-18 м |
| Электромагнитный | 10−210−2 | ∞ ∞ |
| Сильный | 1 | <10-15 м <10-15 м |
Таблица 23.1 Относительная сила и диапазон четырех основных сил
Передача четырех основных сил
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Этот подраздел может вызвать беспокойство у учащихся, которые высоко ценят концепцию гравитационного поля.Вы можете заверить этих студентов, что концепция поля все еще используется для объяснения и предсказания явлений.
Подобно тому, как это беспокоило Эйнштейна до формулировки теории гравитационного поля, концепция сил, действующих на расстоянии, сильно беспокоила физиков, работающих с частицами. То есть, как один протон узнает о существовании другого? Кроме того, что заставляет один протон отталкивать второй протон? Или, если на то пошло, что такого в протоне, что заставляет нейтрон притягиваться? Эти загадочные взаимодействия были впервые рассмотрены Хидеки Юкавой в 1935 году и заложили основу для большей части того, что мы теперь понимаем о физике элементарных частиц.
Хидеки Юкава сосредоточил внимание на мощном ядерном взаимодействии и, в частности, на его невероятно малой дальности действия. Его идея представляла собой смесь частиц, теории относительности и квантовой механики, которая была применима ко всем четырем силам. Юкава предположил, что ядерная сила фактически передается посредством обмена частицами, называемыми частицами-носителями, и что то, что мы обычно называем силовым полем, состоит из этих частиц-носителей. Специально для сильного ядерного взаимодействия Юкава предположил, что ранее неизвестная частица, называемая пионом, обменивается между нуклонами, передавая силу между ними.На рис. 23.3 показано, как пион переносит силу между протоном и нейтроном.
Рис. 23.3. Сильное ядерное взаимодействие передается между протоном и нейтроном в результате образования пиона и обмена им. Пион, созданный из-за временного нарушения закона сохранения массы-энергии, перемещается от протона к нейтрону и снова захватывается. Это не наблюдается напрямую и называется виртуальной частицей. Обратите внимание, что протон и нейтрон меняют идентичность в процессе. Диапазон силы ограничен тем фактом, что пион может существовать только короткое время, допускаемое принципом неопределенности Гейзенберга.Юкава использовал конечный диапазон сильного ядерного взаимодействия, чтобы оценить массу пиона; чем короче диапазон, тем больше масса частицы-носителя.
В сильном взаимодействии Юкавы предполагается, что частица-носитель передается со скоростью света и непрерывно перемещается между двумя показанными нуклонами. Частица, предсказанная Юкавой, была наконец открыта в космических лучах в 1947 году. Ее имя, пион, означает пи-мезон, где мезон означает со средней массой ; это средняя масса, потому что она меньше нуклона, но больше электрона.Юкава запустил поле, которое теперь называется квантовой хромодинамикой, а частицы-носители теперь называются глюонами из-за их сильной связывающей способности. Причина изменения имени частицы будет объяснена позже в этом разделе при обсуждении кварков.
Как вы можете предположить, сильное взаимодействие — не единственное взаимодействие с частицей-носителем. Ядерный распад из-за слабого взаимодействия также требует переноса частиц. В слабую силу входят следующие три: слабый отрицательный носитель, W — ; слабый положительный носитель W + ; и нулевой носитель заряда Z 0 .Как мы увидим, Ферми пришел к выводу, что эти частицы должны нести массу, поскольку полная масса продуктов ядерного распада немного больше, чем полная масса всех реагентов после ядерного распада.
Частицей-носителем электромагнитной силы, что неудивительно, является фотон. В конце концов, точно так же, как лампочка может излучать фотоны из заряженной вольфрамовой нити, фотон может использоваться для передачи информации от одной электрически заряженной частицы к другой. Наконец, гравитон — предполагаемая частица-носитель гравитации.Хотя он еще не найден, ученые в настоящее время ищут доказательства его существования (см. «Безграничная физика: поиск гравитона»).
Поддержка учителя
Поддержка учителя
[BL] [OL] Концепция частицы-носителя, передающей силу, аналогична концепции использования энергии для передачи информации. Как сообщить другу, что ты в школе? Вы отправляете текстовое сообщение? Помахать им перед их шкафчиком? Кричать в коридоре? В любом случае волны передают энергию от вас к вашему другу.Таким же образом частицы-носители необходимы для переноса слабой ядерной силы.
Так как же частица-носитель передает фундаментальную силу? На рисунке 23.4 показан виртуальный фотон, передаваемый от одной положительно заряженной частицы к другой. Прошедший фотон называется виртуальной частицей, потому что его нельзя непосредственно наблюдать во время передачи силы. На рис. 23.5 показан способ графического изображения обмена виртуальным фотоном между двумя положительно заряженными частицами.Этот график зависимости времени от положения называется диаграммой Фейнмана в честь разработавшего его гениального американского физика Ричарда Фейнмана (1918–1988).
Рис. 23.4 Изображение в части (а) показывает обмен виртуальным фотоном, передающим электромагнитную силу между зарядами, точно так же, как виртуальный обмен пионами переносит сильную ядерную силу между нуклонами. Изображение в части (b) показывает, что фотон нельзя непосредственно наблюдать во время его прохождения, потому что это нарушит его и изменит силу.В этом случае фотон не достигает другого заряда.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
Термин виртуальная частица на самом деле относится к возмущению в пространстве, создаваемому присутствием двух нуклонов. Использование термина виртуальный намекает на идею о том, что частицу-носитель не следует путать с обычной частицей массы. Однако полное понимание истинной природы виртуальных частиц опирается на математику и теорию, выходящую за рамки этого текста.
Диаграмму Фейнмана следует читать снизу вверх, чтобы показать движение частиц во времени. На нем вы можете видеть, что левый протон движется влево от излучения фотона, в то время как правый протон чувствует импульс вправо, когда фотон принимается. Помимо диаграммы Фейнмана, Ричард Фейнман был одним из теоретиков, которые разработали область квантовой электродинамики (КЭД), которая дополнительно описывает электромагнитные взаимодействия в субмикроскопическом масштабе.За эту работу он разделил Нобелевскую премию 1965 года с Джулианом Швингером и С.И. Томонагой. Диаграмму Фейнмана, объясняющую сильное силовое взаимодействие, выдвинутое Юкавой, можно увидеть на рис. 23.6. Здесь вы можете увидеть изменение типа частицы из-за обмена пи-мезоном.
Поддержка учителей
Поддержка учителей
[BL] [OL] [AL] Чтобы помочь студентам объяснить диаграмму Фейнмана, задайте ряд конкретных вопросов. В каком направлении движется левый протон? Что с ним происходит, когда он выпускает виртуальный фотон? В каком направлении движется виртуальный фотон? Получен ли фотон правильным протоном одновременно с испусканием? Какое влияние фотон оказывает на правильную траекторию протона?
Рисунок 23.5 Диаграмма Фейнмана для обмена виртуальным фотоном между двумя положительно заряженными частицами показывает, как электромагнитная сила передается в квантовомеханическом масштабе. Время отображается вертикально, а расстояние — горизонтально. Видно, что две положительно заряженные частицы отталкиваются друг от друга за счет обмена фотонами.
Рисунок 23.6 На изображении показана диаграмма Фейнмана для обмена π + (пион) между протоном и нейтроном, несущим сильную ядерную силу между ними.Эта диаграмма представляет ситуацию, более наглядно показанную на Рисунке 23.3.Относительные массы перечисленных частиц-носителей описывают нечто ценное в четырех фундаментальных силах, как это видно в Таблице 23.2. W-бозоны (состоящие из W − W− и W + W + бозонов) и Z-бозоны (Z0Z0-бозоны), носители слабого ядерного взаимодействия, почти в 1000 раз массивнее пионов, переносчиков сильного ядерного взаимодействия. В то же время расстояние, на которое может быть передана слабая ядерная сила, примерно в 11 000–11 000 раз превышает расстояние передачи сильной силы.В отличие от частиц-носителей, которые имеют ограниченный диапазон, фотон является безмассовой частицей, у которой нет ограничений на расстояние передачи электромагнитной силы. Это соотношение приводит ученых к пониманию того, что еще не обнаруженный гравитон, вероятно, также безмассовый.
| Усилие | Несущая частица | Диапазон | Относительная прочность [1] |
|---|---|---|---|
| [1] Относительная сила основана на сильной силе, ощущаемой парой протон-протон. | |||
| Плотность | Гравитон (теоретически) | ∞ ∞ | 10−3810−38 |
| Слабая | W- и Z-бозоны | <10-18 м <10-18 м | 10−210−2 |
| Электромагнитный | Фотон | ∞∞ | 10-13 10-13 |
| Сильный | Pi-мезоны или пионы (теперь известные как глюоны) | <10-15 м <10-15 м | 1 |
Таблица 23.2 Частицы-носители и их относительные массы по сравнению с пионами для четырех фундаментальных сил
Безграничная физика
В поисках гравитона
От универсального закона тяготения Ньютона до уравнений поля Эйнштейна гравитация была в центре внимания ученых на протяжении веков. Учитывая открытие частиц-носителей в двадцатом веке, важность понимания гравитации снова привлекла интерес выдающихся физиков во всем мире.
Когда частицы-носители обнаружены для трех из четырех фундаментальных сил, ученые понимают, что подобная частица, названная гравитоном, должна существовать для гравитационной силы.Хотя доказательства существования этой частицы еще предстоит обнаружить, ученые усердно работают, чтобы обнаружить ее существование.
Итак, что ученые думают о необнаруженной частице? Во-первых, гравитон (как и фотон) должен быть безмассовой частицей, движущейся со скоростью света. Это предполагается, потому что, как и электромагнитная сила, гравитация является законом обратных квадратов, F≈1r2F≈1r2. Ученые также предполагают, что гравитон является электрически нейтральной частицей, поскольку пустое пространство под действием силы тяжести не имеет заряда.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
В настоящее время нет необходимости понимать, почему гравитоны имеют квантово-механический спин, равный 2. Эта информация предоставляется для того, чтобы учащиеся осознали, что гравитон имеет характеристики, отличные от характеристик фотона, другой безмассовой и беззарядной частицы-носителя.
Однако, поскольку гравитация — такая слабая сила, поиск гравитона привел к появлению некоторых уникальных методов. LIGO, гравитационно-волновая обсерватория с лазерным интерферометром, является одним из инструментов, используемых в настоящее время (см.рисунок 23.7). Хотя поиск гравитационной волны для обнаружения частицы-носителя может показаться нелогичным, это похоже на подход, использованный Планком и Эйнштейном, чтобы узнать больше о фотоне. Согласно дуальности волна-частица, если гравитационная волна может быть обнаружена, гравитон должен присутствовать вместе с ней. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, ученые наблюдали за двойными звездными системами на предмет наличия этих гравитационных волн.
Рис. 23.7. В поисках гравитационных волн ученые используют лазерную интерферометрическую обсерваторию гравитационных волн (LIGO).Здесь мы видим диспетчерскую LIGO в Хэнфорде, штат Вашингтон.
Ускорители элементарных частиц, такие как Большой адронный коллайдер (LHC), используются для поиска гравитона посредством столкновений высоких энергий. Хотя ученые на LHC предполагают, что частица может существовать недостаточно долго, чтобы ее можно было увидеть, доказательства ее предшествующего существования, такие как следы на песке, можно найти через пробелы в прогнозируемой энергии и импульсе.
Некоторые ученые даже ищут остатки Большого взрыва, пытаясь найти гравитон.Наблюдая за космическим фоновым излучением, они ищут аномалии в гравитационных волнах, которые предоставят информацию о гравитационных частицах, существовавших в начале существования нашей Вселенной.
Независимо от используемого метода, ученые должны знать гравитон, как только они его найдут. Безмассовая, беззарядная частица со спином 2 и движущаяся со скоростью света — нет другой частицы, подобной ей. Если бы он был найден, будущие поколения наверняка сочли бы его открытие наравне с открытиями Ньютона и Эйнштейна.
Проверка захвата
Почему LIGO использует двойные звездные системы для поиска гравитационных волн?
- Бинарные звездные системы имеют высокую температуру.
- Бинарные звездные системы имеют низкую плотность.
- Двойные звездные системы содержат большое количество массы, но поскольку они вращаются по орбите друг друга, гравитационное поле между ними намного меньше.
- Двоичные звездные системы содержат большое количество массы.В результате гравитационное поле между ними велико.
Ускорители создают материю из энергии
Прежде чем рассматривать все частицы, составляющие нашу Вселенную, давайте сначала рассмотрим некоторые из машин, которые их создают. Основным процессом создания неизвестных частиц является ускорение известных частиц, таких как протоны или электроны, и направление их пучка к цели. Столкновения с ядрами мишени предоставляют массу информации, например информацию, полученную Резерфордом в эксперименте с золотой фольгой.Если энергия падающих частиц достаточно велика, при столкновении может даже образоваться новая материя. Чем больше подводимая энергия или Δ E , тем больше материи m может быть создано в соответствии с эквивалентностью энергии массы m = ΔE / c2m = ΔE / c2. Ограничения накладываются на то, что может происходить в соответствии с известными законами сохранения, такими как сохранение массы-энергии, импульса и заряда. Еще более интересны неизвестные ограничения, предусмотренные природой. Хотя одни ожидаемые реакции действительно происходят, другие нет, но могут появиться и другие неожиданные реакции.Открываются новые законы, и подавляющее большинство того, что мы знаем о физике элементарных частиц, получено из лабораторий ускорителей. Это любимый вид спорта в помещении физиков элементарных частиц.
Наша самая ранняя модель ускорителя частиц происходит от генератора Ван де Граафа. Относительно простое устройство, которое вы, вероятно, видели на демонстрациях физики, можно манипулировать для создания потенциалов до 50 миллионов вольт. Хотя эти машины не обладают достаточно большой энергией, чтобы производить новые частицы, анализ их ускоренных ионов сыграл важную роль в исследовании нескольких аспектов ядра.
Другой не менее известный ранний ускоритель — циклотрон, изобретенный в 1930 году американским физиком Э.О. Лоуренс (1901–1958). Рисунок 23.8 представляет собой более подробное визуальное представление. Циклотроны используют переменные электрические поля фиксированной частоты для ускорения частиц. Частицы вращаются по спирали в магнитном поле, делая орбиты с увеличивающимся радиусом во время ускорения. Эта продуманная компоновка позволяет последовательно добавлять электрическую потенциальную энергию в каждый контур. В результате возможны более высокие энергии частиц, чем в генераторе Ван де Граафа.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
[BL] [OL] [AL] На циклотрон на Рисунке 23.8 действуют две силы. Центростремительная сила создается магнитным полем, что может быть проверено учащимися с помощью правила правой руки. Кроме того, разность напряжений создает линейную силу в зазоре между двумя Dees . Обратите внимание учащихся на то, что зазор напряжения меняет направление на противоположное с постоянной скоростью, так что линейная сила всегда направлена в направлении движения частицы.
Рис. 23.8 Слева художник представляет популярный инструмент для демонстрации физики — генератор Ван де Граафа. Аккумулятор (A) подает избыточный положительный заряд к заостренному проводнику, концы которого распыляют заряд на движущийся изолирующий пояс около дна. Заостренный проводник (B) наверху в большой сфере улавливает заряд. (Индуцированное электрическое поле в точках настолько велико, что снимает заряд с ленты.) Это может быть сделано, потому что заряд не остается внутри проводящей сферы, а перемещается к ее внешней поверхности.Источник ионов внутри сферы производит положительные ионы, которые ускоряются от положительной сферы до высоких скоростей. Справа — циклотрон. Циклотроны используют магнитное поле, чтобы заставить частицы двигаться по круговым орбитам. Когда частицы проходят между пластинами Ди, напряжение в промежутке колеблется, ускоряя их дважды на каждой орбите.
Синхротрон — это модификация циклотрона, в которой частицы непрерывно движутся по орбите с фиксированным радиусом, каждый раз увеличивая скорость.Ускоряющие напряжения синхронизируются с частицами для их ускорения, отсюда и название. Кроме того, напряженность магнитного поля увеличивается, чтобы поддерживать постоянный радиус орбиты по мере увеличения энергии. Кольцо из магнитов и ускорительных трубок, как показано на рисунке 23.9, являются основными компонентами синхротронов. Для управления частицами высоких энергий требуются сильные магнитные поля, поэтому обычно используются сверхпроводящие магниты. Все еще ограниченные достижимой напряженностью магнитного поля, синхротроны должны быть очень большими при очень высоких энергиях, поскольку радиус орбиты высокоэнергетической частицы очень велик.
Поддержка учителя
Поддержка учителя
[BL] [OL] Помогите ученикам построить диаграмму или диаграмму Венна, показывающую сходства и различия между циклотроном и синхротроном. Следует учитывать перемещение частиц, скорость колебаний напряжения и конструкцию устройства.
Для дальнейшего исследования ядра физикам нужны ускорители большей энергии и детекторы с меньшей длиной волны. Для этого требуется не только большее финансирование, но и большая изобретательность.Встречающиеся пучки, используемые как в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Фермилаб; см. Рис. 23.11) недалеко от Чикаго, так и на LHC в Швейцарии, предназначены для уменьшения потерь энергии при столкновениях частиц. Типичные стационарные детекторы частиц теряют большое количество энергии из-за отдачи мишени, пораженной ускоряющейся частицей. Обеспечивая лобовые столкновения между частицами, движущимися в противоположных направлениях, встречные лучи позволяют создавать частицы с импульсами и кинетической энергией, близкими к нулю.Это позволяет создавать частицы большей энергии и массы. На рисунке 23.10 схематично показан этот эффект. Помимо кольцевых ускорителей, для снижения потерь энергии на излучение могут использоваться линейные ускорители. Стэнфордский центр линейных ускорителей (теперь называемый Национальной ускорительной лабораторией SLAC) в Калифорнии является домом для самого большого такого ускорителя в мире.
Рис. 23.9 (a) Синхротрон имеет кольцо из магнитов и ускорительных трубок. Частота ускоряющих напряжений увеличивается, чтобы частицы пучка прошли то же расстояние за более короткое время.Магнитное поле также должно быть увеличено, чтобы каждый пучок луча двигался по траектории с фиксированным радиусом. Ограничения на напряженность магнитного поля требуют, чтобы эти машины были очень большими, чтобы ускорять частицы до очень высоких энергий. (b) Положительно заряженная частица показана в промежутке между ускорительными трубками. (c) Пока частица проходит через трубку, потенциалы меняются местами, так что в следующем промежутке происходит еще одно ускорение. Частота поворотов должна изменяться по мере ускорения частицы для достижения последовательных ускорений в каждом зазоре.
Рис. 23.10 На этой схеме показаны два кольца ускорителя Фермилаба и схема столкновения протонов и антипротонов (не в масштабе).
Рис. 23.11 Национальная ускорительная лаборатория Ферми, недалеко от Батавии, штат Иллинойс, представляла собой коллайдер субатомных частиц, который ускорял протоны и антипротоны до энергии 1 Тэв (триллион электронвольт). Круглые водоемы возле колец были построены для отвода отработанного тепла. Этот ускоритель был остановлен в сентябре 2011 года.(Источник: Фермилаб, Рейдар Хан)
Проверьте свое понимание
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Используйте эти вопросы, чтобы оценить достижения учащимися учебных целей раздела. Если учащиеся не справляются с какой-либо конкретной целью, эти вопросы помогут определить, какие из них и направят их к соответствующему содержанию.
1.Какая из четырех сил ответственна за радиоактивный распад?
- электромагнитная сила
- сила тяжести
- сильная ядерная сила
- слабое ядерное взаимодействие
Какая сила или силы существуют между электроном и протоном?
- сильное ядерное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и гравитация
- слабое ядерное взаимодействие, сильное ядерное взаимодействие и гравитация
- слабое ядерное взаимодействие, сильное ядерное взаимодействие и электромагнитное взаимодействие
- слабое ядерное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и гравитация
Что представляет собой предлагаемая частица-носитель гравитационной силы?
- бозон
- гравитон
- глюон
- фотон
Какая связь между массой и пробегом частицы-носителя?
- Дальность полета частицы-носителя обратно пропорциональна ее массе.
- Дальность действия частицы-носителя обратно пропорциональна квадрату ее массы.
- Дальность действия частицы-носителя прямо пропорциональна ее массе.
- Дальность действия частицы-носителя прямо пропорциональна квадрату ее массы.
Какой тип ускорителя частиц использует колеблющиеся электрические поля фиксированной частоты для ускорения частиц?
- циклотрон
- синхротрон
- бетатрон
- Ускоритель Ван де Граафа
Как расширяющийся радиус циклотрона свидетельствует об ускорении частиц?
- На частицы любого радиуса действует постоянная магнитная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна увеличиваться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.
- На частицы любого радиуса действует постоянная центростремительная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна уменьшаться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.
- На частицы любого радиуса действует постоянная магнитная сила. По мере увеличения радиуса скорость частицы должна уменьшаться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.
- На частицы любого радиуса действует постоянная центростремительная сила.По мере увеличения радиуса скорость частицы должна увеличиваться, чтобы поддерживать эту постоянную силу.
Какая из четырех сил отвечает за структуру галактик?
- электромагнитная сила
- гравитация
- сильная ядерная сила
- слабая ядерная сила
Визуальная прогулка по основам
Процесс открытия единства сил в физике занимает центральное место в истории физики.Здесь история объединения представлена с использованием изображений из визуального архива Эмилио Сегре (ESVA). Он не всегда хронологический и еще не полный. Тем не менее, в истории объединения есть много сходящихся частей со всего мира и вселенной.
Структура этого рассказа основана на простой классификации. Вводные курсы по физике представляют четыре основных силы, управляющих природой: гравитацию, электромагнетизм, а также сильные и слабые ядерные взаимодействия.
Гравитация
Гравитация — это то, с чем мы все знакомы. Мы думаем о Ньютоне и его яблони, изображенной справа. На самом деле история еще более увлекательна. Можно выделить многие отправные точки в истории гравитации. Один — с Аристотелем. Он думал, что объекты стремятся к центру Земли в зависимости от их тяжести. Брахмагупта, ученый, работавший в Индии седьмого века, признал, что гравитация — это сила притяжения [1]. В золотой век ислама (примерно с восьмого века) ученые самого Аристотеля отошли от аристотелевских концепций Вселенной.Историк науки Джим Аль-Халили отмечает, что Аль-Багдади, ученый Золотого века ислама, постулировал раннюю форму закона тяготения на Земле [2]. Трансляционные и интеллектуальные движения принесли арабские знания в Европу, проложив путь Исааку Ньютону к осознанию того, что движение планетных тел и движение объектов на Земле регулируются одним и тем же принципом, указанным в его законе тяготения,
., который утверждает, что гравитационная сила равна произведению масс двух тел и гравитационной постоянной, деленных на квадрат расстояния между их центрами масс.
Ньютон достиг одного важного объединения в физике — между физическими законами на Земле и физическими законами в космосе. Однако только в двадцатом веке Эйнштейн предложил общую теорию относительности, которая уточняет нынешнее понимание физиками гравитации как следствия распределения массы. Гравитация — обманчиво слабая сила, как самая слабая из четырех основных сил.
Электромагнетизм
Подобно гравитации, мы распознаем электромагнитные силы в нашей повседневной жизни, от магнитов холодильника до двигателей в наших автомобилях.Человечество давно поняло аспекты электричества и магнетизма, как и в случае с фундаментальной силой гравитации: древние китайские тексты документировали магнетизм [3], а древнегреческие тексты — электричество [4]. Мы постоянно взаимодействуем с электромагнитными силами, поскольку световые волны состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. В девятнадцатом веке Джеймс Клерк Максвелл, изображенный слева, признал, что электричество и магнетизм — одно и то же: электричество существует между заряженными частицами, а магнетизм возникает, когда эти заряженные частицы движутся.
Электромагнитные силы для заряженной частицы характеризуются законом силы Лоренца,
где q — заряд, E — электрическое поле, v — скорость, а B — магнитное поле. Это было второе важное объединение сил в физике. Однако объединение электромагнитных сил на этом не закончилось. Одно из самых значительных объединений в физике произошло с электромагнитным взаимодействием и слабым ядерным взаимодействием.
Weak Nuclear Force
Слабое ядерное взаимодействие отвечает за распад частиц (по этой причине мы можем использовать углеродное датирование), а также за синтез в звездах.Эти процессы происходят, когда кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, меняют «аромат». Шелдон Глэшоу, Абдус Салам и Стивен Вайнберг показали, что слабое взаимодействие и электромагнитное взаимодействие являются вариациями одной и той же силы — электрослабой силы. Их открытие, которое принесло им Нобелевскую премию по физике 1979 г. и было экспериментально подтверждено при очень высоких температурах, стало основой Стандартной модели физики элементарных частиц.
Strong Nuclear Force
Стандартная модель описывает не только слабые и электромагнитные взаимодействия, но и сильное ядерное взаимодействие.Сильное ядерное взаимодействие отвечает за удержание протонов и нейтронов вместе. Как следует из названия, сильная сила довольно сильна: в 137 раз сильнее, чем электромагнитная сила, и в 10 38 (10 с 37 нулями) раз больше, чем сила тяжести [5]. Частицы, называемые глюонами, обеспечивают сильные взаимодействия. Работа теоретиков Джона Эллиса, Мэри Гайлард и Грэма Росс привела к открытию глюона на коллайдере PETRA в DESY [6]. Для получения дополнительной информации о ключевом экспериментаторе, участвовавшем в этом открытии, см. Сау Лан Ву: физик элементарных частиц из Ex Libris Universum.
Одно из направлений постоянных исследований в области физики включает дальнейшее объединение фундаментальных сил. ЦЕРН обнаружил, что эффекты сильного взаимодействия ослабевают при высоких температурах [7]. Это может означать, что при чрезвычайно высоких температурах, таких как условия во время Большого взрыва, электромагнитные, а также сильные и слабые силы могли быть объединены в единую силу в ранней Вселенной, хотя они действуют в разных масштабах. сегодня: слабая сила действует в масштабе приблизительно 0.1% диаметра протона, и сильная сила действует внутри ядра, в то время как гравитационные и электромагнитные силы имеют бесконечный диапазон [8].
Многие физики посвятили свою карьеру объединению. Хотя остается много вопросов, на которые нет ответа, нет никаких сомнений в том, что история объединения является фундаментальной для истории физики.
Источники:
[1] Уильям Мобс, Сэмюэл Дж. Линг и Джефф Санни, University Physics Volume 1 (OpenStax, Хьюстон, 19 сентября 2016 г.).
[2] Джим Аль-Халили, Дом мудрости: как арабская наука спасла древние знания и дала нам ренессанс (The Penguin Press, Нью-Йорк, 2011), стр. 5-48 и 67-97.
[3] Чен Чэн-И (Джозеф), «Магнетизм в китайской культуре», энциклопедия истории науки, техники и медицины в незападных культурах (2008).
[4 Нэнси Аткинсон, «Кто открыл электричество?» Вселенная сегодня.
[5] Гиперфизика, «Основные силы»
[6] ЦЕРН, «Четыре десятилетия глюонов»
[7] ЦЕРН, «Объединенные силы»
[8] Гиперфизика, «Основные силы»
Кто открыл гравитацию? — Вселенная сегодня
Четыре фундаментальные силы управляют всеми взаимодействиями во Вселенной.Это слабые ядерные силы, сильные ядерные силы, электромагнетизм и гравитация. Из них гравитация, пожалуй, самая загадочная. Хотя в течение некоторого времени было понятно, как этот закон физики действует на макроуровне — управляя нашей Солнечной системой, галактиками и сверхскоплениями — как он взаимодействует с тремя другими фундаментальными силами, остается загадкой.
Естественно, люди с незапамятных времен имели базовое представление об этой силе. И когда дело доходит до нашего современного понимания гравитации, следует отдать должное одному человеку, который расшифровал ее свойства и то, как она управляет всем большим и малым, — сэру Исааку Ньютону.Благодаря этому английскому физику и математику 17 века наше понимание Вселенной и законов, управляющих ею, навсегда изменилось.
Хотя все мы знакомы с культовым изображением человека, сидящего под яблоней и упавшего на голову, теории гравитации Ньютона также представляли собой кульминацию многолетних исследований, которые, в свою очередь, основывались на многовековых знаниях. . Он представит эти теории в своем magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica («Математические принципы естественной философии»), который впервые был опубликован в 1687 году.
В этом томе Ньютон изложил то, что впоследствии стало известно как его Три закона движения, которые были выведены из законов движения планет Иоганна Кеплера и его собственного математического описания гравитации. Эти законы заложат основу классической механики и будут оставаться неизменными на протяжении веков — до 20 века и появления теории относительности Эйнштейна.
Собственный экземпляр Ньютона «Начала» с рукописными исправлениями для второго издания.Предоставлено: Тринити Кембридж / Эндрю ДаннФизика 17 века:
17 век был очень благоприятным временем для науки, когда крупные прорывы произошли в области математики, физики, астрономии, биологии и химии. Некоторые из величайших достижений того периода включают разработку гелиоцентрической модели Солнечной системы Николаем Коперником, новаторские работы с телескопами и наблюдательной астрономией Галилео Галилеем и развитие современной оптики.
Именно в этот период Иоганн Кеплер разработал свои законы движения планет. Эти законы, сформулированные между 1609 и 1619 годами, описывали движение известных тогда планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера и Сатурна) вокруг Солнца. Они заявили, что:
- Планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, с Солнцем в одном фокусе
- Линия, соединяющая Солнце с планетой, проходит через равные площади в равное время.
- Квадрат орбитального периода планеты пропорционален кубу (в 3-й степени) среднего расстояния от Солнца в (или, другими словами, «большой полуоси» эллипса, половины суммы наименьших и наибольшее расстояние от Солнца).
Эти законы разрешили оставшиеся математические проблемы, поднятые гелиоцентрической моделью Коперника, тем самым сняв все сомнения в том, что это правильная модель Вселенной. Исходя из этого, сэр Исаак Ньютон начал рассматривать гравитацию и ее влияние на орбиты планет.
Сравнение геоцентрической и гелиоцентрической моделей Вселенной. Кредит: history.ucsb.eduТри закона Ньютона:
В 1678 году Ньютон перенес полный нервный срыв из-за переутомления и вражды с коллегой-астрономом Робертом Гуком.В течение следующих нескольких лет он отказался от переписки с другими учеными, кроме тех, где они ее инициировали, и возобновил свой интерес к механике и астрономии. Зимой 1680–1681 годов появление кометы, о которой он переписывался с Джоном Флемстидом (королевский астроном Англии), также возродило его интерес к астрономии.
Изучив законы движения Кеплера, Ньютон разработал математическое доказательство того, что эллиптическая форма планетных орбит является результатом центростремительной силы, обратно пропорциональной квадрату радиус-вектора.Ньютон сообщил об этих результатах Эдмонду Галлею (первооткрывателю «кометы Хейли») и Королевскому обществу в своей книге De motu corporum in gyrum.
Этот трактат, опубликованный в 1684 году, содержал семя того, что Ньютон расширил, чтобы сформировать свой magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica . Этот трактат, опубликованный в июле 1687 года, содержал три закона движения Ньютона, в которых говорилось, что:
- Если смотреть в инерциальной системе отсчета, объект либо остается в покое, либо продолжает двигаться с постоянной скоростью, если на него не действует внешняя сила.
- Векторная сумма внешних сил (F) на объект равна массе ( м) этого объекта, умноженной на вектор ускорения (a) объекта. В математической форме это выражается как: F = м a
- Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело одновременно оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению.
Вместе эти законы описывают взаимосвязь между любым объектом, действующими на него силами и результирующим движением, закладывая основу классической механики.Законы также позволили Ньютону вычислить массу каждой планеты, сглаживание Земли на полюсах и выпуклость на экваторе, а также то, как гравитационное притяжение Солнца и Луны создает земные приливы.
В той же работе Ньютон представил подобный исчислению метод геометрического анализа с использованием «первого и последнего соотношений», рассчитал скорость звука в воздухе (на основе закона Бойля), учел процессию равноденствий (что он показал были результатом гравитационного притяжения Луны к Земле), положили начало гравитационному изучению неоднородностей движения Луны, предоставили теорию для определения орбит комет и многое другое.
Ньютон и «инцидент с яблоком»:
История Ньютона, выдвинувшего свою теорию всемирного тяготения в результате падения яблока на голову, стала основной в массовой культуре. И хотя часто утверждается, что эта история апокрифична, и Ньютон не разрабатывал свою теорию ни в какой момент, сам Ньютон много раз рассказывал эту историю и утверждал, что инцидент вдохновил его.
Кроме того, сочинения Уильяма Стьюкли — английского священнослужителя, антиквара и члена Королевского общества — подтвердили эту историю.Но вместо комического изображения яблока, ударяющего Ньютона по голове, Стьюкли описал в своих Мемуарах из жизни сэра Исаака Ньютона (1752) разговор, в котором Ньютон описал размышления о природе гравитации, наблюдая за падением яблока.
«… мы пошли в сад и пили в тени яблонь; только он и я. он сказал мне, что среди других рассуждений он был точно в той же ситуации, когда раньше ему приходило в голову понятие гравитации.«Почему это яблоко всегда должно опускаться перпендикулярно земле», — подумал он про себя; произошло из-за падения яблока… »
Джон Кондуитт, помощник Ньютона на Королевском монетном дворе (который в конце концов женился на своей племяннице), также описал, что слышал эту историю в своем собственном отчете о жизни Ньютона. По словам Кондуитта, инцидент произошел в 1666 году, когда Ньютон ехал на встречу со своей матерью в Линкольншир. Блуждая по саду, он размышлял о том, как влияние гравитации простирается далеко за пределы Земли, вызывая падение яблока, а также орбиту Луны.
Точно так же Вольтер написал в своем эссе по эпической поэзии (1727), что Ньютон впервые подумал о системе тяготения, гуляя в своем саду и наблюдая, как яблоко падает с дерева. Это согласуется с примечаниями Ньютона 1660-х годов, которые показывают, что он боролся с идеей о том, как земная гравитация распространяется обратно на Луну в пропорции обратных квадратов.
Саженец известного оригинального дерева, которое вдохновило сэра Исаака Ньютона на мысль о гравитации.Предоставлено: Wikipedia Commons / Loodog .Однако ему потребовалось еще два десятилетия, чтобы полностью развить свои теории до такой степени, что он смог предложить математические доказательства, как показано в Principia . Когда это было завершено, он пришел к выводу, что та же сила, которая заставляет объект падать на землю, ответственна за другие орбитальные движения. Поэтому он назвал это «всемирное тяготение».
Различные деревья называются яблоней, которую описывает Ньютон. Королевская школа в Грэнтэме утверждает, что их школа купила оригинальное дерево, вырвала его с корнем и несколько лет спустя перевезла в сад директора.Однако Национальный фонд, которому принадлежит поместье Вулсторп (где вырос Ньютон), утверждает, что дерево все еще растет в их саду. Потомок оригинального дерева можно увидеть растущим за главными воротами Тринити-колледжа в Кембридже, под комнатой, в которой жил Ньютон, когда он там учился.
Работа Ньютона окажет глубокое влияние на науку, а ее принципы останутся каноническими в течение следующих 200 лет. Он также сообщил о концепции всемирного тяготения, которая стала опорой современной астрономии и не будет пересматриваться до 20 века — с открытием квантовой механики и общей теории относительности Эйнштейна.
Мы написали много интересных статей о гравитации здесь, в Universe Today. Вот кто был сэр Исаак Ньютон? Кто такой Галилео Галилей? Что такое сила тяжести? И Что такое гравитационная постоянная?
УAstronomy Cast есть два хороших эпизода на эту тему. Вот Эпизод 37: Гравитационное линзирование и Эпизод 102: Гравитация,
.Источники:
Как это:
Нравится Загрузка …
Универсальный закон тяготения Ньютона
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объясните гравитационную силу Земли.
- Опишите гравитационное воздействие Луны на Землю.
- Обсудить невесомость в космосе.
- Изучите эксперимент Кавендиша
Что общего между ноющими ногами, падающим яблоком и орбитой Луны? Каждый из них вызван гравитационной силой. Наши ноги напрягаются, поддерживая наш вес — силу земного притяжения. Яблоко падает с дерева из-за той же силы, действующей на несколько метров над поверхностью Земли. А Луна вращается вокруг Земли, потому что гравитация способна обеспечить необходимую центростремительную силу на расстоянии в сотни миллионов метров.Фактически, одна и та же сила заставляет планеты вращаться вокруг Солнца, звезды — вращаться вокруг центра галактики, а галактики — группироваться вместе. Гравитация — еще один пример простоты, лежащей в основе природы. Это самая слабая из четырех основных сил, существующих в природе, и в некотором смысле наименее понятная. Это сила, которая действует на расстоянии, без физического контакта, и выражается формулой, которая действительна повсюду во Вселенной, для масс и расстояний, которые варьируются от крошечных до огромных.
Рисунок 1.Согласно ранним источникам, Ньютон был вдохновлен на установление связи между падающими телами и астрономическими движениями, когда он увидел яблоко, падающее с дерева, и понял, что если гравитационная сила может распространяться над землей на дерево, оно также может достигать Солнца. Яблоко Ньютона является частью всемирного фольклора и, возможно, даже основано на фактах. Этому придается большое значение, потому что универсальный закон тяготения Ньютона и его законы движения ответили на очень старые вопросы о природе и дали огромную поддержку понятию лежащей в основе простоты и единства в природе.Ученые по-прежнему ожидают, что простота, лежащая в основе, возникнет в результате их постоянных исследований в природе.
Сэр Исаак Ньютон был первым ученым, который точно определил гравитационную силу и показал, что она может объяснить как падающие тела, так и астрономические движения. См. Рис. 1. Но Ньютон не был первым, кто подозревал, что одна и та же сила вызывает и наш вес, и движение планет. Его предшественник Галилео Галилей утверждал, что падающие тела и движения планет имеют одну и ту же причину.Некоторые современники Ньютона, такие как Роберт Гук, Кристофер Рен и Эдмунд Галлей, также достигли некоторого прогресса в понимании гравитации. Но Ньютон был первым, кто предложил точную математическую форму и использовал ее, чтобы показать, что движение небесных тел должно иметь конические сечения — окружности, эллипсы, параболы и гиперболы. Это теоретическое предсказание стало большим триумфом — с некоторого времени было известно, что луны, планеты и кометы следуют по таким путям, но никто не смог предложить механизм, который заставил бы их следовать по этим путям, а не по другим.
Согласно ранним источникам (см. Рис. 1), Ньютон был вдохновлен на установление связи между падающими телами и астрономическими движениями, когда он увидел яблоко, падающее с дерева, и понял, что если гравитационная сила может распространяться над землей на дерево, оно может также достичь Солнца. Яблоко Ньютона является частью всемирного фольклора и, возможно, даже основано на фактах. Этому придается большое значение, потому что универсальный закон тяготения Ньютона и его законы движения ответили на очень старые вопросы о природе и дали огромную поддержку понятию лежащей в основе простоты и единства в природе.Ученые по-прежнему ожидают, что простота, лежащая в основе, возникнет в результате их постоянных исследований в природе. Гравитационная сила относительно проста. Это всегда привлекательно, и это зависит только от вовлеченных масс и расстояния между ними. Выражаясь современным языком, Универсальный закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что каждая частица во Вселенной притягивает каждую другую частицу силой вдоль соединяющей их линии. Сила прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Рис. 2. Гравитационное притяжение происходит вдоль линии, соединяющей центры масс этих двух тел. Величина силы одинакова для всех в соответствии с третьим законом Ньютона.
Предупреждение о неправильном представлении
Величина силы, действующей на каждый объект (один имеет большую массу, чем другой), одинакова, что соответствует третьему закону Ньютона.
Тела, с которыми мы имеем дело, имеют тенденцию быть большими. Чтобы упростить ситуацию, мы предполагаем, что тело действует так, как будто вся его масса сосредоточена в одной конкретной точке, называемой центром масс (CM), что будет более подробно изучено в главе «Линейный импульс и столкновения».2} \\ [/ latex], если считать массу в килограммах и расстояние в метрах. Например, две массы массой 1000 кг, разделенные расстоянием 1000 м, будут испытывать гравитационное притяжение 6,6673 × 10 −11 Н. Это чрезвычайно малая сила. Небольшая величина гравитационной силы согласуется с повседневным опытом. Мы не осознаем, что даже большие объекты, такие как горы, действуют на нас. Фактически, вес нашего тела — это сила притяжения всей Земли на нас с массой 6 × 10 24 кг.2} \\ [/ latex],
и получаем значение ускорения падающего тела:
г = 9,80 м / с 2 .
Рис. 3. Расстояние между центрами масс Земли и объектом на ее поверхности почти такое же, как и радиус Земли, потому что Земля намного больше, чем объект.
Это ожидаемое значение , не зависящее от массы тела . Закон тяготения Ньютона продвигает наблюдение Галилея о том, что все массы падают с одинаковым ускорением, на шаг вперед, объясняя наблюдение в терминах силы, заставляющей объекты падать, — фактически, в терминах универсально существующей силы притяжения между массами.
Эксперимент на вынос
Возьмите шарик, шарик и ложку и бросьте их с одной высоты. Они одновременно падают на пол? Если вы также уроните лист бумаги, будет ли он вести себя так же, как и другие предметы? Объясните свои наблюдения.
Выполнение подключений
Попытки понять гравитационную силу все еще делаются. Как мы увидим в Физике элементарных частиц, современная физика изучает связи гравитации с другими силами, пространством и временем.Общая теория относительности меняет наш взгляд на гравитацию, заставляя нас думать о гравитации как о изгибе пространства и времени.
В следующем примере мы проводим сравнение, подобное тому, которое сделал сам Ньютон. Он отметил, что если гравитационная сила заставила Луну вращаться вокруг Земли, то ускорение свободного падения должно равняться центростремительному ускорению Луны на своей орбите. Ньютон обнаружил, что два ускорения совпадают «почти полностью».
Пример 1. Гравитационная сила Земли — это центростремительная сила, заставляющая Луну двигаться по кривой пути
- Найдите ускорение свободного падения Земли на расстоянии Луны.
- Рассчитайте центростремительное ускорение, необходимое для удержания Луны на своей орбите (при условии круговой орбиты вокруг неподвижной Земли), и сравните его со значением ускорения силы тяжести Земли, которое вы только что нашли.
Стратегия для Части 1
Этот расчет аналогичен расчету ускорения свободного падения на поверхности Земли, за исключением того, что r — это расстояние от центра Земли до центра Луны. Радиус почти круговой орбиты Луны равен 3.2 \ end {case} \\ [/ latex].
Мы решили использовать вторую форму: a c = r ω 2 , где ω — угловая скорость Луны относительно Земли.
Решение для Части 2
Учитывая, что период (время, необходимое для одного полного вращения) орбиты Луны составляет 27,3 дня, (d) и используя
[латекс] 1 \ text {d} \ times24 \ frac {\ text {hr}} {\ text {d}} \ times60 \ frac {\ text {min}} {\ text {hr}} \ times60 \ frac {\ text {s}} {\ text {min}} = 86 400 \ text {s} \\ [/ latex],
видим, что
[латекс] \ displaystyle \ omega = \ frac {\ Delta \ theta} {\ Delta {t}} = \ frac {2 \ pi \ text {rad}} {\ left (27.2 \ end {array} \\ [/ latex]
Направление ускорения — к центру Земли.
Обсуждение
Центростремительное ускорение Луны, найденное в (b), отличается менее чем на 1% от ускорения, вызванного гравитацией Земли, найденного в (a). Это совпадение является приблизительным, поскольку орбита Луны слегка эллиптическая, а Земля не неподвижна (скорее, система Земля-Луна вращается вокруг своего центра масс, который расположен примерно на 1700 км ниже поверхности Земли).Ясно подразумевается, что гравитационная сила Земли заставляет Луну вращаться вокруг Земли.
Почему Земля не остается неподвижной, когда Луна вращается вокруг нее? Это потому, что, как и следовало ожидать из третьего закона Ньютона, если Земля воздействует на Луну, то Луна должна оказывать на Землю равную и противоположную силу (см. Рис. 4). Мы не ощущаем влияние Луны на движение Земли, потому что гравитация Луны перемещает наши тела вместе с Землей, но на Земле есть и другие знаки, которые ясно показывают влияние гравитационной силы Луны.
Рис. 4. (a) Земля и Луна вращаются примерно раз в месяц вокруг своего общего центра масс. (б) Их центр масс вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, но на пути Земли вокруг Солнца есть «извивающиеся». Подобные колебания на траекториях звезд наблюдались и считаются прямым доказательством того, что планеты вращаются вокруг этих звезд. Это важно, потому что отраженный свет планет часто слишком тусклый, чтобы его можно было наблюдать.
Приливы
Океанские приливы — один из очень заметных результатов гравитации Луны, действующей на Землю.Рисунок 5 — это упрощенный рисунок положения Луны относительно приливов и отливов. Поскольку вода легко течет по поверхности Земли, прилив создается на ближайшей к Луне стороне Земли, где гравитационное притяжение Луны наиболее велико. Почему на противоположной стороне Земли бывает прилив? Ответ заключается в том, что Земля тянется к Луне больше, чем вода на противоположной стороне, потому что Земля находится ближе к Луне. Таким образом, вода на ближайшей к Луне стороне Земли отводится от Земли, а Земля отводится от воды на дальней стороне.Когда Земля вращается, приливная выпуклость (эффект приливных сил между вращающимся на орбите естественным спутником и основной планетой, вокруг которой он вращается) сохраняет свою ориентацию с Луной. Таким образом, в день бывает два прилива (фактический период приливов составляет около 12 часов 25,2 минуты), потому что Луна также движется по своей орбите каждый день).
Рис. 5. Луна вызывает океанические приливы, притягивая воду на ближней стороне больше, чем Земля, и притягивая Землю больше, чем воду на обратной стороне. Расстояния и размеры не в масштабе.Для этого упрощенного представления системы Земля-Луна, есть два прилива и два отлива в день в любом месте, потому что Земля вращается под приливной выпуклостью.
Солнце также влияет на приливы и отливы, хотя оно имеет примерно половину эффекта Луны. Однако самые большие приливы, называемые весенними приливами, происходят, когда Земля, Луна и Солнце выровнены. Наименьшие приливы, называемые непрямыми приливами, происходят, когда Солнце находится под углом 90º к центру Земли и Луны.
Рис. 6. (a, b) Весенние приливы: самые высокие приливы происходят, когда Земля, Луна и Солнце совпадают.(c) Непрерывный прилив: самые низкие приливы происходят, когда Солнце находится под углом 90º к линии выравнивания Земля-Луна. Обратите внимание, что этот рисунок не в масштабе.
Приливы не являются уникальными для Земли, но происходят во многих астрономических системах. Самые экстремальные приливы возникают там, где сила гравитации наиболее велика и изменяется наиболее быстро, например, около черных дыр (см. Рисунок 7). Несколько вероятных кандидатов в черные дыры были обнаружены в нашей галактике. Они имеют массу больше Солнца, но имеют диаметр всего несколько километров.Приливные силы рядом с ними настолько велики, что могут фактически оторвать материю от звезды-компаньона.
Рис. 7. Черная дыра — это объект с такой сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть его. Эта черная дыра была создана сверхновой одной звезды в двухзвездной системе. Приливные силы, создаваемые черной дырой, настолько велики, что отрывают материю от звезды-компаньона. Это вещество сжимается и нагревается, когда оно всасывается в черную дыру, создавая свет и рентгеновские лучи, наблюдаемые с Земли.
«Невесомость» и микрогравитация
В отличие от огромной гравитационной силы около черных дыр, это видимое гравитационное поле, которое испытывают астронавты, вращающиеся вокруг Земли. Как влияет «невесомость» на космонавта, который месяцами находится на орбите? А как насчет влияния невесомости на рост растений? Невесомость не означает, что на космонавта не действует сила гравитации. На орбите космонавта нет «невесомости».Этот термин просто означает, что космонавт находится в свободном падении, ускоряясь с ускорением свободного падения. В случае обрыва троса лифта пассажиры внутри окажутся в свободном падении и испытают невесомость. На некоторых аттракционах в парках развлечений можно испытать непродолжительные периоды невесомости.
Рис. 8. Астронавты в невесомости на борту Международной космической станции. (кредит: НАСА)
Микрогравитация относится к среде, в которой кажущееся чистое ускорение тела мало по сравнению с ускорением, создаваемым Землей на его поверхности.Многие интересные темы биологии и физики были изучены за последние три десятилетия в условиях микрогравитации. Непосредственное беспокойство вызывает влияние на астронавтов длительного пребывания в космическом пространстве, например, на Международной космической станции. Исследователи заметили, что в этой среде мышцы атрофируются (истощаются). Также происходит соответствующая потеря костной массы. Продолжаются исследования по адаптации сердечно-сосудистой системы к космическим полетам. На Земле кровяное давление обычно выше в ногах, чем в голове, потому что более высокий столб крови оказывает на него нисходящую силу из-за силы тяжести.Когда вы стоите, 70% вашей крови находится ниже уровня сердца, в то время как в горизонтальном положении происходит прямо противоположное. Какая разница в отсутствии этого перепада давления на сердце?
Некоторые открытия в области физиологии человека в космосе могут иметь клиническое значение для лечения болезней на Земле. С другой стороны, космические полеты, как известно, влияют на иммунную систему человека, что, возможно, делает членов экипажа более уязвимыми для инфекционных заболеваний. Эксперименты, проведенные в космосе, также показали, что некоторые бактерии в условиях микрогравитации растут быстрее, чем на Земле.Однако следует отметить, что исследования показывают, что производство микробных антибиотиков может увеличиваться в два раза в культурах, выращиваемых в космосе. Можно надеяться, что сможем понять эти механизмы, чтобы добиться аналогичных успехов на местах. В другой области физических космических исследований в космическом пространстве были выращены неорганические кристаллы и кристаллы белка, которые имеют гораздо более высокое качество, чем любые, выращенные на Земле, поэтому кристаллографические исследования их структуры могут дать гораздо лучшие результаты. Растения эволюционировали под действием силы тяжести и датчиков силы тяжести.Корни растут вниз, а побеги вверх.
Растения могут быть в состоянии обеспечить систему жизнеобеспечения для длительных космических полетов, регенерируя атмосферу, очищая воду и производя пищу. Некоторые исследования показали, что на рост и развитие растений не влияет сила тяжести, но все еще существует неопределенность в отношении структурных изменений растений, выращенных в условиях микрогравитации.
Эксперимент Кавендиша: тогда и сейчас
Как отмечалось ранее, универсальная гравитационная постоянная G определяется экспериментально.Это определение впервые было дано Генри Кавендишем (1731–1810), английским ученым, в 1798 году, более чем через 100 лет после того, как Ньютон опубликовал свой универсальный закон всемирного тяготения. Измерение G очень простое и важное, потому что оно определяет силу одной из четырех сил в природе. Эксперимент Кавендиша был очень трудным, потому что он измерил крошечное гравитационное притяжение между двумя массами обычного размера (максимум десятки килограммов), используя прибор, подобный показанному на рисунке 9.2} {G} \\ [/ латекс].
Итак, M можно вычислить, потому что все величины справа, включая радиус Земли r , известны из прямых измерений. Позже мы увидим, что знание G также позволяет определять астрономические массы. Интересно, что из всех фундаментальных констант в физике G определена наименее точно. Эксперимент Кавендиша также используется для исследования других аспектов гравитации. Один из самых интересных вопросов заключается в том, зависит ли сила тяжести от вещества, а также от массы — например, действует ли один килограмм свинца такое же гравитационное притяжение, что и один килограмм воды.Венгерский ученый по имени Роланд фон Этвеш стал пионером этого исследования в начале 20 века. Он обнаружил с точностью до пяти частей на миллиард, что сила гравитации не зависит от вещества. Такие эксперименты продолжаются и сегодня, они улучшили измерения Этвёша. Эксперименты типа Кавендиша, такие как эксперименты Эрика Адельбергера и других из Вашингтонского университета, также наложили серьезные ограничения на возможность существования пятой силы и подтвердили главное предсказание общей теории относительности — что гравитационная энергия вносит вклад в массу покоя.В текущих измерениях используются торсионные весы и параллельная пластина (а не сферы, как использовал Кавендиш), чтобы изучить, как действует закон всемирного тяготения Ньютона на субмиллиметровых расстояниях. В таком мелком масштабе отклоняются ли гравитационные эффекты от закона обратных квадратов? Пока никаких отклонений не наблюдается.
Рис. 9. Кавендиш использовал подобное устройство для измерения гравитационного притяжения между двумя подвешенными сферами (m) и двумя на подставке (M), наблюдая за величиной скручивания (скручивания), создаваемого в волокне.Расстояние между массами можно варьировать, чтобы проверить зависимость силы от расстояния. Современные эксперименты этого типа продолжают исследовать гравитацию.
Сводка раздела
- Универсальный закон всемирного тяготения Ньютона: каждая частица во Вселенной притягивает каждую другую частицу с силой вдоль соединяющей их линии. Сила прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. {2}} \\ [/ latex], где F — величина силы тяжести. G — гравитационная постоянная, равная G = 6,673 × 10 −11 Н · м 2 / кг 2 .
- Закон всемирного тяготения Ньютона применяется повсеместно.
Концептуальные вопросы
- Действие на расстоянии, такое как гравитация, когда-то считалось нелогичным и, следовательно, неверным. Что является решающим фактором истины в физике и почему это действие в конечном итоге было принято?
- Два друга разговаривают.Анна говорит, что спутник на орбите находится в свободном падении, потому что спутник продолжает падать на Землю. Том говорит, что спутник на орбите не находится в свободном падении, потому что ускорение свободного падения не равно 9,80 м / с 2 . С кем вы согласны и почему?
- Нарисуйте схему свободного тела для спутника на эллиптической орбите, показывающую, почему его скорость увеличивается по мере приближения к своему родительскому телу и уменьшается по мере удаления.
- Законы движения и гравитации Ньютона были одними из первых, кто убедительно продемонстрировал лежащую в основе простоту и единство природы.С тех пор было обнаружено множество других примеров, и теперь мы ожидаем найти такой лежащий в основе порядок в сложных ситуациях. Есть ли доказательства того, что такой порядок всегда будет найден в новых исследованиях?
Задачи и упражнения
- (a) Вычислите массу Земли, учитывая ускорение свободного падения на Северном полюсе, равное 9,830 м / с 2 и радиус Земли 6371 км от полюса к полюсу. (b) Сравните это с принятым значением 5,979 × 10 24 кг.
- (a) Рассчитайте величину ускорения свободного падения на поверхности Земли, вызванного Луной. (b) Рассчитайте величину ускорения свободного падения на Земле, вызываемого Солнцем. (c) Возьмите отношение ускорения Луны к ускорению Солнца и прокомментируйте, почему приливы в основном связаны с Луной, несмотря на это число.
- (а) Что такое ускорение свободного падения на поверхности Луны? б) На поверхности Марса? Масса Марса составляет 6,418 × 10 23 кг, а его радиус равен 3.38 × 10 6 м.
- (a) Рассчитайте ускорение свободного падения на поверхности Солнца. б) Во сколько раз увеличился бы ваш вес, если бы вы могли стоять на Солнце? (Неважно, что вы не можете.)
- Луна и Земля вращаются вокруг своего общего центра масс, который находится примерно в 4700 км от центра Земли. (Это 1690 км ниже поверхности.) (A) Вычислите величину ускорения, вызванного гравитацией Луны в этой точке. (b) Рассчитайте величину центростремительного ускорения центра Земли, когда он вращается вокруг этой точки один раз в лунный месяц (около 27.{2}} {r} \\ [/ латекс].
- Астрология, эта маловероятная и туманная псевдонаука, во многом определяет положение планет в момент рождения. Единственная известная сила, которую планета оказывает на Землю, — это гравитация. (a) Рассчитайте величину силы тяжести, приложенной к ребенку массой 4,20 кг со стороны отца массой 100 кг на расстоянии 0 200 м при рождении (он помогает, поэтому находится близко к ребенку). (б) Вычислите величину силы, действующей на младенца со стороны Юпитера, если он находится на самом близком расстоянии от Земли, около 6.29 × 10 11 м. Как сила Юпитера на младенце сравнивается с силой отца на младенце? Другие объекты в палате и в здании больницы также обладают аналогичными гравитационными силами. (Конечно, может действовать неизвестная сила, но сначала ученым нужно убедиться, что есть даже эффект, не говоря уже о том, что его вызывает неизвестная сила.)
- Существование карликовой планеты Плутон было предложено на основании неоднородностей орбиты Нептуна. Впоследствии Плутон был обнаружен рядом с его предсказанным положением.Но теперь выясняется, что открытие было случайным, потому что Плутон маленький, а нарушения орбиты Нептуна были малоизвестны. Чтобы проиллюстрировать, что Плутон оказывает незначительное влияние на орбиту Нептуна по сравнению с ближайшей к Нептуну планетой: (a) Вычислите ускорение свободного падения на Нептуне, вызванное Плутоном, когда они находятся на расстоянии 4,50 × 10 12 м друг от друга, как и они в настоящий момент. Масса Плутона составляет 1,4 × 10 22 кг. (b) Вычислите ускорение свободного падения у Нептуна, вызванное Ураном, в настоящее время около 2.50 × 10 12 м друг от друга, и сравните это с Плутоном. Масса Урана 8,62 × 10 25 кг.
- (a) Солнце обращается вокруг галактики Млечный Путь один раз за 2,60 × 10 8 y, с примерно круговой орбитой со средним радиусом 3,00 × 10 4 световых лет. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за 1 год.) Вычислите центростремительное ускорение Солнца на его галактической орбите. Поддерживает ли ваш результат утверждение, что почти инерциальная система отсчета может быть расположена на Солнце? (б) Рассчитайте среднюю скорость Солнца по галактической орбите.Вас удивит ответ
- Необоснованный результат. Гора в 10 км от человека оказывает на него гравитационную силу, равную 2,00% его веса. (а) Рассчитайте массу горы. б) Сравните массу горы с массой Земли. (c) Что необоснованного в этих результатах? (d) Какие посылки необоснованны или противоречивы? (Обратите внимание, что точные гравитационные измерения могут легко обнаружить влияние близлежащих гор и изменения в местной геологии.)
Глоссарий
гравитационная постоянная, G : коэффициент пропорциональности, используемый в уравнении универсального закона всемирного тяготения Ньютона; это универсальная константа, то есть считается, что она одинакова везде во Вселенной
центр масс: точка, в которой вся масса объекта может считаться сосредоточенной
микрогравитация: среда, в которой кажущееся чистое ускорение тела мало по сравнению с ускорением, создаваемым Землей на ее поверхности
Универсальный закон тяготения Ньютона: каждая частица во Вселенной притягивает каждую другую частицу с силой вдоль соединяющей их линии; сила прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними
Избранные решения проблем и упражнения
1.а) 5,979 × 10 24 кг; (b) Это идентично лучшему значению до трех значащих цифр.
3. (а) 1,62 м / с 2 ; (б) 3,75 м / с 2
5. (а) 3,42 × 10 −5 м / с 2 ; (б) 3,34 × 10 −5 м / с 2 ; Значения почти идентичны. Можно было бы ожидать, что гравитационная сила будет такой же, как центростремительная сила в ядре системы.
7. а — 7.01 × 10 –7 N; (б) 1.35 × 10 –6 N, 0.521
9. (а) 1,66 × 10 –10 м / с 2 ; (б) 2,17 × 10 5 м / с
10. (а) 2,94 × 10 17 кг; (б) 4,92 × 10 –8 массы Земли; c) масса горы и ее часть массы Земли слишком велики; (d) Предполагается, что сила тяжести, создаваемая горой, слишком велика.
Какие четыре основные силы природы?
Из областей QED и квантовой хромодинамики или QCD , области физики, которая описывает взаимодействия между субатомными частицами и ядерными силами, мы видим, что многие из сил передаются объектами, обменивающимися частицами, называемыми калибровочными частицами. или калибровочных бозонов .Эти объекты могут быть кварками, протонами, электронами, атомами, магнитами или даже планетами. Итак, как обменивающиеся частицы передают силу? Представьте себе двух фигуристов, стоящих на некотором расстоянии друг от друга. Если один фигурист бросает мяч другому, фигуристы будут отдаляться друг от друга. Аналогичным образом действуют и силы.
Физики изолировали калибровочные частицы для большинства сил. Сильное взаимодействие использует пионов и другую частицу, называемую глюоном . Слабая сила использует W и Z-бозоны .Электромагнитная сила использует фотонов . Считается, что гравитацию передает частица под названием гравитон ; однако гравитоны пока не обнаружены. Некоторые калибровочные частицы, связанные с ядерными силами, обладают массой, а другие — нет (электромагнетизм, гравитация). Поскольку электромагнитная сила и гравитация могут действовать на огромных расстояниях, например световых годах, их калибровочные частицы должны иметь возможность перемещаться со скоростью света, возможно, даже быстрее для гравитонов. Физики не знают, как передается гравитация.Но согласно специальной теории относительности Эйнштейна, никакой объект с массой не может перемещаться со скоростью света, поэтому имеет смысл считать фотоны и гравитоны безмассовыми калибровочными частицами. Фактически, физики твердо установили, что фотоны не имеют массы.
Какая сила самая могущественная из всех? Это была бы сильная ядерная сила. Однако он действует только на небольшом расстоянии, примерно размером с ядро. Слабое ядерное взаимодействие в одну миллионную меньше сильного ядерного взаимодействия и имеет еще меньший радиус действия, меньше диаметра протона.Электромагнитная сила примерно на 0,7% сильнее сильной ядерной силы, но имеет бесконечный диапазон, потому что фотоны, несущие электромагнитную силу, движутся со скоростью света. Наконец, гравитация — самая слабая сила, примерно в 6 x 10 -29 раз больше, чем сильное ядерное взаимодействие. Однако гравитация имеет бесконечный диапазон.
Физики в настоящее время исследуют идеи о том, что четыре фундаментальные силы могут быть связаны и что они возникли из одной силы на раннем этапе существования Вселенной.Идея не беспрецедентна. Когда-то мы думали об электричестве и магнетизме как об отдельных сущностях, но работы Эрстеда, Фарадея, Максвелла и других показали, что они связаны. Теории, которые связывают фундаментальные силы и субатомные частицы, соответственно называются теориями великого объединения . Подробнее о них дальше.
Ученые, возможно, открыли пятую фундаментальную «силу природы», они называют ее X17- Technology News, Firstpost
tech3 News Staff 28 ноября 2019 г. 09:32:13 IST
Пока что, Ученые — особенно физики — проводят исследования, предполагая, что физический мир стоит на четырех столпах — четырех силах, которые контролируют мир природы.Если вы думали «земля, ветер, вода, огонь», попробуйте еще раз.
Силами, управляющими миром и, в более широком смысле, видимой Вселенной, являются гравитация, электромагнетизм, слабые ядерные силы и сильные ядерные силы. Исследования ученых из Института ядерных исследований Венгерской академии наук (Атомки) могут указывать на другую, ранее не обнаруженную «силу» в природе. Они «наблюдали», как энергичный (возбужденный) атом гелия выделяет энергию, испуская свет, прежде чем вернуться в невозбужденное состояние.Во время этого процесса частицы, казалось, разделялись под необычным углом при повторных исследованиях — всегда под углом 115 градусов.
Это явление с участием гелия не имеет подходящего объяснения на основе четырех известных сил, которые управляют миром природы.
Результат фотонных экспериментов из исследования CERN 2012 года, в котором была предложена частица, которая могла быть частицей Хиггса. Изображение предоставлено: CERN / CMS
Это также не первый раз, когда ученые заявляют о проблеске предлагаемой «пятой силы» в действии.Несколько лет назад та же исследовательская группа наблюдала распад изотопа бериллия , что побудило их исследовать то же самое с более легким атомом, таким как гелий. Их находки показали, что частицы были выпущены атомами бериллия-8 (радиоактивными) под углом 140 градусов, что было странно и ново.
«Мы представили такую новую частицу, которую раньше никто не видел, и [чье] существование не могло быть понято с помощью широко принятой« Стандартной модели »физики элементарных частиц, поэтому она подверглась тщательному анализу», — говорит ведущий автор исследования Аттила Краснахоркай, сообщил CNN по электронной почте .
Моделирование распада бозона Хиггса на четыре мюона в ЦЕРНе в 1990 г. Изображение: Getty / CERN
У этих старых и новых наблюдений было нечто общее: если свет, испускаемый возбужденным атомом, достаточно энергичен, он трансформируется в электрон и позитрон, оба из которых отталкиваются друг от друга под предсказуемым углом, а затем уменьшаются. Если закон сохранения энергии чему-то нас научил, так это тому, что чем больше световой энергии выделяется парой частиц, тем меньше должен быть угол между ними.Есть исключения в и случаях, но в основном это считается «нормальным поведением» для возбужденного атома.
Ученые полагают, что сила, скорее всего, связана с частицами, переносимыми самими атомами, которые они называют «X17». Он получил название «X17» из-за его расчетной массы в 17 мегаэлектронвольт, сообщил Краснахоркай CNN . «X17 может быть частицей, которая связывает наш видимый мир с темной материей», — сказал он в электронном письме.
Исследование, проведенное командой в 2016 году, показалось надежным и привлекло внимание многих исследователей со всего мира, которые указали им на возможность того, что за аномалию может быть ответственна совершенно новая частица.Физики-ядерщики отовсюду пытались проделать дыры в работе венгров. Пока что они, похоже, потерпели неудачу.
Скопление галактик под названием Abell S1063 было замечено космическим телескопом Хаббла НАСА / ЕКА несколько лет назад. Огромная масса скопления, содержащего как барионную, так и темную материю, действует как космическое увеличительное стекло и деформирует объекты за ним. В прошлом астрономы использовали этот эффект гравитационного линзирования для расчета распределения темной материи в скоплениях галактик.Однако более точный и быстрый способ — изучить свет внутри скопления (видимый синим цветом), который следует за распределением темной материи. Изображение: ESA
«Некоторые очень известные физики-ядерщики проделали это упражнение», — сказал Джонатан Фенг, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвине, который годами следил за работой группы и считает, что ее исследования превращаются в настоящие. чейнджер. По его мнению, команда готовится выиграть «простую Нобелевскую премию», если результаты удастся повторить.
X17, если это подтвердится, будет не просто старой частицей — его характеристики предполагают, что это совершенно новый вид фундаментального бозона , который ранее не изучался. Это было бы интересным открытием, потому что известно, что три из четырех известных сил, управляющих миром природы, имеют бозоны-переносчики, которые помогают в физике притяжения и отталкивания объектов. Например, сила тяжести предположительно переносится гипотетической частицей под названием гравитон , которую ученые предсказали, но еще не обнаружили.
Исследование 2016 года было раскуплено респектабельным журналом Physical Review Letters , в то время как текущее исследование все еще ожидает тщательного рецензирования. Результаты предварительно опубликованы на сайте arXiv , где они открыты для изучения другими специалистами в этой области перед публикацией.
Вселенная со временем расширяется и под действием гравитации создаст космическую паутину подобных структур. Сеть содержит как темную, так и обычную материю.Изображение: Университет Западного Вашингтона
Невидимое притяжение темной материи — один из самых болезненных вопросов современной астрофизики, который может коренным образом изменить то, как мы видим Вселенную и взаимодействуем с ней. Ученые надеются, что новая фундаментальная частица в природе может указать на решение, которого отчаянно жаждало физическое сообщество.
