Что такое гравитация и как она работает, простыми словами

Люди с древности задумывались о том, какая сила притягивает предметы к Земле. Явление гравитации пытались объяснить такие великие умы, как Ньютон и Эйнштейн, но до сих пор оно остается не до конца изученным

Гравитация (от лат. gravis, «тяжелый») — это сила, которая притягивает два тела друг к другу. Все, что имеет материю, то есть все, к чему можно прикоснуться, имеет также гравитационное притяжение. Гравитация является одной из четырех фундаментальных сил во Вселенной наряду с электромагнетизмом, а также сильными и слабыми ядерными взаимодействиями. Хотя это самая слабая сила, она наиболее видима. Из-за работы гравитационной силы люди могут ходить по Земле, а планеты — вращаться по орбите вокруг Солнца.

Степень гравитации любого объекта пропорциональна его массе. Таким образом, объекты с большей массой имеют большую гравитацию. Поскольку Земля является самым крупным и ближайшим объектом вокруг, то все предметы и объекты притягивается к ней.

Например, яблоки падают на землю, а не притягиваются, к примеру, к голове человека.

Луна притягивается к Земле как к объекту с большей массой (Фото: Shutterstock)

Расстояние также влияет на гравитацию. Чем дальше объект, тем гравитационное притяжение слабее.

Древние ученые, пытавшиеся описать мир, придумали собственные объяснения того, почему предметы падают на землю. Древнегреческий философ Аристотель утверждал, что объекты имеют естественную тенденцию двигаться к центру Вселенной, который, по его мнению, находился в середине Земли.

Однако поляк Николай Коперник в XVI веке понял, что траектории планет на небе определяются положением Солнца, которое и является центром Солнечной системы. Век спустя британский математик и физик Исаак Ньютон расширил идеи Коперника и пришел к выводу, что, поскольку Солнце притягивает планеты, все объекты притягиваются друг к другу.

В наши дни действующей теорией, описывающей гравитацию, является общая теория относительности Эйнштейна.

Классическая теория тяготения Ньютона

Английский физик Исаак Ньютон рассказывал, что идея о всемирном тяготении пришла ему в голову на прогулке. Он шел по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел Луну в дневном небе, а затем — как с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон к тому моменту уже работал над законами движения и понимал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Он также знал, что Луна не занимает статичную позицию в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, то есть, на нее воздействует какая-то сила, которая не дает спутнику улететь в космос. Физик понял, что, возможно, на яблоко и Луну действует одна и та же сила.

Предшественники Ньютона рассуждали иначе. Итальянский физик Галилео Галилей считал, что на Земле действует природное притяжение. Немецкий астроном Иоганн Кеплер полагал, что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, чем на Земле.

Ньютон же объединил эти два типа гравитации в своем сознании.

Закон всемирного тяготения Ньютона, сформулированный им в 1687 году, гласит, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Он выражен математическим уравнением: если M и m — массы двух тел, а r — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна F = GMm/r², где G — гравитационная постоянная, равная силе, с которой действуют друг на друга тела с массами в 1 кг каждое, находясь на расстоянии в 1 метр друг от друга. Уравнение гласит, что сила (F) пропорциональна массам двух объектов, разделенным на квадрат расстояния между ними. Из него следует, что чем массивнее объекты, тем больше сила притяжения между ними, но чем дальше они друг от друга, тем слабее притяжение.

Закон гравитации Ньютона (Фото: praxilabs.

com)

Действие закона распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. Сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. На каждого человека действует сила земного притяжения, которая ощущается как вес.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что не только Земля притягивает яблоко, но и яблоко притягивает Землю. Но огромная масса Земли означает, что требуется гораздо больше силы, чтобы сдвинуть ее на ощутимую величину, поэтому яблоко падает, а Земля остается практически неподвижной. То же самое верно и в более широком контексте. Каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект, и чем он ближе и массивнее, тем больше его гравитационная сила.

По Ньютону, сила притяжения действует на любых расстояниях и мгновенно. Однако самая большая скорость в мире — скорость света, а для преодоления больших расстояний свету нужно не мгновение, а несколько секунд и иногда даже лет. 2. Чтобы получить точное значение, ученые должны разработать невероятно чувствительное оборудование.

Немецко-американский физик Альберт Эйнштейн произвел следующую революцию в нашем понимании гравитации. Его общая теория относительности показала, что гравитация возникает из-за искривления пространства-времени, а это означает, что даже лучи света, которые должны следовать этой кривизне, преломляются чрезвычайно массивными объектами. В рамках его теории гравитация рассматривается не как сила, которая действует на тела, но как искривление пространства и времени под действием массы и энергии.

Теории Эйнштейна использовались для предположений о существовании черных дыр — небесных объектов с такой большой массой, что даже свет не может выйти из-под их поверхности. Вблизи черной дыры закон всемирного тяготения Ньютона уже не может точно описать, как движутся объекты.

Теория, которую Эйнштейн опубликовал в 1915 году, расширила его специальную теорию относительности, которую ученый разработал за десятилетие до этого.

Специальная теория относительности утверждала, что пространство и время неразрывно связаны, но эта теория не признавала существование гравитации.

В своей специальной теории относительности Эйнштейн определил, что законы физики одинаковы для всех наблюдателей, не движущихся с ускорением, и показал, что скорость света в вакууме одинакова независимо от скорости, с которой движется наблюдатель. В результате он обнаружил, что пространство и время переплетаются, и события, происходящие в одно и то же время для одного наблюдателя, могут происходить в разное время для другого.

Разрабатывая уравнения своей общей теории относительности, Эйнштейн понял, что массивные объекты вызывают искажение пространства-времени. Представьте, что вы устанавливаете большой объект в центре батута. Объект вдавливался в ткань, вызывая появление ямочек. Если затем попытаться катить шарик по краю батута, он будет двигаться по спирали внутрь к этому объекту.

Вращение тяжелого объекта, такого как Земля, должно скручивать и искажать пространство-время вокруг него. В 2004 году NASA запустило гравитационный зонд Gravity Probe B. По данным агентства, оси точно откалиброванных гироскопов спутника с течением времени очень незначительно дрейфовали, что соответствует теории Эйнштейна.

Эйнштейн предсказал, что такие события, как столкновение двух черных дыр, создают рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны. А в 2016 году Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) объявила, что впервые определила такой сигнал. Гравитационная волна была вызвана столкновением двух черных дыр массой в 29 и 36 раз больше массы Солнца. После этого они слились в одну большую черную дыру. Это произошло, предположительно, 1,3 млрд лет назад.

Гравитационные волны, создаваемые двумя сталкивающимися черными дырами (Фото: Р. Хёрт / Caltech-JPL)

С тех пор LIGO и ее европейский аналог Virgo обнаружили в общей сложности 50 гравитационно-волновых событий.

Чему равна сила гравитации

Гравитационное поле Земли — это поле силы тяжести, которое образуется из-за силы тяготения Земли и центробежной силы, вызванной ее суточным вращением.

Сила тяжести на поверхности Земли варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах. В приблизительных расчетах значение обычно принимают равным 9,81; 9,8 или 10 м/с². Однако оно учитывает только силу тяжести и не учитывает центробежную силу, возникающую за счет вращения Земли. При подъеме тела над поверхностью Земли значение уменьшается.

NASA в рамках проекта GRACE создало визуализацию гравитационных аномалий на Земле. Красным цветом показаны области, где гравитация сильнее, а синим — где она слабее стандартных значений (Фото: NASA)

Французские ученые утверждают, что различие в гравитационной постоянной в различных регионах нашей планеты зависит от величины напряженности магнитного поля Земли. Они предположили, что такое влияние может объясняться наличием дополнительных и скрытых для непосредственного наблюдения измерений пространства. Ученые подсчитали, что земное тяготение будет сильнее в тех местах, где сильнее магнитное поле. Таким образом, своих максимальных значений оно достигает в районах северного и южного магнитных полюсов. Они не совпадают с географическими полюсами. Так, северный магнитный полюс располагается в границах нынешней канадской Арктики, а южный лежит на краю Антарктиды.

Если принимать значение гравитации на Земле за единицу, то на Солнце оно будет равно 27,9, на Меркурии — 0,37, на Венере — 0,9, на Луне — 0,16, на Марсе — 0,37, на Юпитере — 2,6. Таким образом, если человек, который на Земле весит 60 кг, взвесится на Юпитере, то весы покажут 142 кг.

Космонавты на орбите также испытывают микрогравитацию. Они как бы бесконечно падают вместе с кораблем, в котором находятся.

Современное представление о гравитации

Научные исследования в области гравитации продолжаются. Теория относительности Эйнштейна объясняет некоторые аномалии в ньютоновской гравитации; однако открытия в атомной, ядерной физике и физике элементарных частиц показали, что ее нельзя отнести к взаимодействиям в квантовой физике. Проще говоря, эйнштейновская теория не работает в микромире. В связи с этим получило развитие направление «квантовой гравитации» или квантового описания гравитационного взаимодействия.

Однако теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности — опираются на разные наборы принципов. Первая описывает временну́ю эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. Во второй внешнего пространства-времени вообще нет — оно само является динамической переменной в теории.

В квантовой гравитации развиваются два основных направления — это теория струн и петлевая квантовая гравитация. В первой теории вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны.

Во второй делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Это маленькие квантовые ячейки пространства, которые определенным способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают дискретную структуру пространства, а в больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Предполагается, что именно петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, который предшествовал образованию Вселенной.

Сотрудники Университета штата Пенсильвания с 1980-х годов разрабатывают парадигму, основанную на представлении о петлевой квантовой гравитации. Она описывает все современные крупные структуры во Вселенной как квантовые флуктуации пространства-времени, имевшие место при рождении мира.

Существующая теория Большого взрыва, как уже говорилось, не объясняет, что было до зарождения Вселенной. Ученые из Пенсильвании придерживаются альтернативной гипотезы Большого отскока, согласно которой текущая расширяющаяся Вселенная возникла из распада предыдущей вселенной. Для описания этого состояния они объединили квантовую механику и теорию относительности. Авторы работы утверждают, что смогли описать космическое излучение, которое возникло непосредственно после зарождения Вселенной. Они заявили, что в эйнштейновскую ткань пространства-времени вплетены квантовые нити. Именно это в будущем может позволить объяснить, почему галактики и материя распространены во Вселенной неравномерно.

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это противоречит предсказаниям общей теории относительности, согласно которой гравитация должна замедлять расширение. Чтобы объяснить это явление, космологи начали ссылаться на «темную энергию», силу, которая составляет почти три четверти материи и энергии во Вселенной и поэтому раздвигает ее. Но происхождение темной энергии по сей день остается загадкой. Некоторые исследователи пытаются объяснить ускорение расширения Вселенной без темной энергии, предполагая, что если общая теория относительности неверна, а гравитация ослабевает в космических масштабах. Но до сих пор никто не придумал способ проверить данную теорию.

Существует и такое понятие как антигравитация — предполагаемое противодействие, которое гасит или даже превышает гравитационное притяжение путем отталкивания.

Нынешний подход к антигравитации заключается в том, чтобы освободить объект от действия силы тяжести, чтобы он какое-то время не был подвержен гравитации. Например, полет человека в аэродинамической трубе обеспечивается за счет того, что силе тяжести противодействует поток воздуха.

Полет в аэротрубе (Фото: FlyStation)

Пока вопрос существования антигравитации как самостоятельного явления остается открытым, так как само явление гравитации только изучается.

Как преодолеть гравитацию

Чтобы преодолеть силу гравитации Земли, тело должно иметь скорость, равную 7,91 км/с. Это первая космическая скорость. Ее достаточно, чтобы объект двигался по орбите вокруг планеты. Чтобы вырваться из гравитационного поля Земли, космический корабль должен иметь скорость не менее 11,2 км/с. Это вторая космическая скорость. Чтобы выйти за гра­ни­цу сфе­ры зем­но­го при­тя­же­ния, которая заканчивается на рас­стоя­нии около 930 тыс. км от Зем­ли, ско­рость объ­ек­та долж­на со­став­лять около 16,6 км/с. Это третья космическая скорость.

Если бы не было гравитации

В соответствии с вышеприведенными законами физики на практике такая ситуация невозможна.

Бывший астронавт NASA, физик Джей Баки, отмечает, что наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Когда сила тяжести почти исчезает (например, на борту МКС), организм начинает перестраиваться. За время миссий в космосе члены экипажей кораблей теряют костную массу и мышечный тонус, а также чувство равновесия.

Доктор Кевин Фонг добавляет, что количество эритроцитов в организме падает, что приводит к так называемой космической анемии. При этом раны заживают дольше, а также снижается иммунитет, наблюдаются проблемы со сном. Таким образом, в отсутствие гравитации мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды развивались бы иначе.

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании предположил, что в отсутствие гравитации Земля начала бы вращаться с большой угловой скоростью как раскручиваемая над головой веревка. Таким образом, любые объекты на планете улетели бы прямо в космос, как и вода с атмосферой. Только укрепленные строения могли бы какое-то время держаться на поверхности Земли.

В конечном счете отсутствие гравитации разрушит саму планету. Земля развалится на части, которые разлетятся в разные стороны.

Похожий пример, но с Солнцем, приводит канал Discovery News в своем видео.

Что произойдет, если гравитации не станет

Без гравитации не осталось бы ни звезд, ни планет, а Вселенная стала бы смесью рассеянных атомов и молекул.

Возможна ли искусственная гравитация

Когда человек оказывается в космосе, далеко от гравитационных воздействий, испытываемых на поверхности Земли, он переживает невесомость. Хотя все массы Вселенной продолжат притягивать его, они продолжат притягивать и космический корабль, поэтому человек как бы «плавает» внутри него. В связи с этим возникает вопрос — как создать условия искусственной гравитации, при которых человек сможет не летать, а спокойно ходить по космическому кораблю?

Пока нужный эффект можно получить только через ускорение. В случае с космическим кораблем — заставить его вращаться. Тогда можно можно получить центробежную тягу, как на Земле. Но для путешествия в другую звездную систему придется ускорять корабль по пути туда и замедлять по прибытии обратно. Человеческий организм вряд ли сможет перенести такие нагрузки. Например, чтобы разогнаться до «импульсной скорости» как в фильме «Звездный путь», до нескольких процентов от скорости света, то пришлось бы выдержать ускорение в 4000 g (единиц ускорения, вызванного гравитацией) в течение часа. Это в 100 раз больше ускорения, которое предотвращает ток крови в теле человека. В Роскосмосе изучают идею встроенной центрифуги на борту корабля, в которую космонавты смогут периодически заходить, чтобы испытывать силу тяжести и снижать негативные последствия от пребывания в невесомости.

Кадр из фильма «Звездный путь» (Фото: YouTube)

Предполагалось, что искусственная гравитация возможна при отрицательной гравитационной массе, которая, как ожидалось, свойственна антиматерии. Однако Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) обнаружила, что инертная масса антипротона («зеркального отражения» протона, который отличается знаками всех характеристик физического взаимодействия) совпадает с массой протона. Если бы гравитация действовала на антипротоны как-то иначе, то физики заметили бы разницу. Получается, что действие гравитации на антипротоны и протоны совпадает. Кроме того, в ЦЕРН получили антиводород — первую стабильную форму антиматерии. Но ее изучают, и пока сдвигов в теории антиматерии нет.

Что такое гравитация

Содержание страницы:

• Гравитация от Эйнштейна
• Небесная механика
• Гравитационные волны
• Гравитон
• Квантовая гравитация
• Сильные гравитационные поля
• Гравитационный коллапс
• Некоторые парадоксы

Гравитация — это «искривление» пространства. Чем больше масса, тем большее «искривление» пространства и, следовательно, в это «искривление» «скатываются» более легкие объекты. Все объекты, обращающиеся вокруг Солнца, удерживаются на своих орбитах с помощью гравитации. Но она не только выполняет функции некоей привязи, но ещё и стала той силой, что создала эти объекты. Сила тяготения не позволяет планетам выбирать путь по своему усмотрению, закольцевав их орбиты. Но зависимость от этой силы уменьшается экспоненциально – при удалении в два раза, воздействие ослабляется в четыре раза, а утроение удаления ослабляет силу уже в девять раз.

Ньютон напрямую ассоциировал гравитацию с силой тяжести. К телу приложена сила тяжести, источником которой является иное тело (или тела), а гравитационного поля, как такового, просто не существует. Поскольку гравитация относится к прямому взаимодействию тел, то и определяется она Законом всемирного тяготения. Гравитационному полю придан условный характер, необходимый лишь для расчётов. Для земных условий это вполне допустимо.

Гравитация от Эйнштейна

Гравитационное воздействие описывал ещё Аристотель. Он полагал, что скорость падения предмета зависима от его массы. Но лишь Галилей смог понять, что любое тело имеет равное значение ускорения. А Эйнштейн развил это утверждение в своей теории относительности, описав гравитацию с понятием геометрии пространства-времени.

В классическом представлении сила гравитационного взаимодействия двух точек имеет вид зависимости массы этих точек от расстояния в квадрате между ними. Чем больше тело, тем большее гравитационное поле оно может создать.

Хотя гравитация – взаимодействие очень слабое, но действие её распространяется на любые расстояния.

Гравитационное притяжение универсально по характеру воздействия на материю, нет объектов, не имеющих его. Эйнштейн постулировал, что гравитационные эффекты обуславливаются не силовыми влияниями тела или поля, находящегося в пространстве-времени, а изменениями в самом пространстве-времени. Всё это происходит из-за наличия массы-энергии. По теории Эйнштейна, масса и энергия – это единый параметр тел. Их связывает всем известная формула: Е = m•с² Два массивных тела, взаимодействуя между собой, будут искривлять пространство. Но почему происходит это искривление, Эйнштейн ответа дать не смог. Гравитация, в силу своей глобальности, отвечает за явления крупных масштабов. Это галактические структуры, чёрные дыры, расширяющаяся Вселенная. Но и простые факты астрономии, – планетные орбиты, земное притяжение, падение тел, – тоже зависимы от гравитации.

Небесная механика

Эта часть механики изучает движение тел, находящихся в ничем не заполненном пространстве, на которые действует только гравитация. Самая простая задача раздела – обоснование гравитационного влияния двух тел, точечных или сферических, в пустом пространстве. Если же тел, которые взаимодействуют друг на друга, большее количество, задача усложняется. Численное решение приводит к неустойчивости решений от начальных условий. То есть, применив её к нашей планетной системе, мы не сумеем предугадать планетные движения на периоды, превысившие сто миллионов лет. Описание долговременного поведения системы, состоящей из многих притягивающихся тел с похожей массой, пока невозможно. Этому мешает понятие: динамический хаос.

Гравитационные волны

Гравитационные волны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс^{. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как «рябь пространства-времени».  Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности. Впервые они были непосредственно обнаружены в сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами обсерватории LIGO, на которых были зарегистрированы гравитационные волны, возникшие, вероятно, в результате слияния двух чёрных дыр и образования одной более массивной вращающейся чёрной дыры.}

Гравитон

Поскольку гравитационное взаимодействие присутствует, оно должно как-то переноситься. В 30-х годах ХХ века кандидатом в переносчики стал гравитон. Эта частица пока ещё гипотетическая, но она должна иметь спин 2 и два вероятных направления поляризации. Некоторые физики упорно отвергают существование этой частицы. Они предполагают: если гравитоны имеются, то их должны излучать чёрные дыры, а это вступает в противоречия с ОТО. Но попытки расширить стандартную модель такими частицами сопряжены с реальными трудностями в области высоких энергий. На решении этой задачи основаны некоторые разрабатываемые теории квантовой гравитации. По их положениям гравитоны — состояние струн, а отнюдь не точечные частицы. Но низкие энергии их всё же причисляют к частицам точечным. Пока гравитоны обнаружены не были, потому что гравитационные влияния их необычайно слабы.

Квантовая гравитация

Универсальной квантовой теории, объяснившей бы само понятие гравитации, ещё не разработано. Для представления гравитационного взаимодействия было бы вероятно предложить гравитонный обмен, в котором гравитоны выступают в качестве калибровочных бозонов со спином 2. Но такая теория не считается удовлетворительной. На существующее время есть несколько подходов, разрешающих квантование гравитации. Эти подходы считаются достаточно перспективными.

• Теория струн. Она заменяет частицы фона пространства-времени на струны и браны (подобие струн). Для решения многомерных задач, браны видятся как частицы уже многомерные, но в тоже время они и структуры пространства-времени. Гравитоны здесь становятся состоянием струн, а не отдельными частицами. Хотя низкие энергии их к ним и причисляют.
• Петлевая квантовая гравитация. Здесь время и пространство являются дискретными частями. Они не привязаны к фону пространства-времени, являясь квантовыми пространственными ячейками. Они между собой соединены таким образом, что в малых временных масштабах представляются дискретной структурой пространства. При укрупнении масштабов, части плавно становятся непрерывным пространством-временем. Петлевая гравитация способна описать сущность Большого взрыва, а также пролить свет на его преддверие. Это даже позволяет обходиться без привлечения бозона Хиггса.

Сильные гравитационные поля

В очень сильных гравитационных полях могут быть проявления некоторых эффектов ОТО:

• закон тяготения отклоняется от ньютоновского
• появляются гравитационные волны
• есть эффекты нелинейности
• видимое пространство-время изменяет свою геометрию
• возможно появление сингулярностей и рождение чёрных дыр.

Но такие проявления могут иметь место лишь в том случае, если гравитация имеет силу бесконечно большую. Пока что наиболее плотными объектами Вселенной, которые удалось обнаружить, являются нейтронные звёзды. В одной из многих теорий гравитационное поле рассматривается в качестве основы для любого поля – магнитного, электрического, глюонного. В таком случае гравитоны становятся базовыми элементами материи. Ну, а чёрная дыра является гравитонной звездой, где силой тяготения разрушаются абсолютно все элементарные частицы, кроме гравитонов. И остаётся лишь одно свойство – гравитация.

Гравитационный коллапс

Когда массивное тело, испытывая гравитационные силы, катастрофически быстро сжимается, происходит его коллапс. Так может закончиться жизнь звезды, имеющей массу более трёх солнечных. Когда в звездах заканчивается запас топлива для продолжения термоядерного процесса, их механическая устойчивость нарушается, и происходит стремительное, с ускорением, сжатие к центральной части. Если давление внутри звезды, которое постоянно растёт, сможет остановить сжатие, то центральная часть светила превратится в нейтронную звезду. При этом возможно сбрасывание оболочки и вспыхивание сверхновой. Но при превышении звездой массы, определённой пределом Оппенгеймера-Волкова, коллапс закончится преобразованием её в чёрную дыру. Значение данного предела пока точно не установлено.

Некоторые парадоксы

1. Вращающийся вокруг Земли спутник, по отношению к планете, невесом. И всё, что в нём находится, также невесомо. Луна, относительно Земли, опять же невесома, но тела на её поверхности весом уже обладают. Тоже самое и с Землёй. Она невесома относительно Солнца, но мы на ней вес ощущаем. Солнце тоже невесомо относительно галактического ядра. И так – до бесконечности.
2. В звёздах, в процессе термоядерных реакций, создаётся огромное давление. Но оно сдерживается гравитационными силами. То есть, существование звезды возможно потому, что присутствует динамическое равновесие: температура-давление – гравитационные силы.
3. В чёрной дыре прекращаются все процессы, кроме одного – гравитации. Её ничто не может поглотить или искривить.

Гравитационная сила — определение, формула, примеры, свойства, часто задаваемые вопросы

Закон всемирного тяготения Ньютона используется для объяснения гравитационной силы. Гравитационная сила — это тип бесконтактной силы, гравитационная сила — это сила в природе, которая всегда притягательна и консервативна. Гравитационная сила определяется как сила притяжения, испытываемая двумя или более контактирующими объектами. Гравитационная сила определяется формулой, полученной из универсального закона притяжения Ньютона, известной как формула гравитационной силы. Наша среда окружена гравитацией. Он определяет, сколько мы весим и как далеко отскочит баскетбольный мяч, прежде чем коснется земли при броске. Сила, которую Земля применяет к вам, равна силе гравитации на Земле. Гравитационная сила равна вашему весу, когда вы находитесь в состоянии покоя на поверхности Земли или вблизи нее. Также требуется наличие гравитационного поля при передаче тепла за счет естественной конвекции.

 

Что такое гравитационная сила?

Гравитационная сила — это сила, которая притягивает любые два объекта во Вселенной, независимо от того, имеют они равные массы или нет. Кроме того, универсальный закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что все, включая вас, притягивает все остальные объекты во Вселенной. Единицей гравитационной силы является ньютон, обозначаемый как Н.

Изучение гравитации значительно улучшилось благодаря вкладу многих известных ученых. В начале 17 века итальянский астроном Галилео Галилей обнаружил, что все объекты равномерно ускоряются по направлению к центру Земли. В своем новаторском исследовании 1687 года английский математик Исаак Ньютон сделал первое открытие законов гравитации.

Гравитация считается фундаментальной силой, так как ее влияние на любой объект можно легко наблюдать. Таким образом, гравитационная сила действует на каждый объект, имеющий массу. Таким образом, гравитационная сила является фундаментальной силой. Поскольку между объектами нет соприкосновения, гравитационная сила бесконтактна. Поскольку он сфокусирован в центре орбиты, по которой движется объект, он является центростремительным. Он отвечает за сохранение орбиты тела. Тяга, направленная от центра, испытывается вращающимся телом. Центробежная сила является причиной этого натяжения. Из всех основных сил сила гравитации является самой слабой.

Подробнее о: Ускорение под действием силы тяжести

Закон всемирного тяготения Ньютона 

 

Закон всемирного тяготения Ньютона или Закон всемирного тяготения Ньютона (или Законы всемирного тяготения) – это закон, который ведет к дальнейшему изучению Гравитация и утверждает, что все объекты во Вселенной, имеющие любые массы, всегда притягиваются друг к другу с силой притяжения. Эта сила притяжения называется Гравитационной Силой (F), которая равна

• Прямо пропорциональна произведению масс (m ₁ и m ₂ ) двух объектов, находящихся в контакте друг с другом, и 
• Обратно пропорциональна квадрату расстояния (r) между их центрами.

Выражение или соотношение для вышеуказанного закона дается формулой гравитационной силы, обсуждаемой ниже:

Формула гравитационной силы массы (м ₁ and m ₂ ) at a distance r, apart from their centers, is given as:

F ​​∝ m ₁ m ₂

and 

F ​​∝ 1/r ²

Now, combining the above two relations as,

F ​​∝ m ₁ m ₂ / r ²

or 

F ​​= Gm ₁ m ₂ / r ²

где G — константа пропорциональности, известная как Гравитационная постоянная (= 6,67 × 10 ⁻¹¹ Н⋅ м ² /кг ² ).

Единица гравитационной силы

• Единицей гравитационной силы в системе СИ является Ньютон (Н).
• Размерная формула гравитационной силы [M ¹ L ¹ T ^-2 ].

Свойства силы гравитации

Вот некоторые важные характеристики силы гравитации,

• Силы гравитации всегда притягивающие и самые слабые из всех фундаментальных сил.
• Это тип Бесконтактной Силы, так как он не требует физического контакта или прикосновения к системе объектов.
• Гравитационная сила — это сила дальнего действия, не требующая среды.
• Значение Силы Гравитации на поверхности Земли постоянно.

Читайте также: Контактные и бесконтактные силы

Примеры силы гравитации

Некоторые примеры гравитационной силы из повседневной жизни можно обсудить следующим образом:

Гравитационная сила Земли

Каждый объект подвержен гравитационному притяжению Земли, явлению, известному как гравитация. Мы не можем свободно парить в воздухе из-за гравитации, которая удерживает нас на земле. Сила, которую Земля и мы оба прикладываем к планете, одинакова. Однако Земля остается незатронутой из-за своих огромных размеров. Если подвешенный объект отпустить, он естественным образом упадет в направлении центра Земли.

Сила гравитации между Землей и Луной

Из-за гравитационного притяжения Земли и Луны Луна вращается вокруг Земли. Чтобы вычислить эту силу, мы подставляем их массы и расстояние между их двумя центрами в формулу гравитационной силы. Затем было обнаружено, что гравитационная сила между Землей и Луной равна 2 × 10 ²⁰ Н.

Гравитационная сила Солнца

Из-за своей массивной массы Солнце оказывает гравитационную силу, диапазон которой чрезвычайно широк. Эта притягивающая сила заставляет все планеты вращаться вокруг Солнца по эллиптической форме. Формула гравитационной силы может быть использована для определения гравитационной силы, действующей на Землю со стороны Солнца, и она равна 3,5 × 10 ²² N.

Разница между гравитационной и гравитационной силой

Давайте обсудим ключевые различия между гравитацией и гравитационной силой подробно, как указано в таблице ниже:

1616169161616161616161669161616161626161. Сила

9000
9000
9000	9000
9000
9000
9000
Гравитация всегда является силой притяжения.	В то время как гравитационная сила может быть как притягивающей, так и отталкивающей.
Это не Универсальная Сила.	Это Универсальная Сила.
Гравитация ощущается вдоль линии, соединяющей центр земли и центр тела.	Эта сила может действовать в радиальном направлении от масс.

Подробнее: Разница между гравитационной силой и гравитацией

Решенные примеры на гравитационную силу кг, если расстояние между ними 5 м.

Решение:

Дано: M ₁ = 1000 кг, M ₂ = 800 кг, R = 5 м

Формула для гравитационной силы приводится как: F _G =

. Here, G =  6.67 ×10 ⁻¹¹ N⋅ m ² /kg ²

Substituting the values ​​in the formula, we have:

F _g = 

F ​​ _g = 2,1 × 10 ^-6 Н

Пример 2: Найти силу притяжения между человеком массой 50 кг и автобусом массой 1500 кг, если расстояние между ними 10 м.

Решение:

Дано: M ₁ = 50 кг, M ₂ = 1500 кг, R = 10 M

Формула для гравитационной силы дается как: F _G =

Здесь G = 6,67 × 10 ⁻¹¹ Н⋅ м ² /кг ²

Подставляя значения в формулу, имеем:

F _г = 

F ​​ _г = 5,0025 × 10 ^-8 Н

Пример 3. Найдите силу тяжести N на некотором расстоянии между двумя телами. притяжение, если расстояние между ними увеличить вдвое.

Решение:

Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что гравитационная сила между двумя точечными объектами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

F _г = 

Это уравнение показывает, что для данных масс, если r заменить на 2r, сила станет 1/4 первоначальной силы. Следовательно, сила притяжения станет 4/4 = 1 Н.

Пример 4: Масса Земли 6 × 10 ²⁴ кг. Расстояние между Землей и Солнцем равно 1,5 × 10 ¹¹ м. Если гравитационная сила между ними составляет 3,5 × 10 ²² Н, какова масса Солнца?

Решение:

Дано: m _e = 6 × 10 ²⁴ кг, r = 1,5 × 10 ¹¹ м и F = 3,5 × 10 ¹¹ м и F = 3,5 × 10 ²² Н как: F _г = .

⇒ 3,5 × 10 ²² n =

⇒ Масса Солнца =

= 1,967 × 10 ³⁰ кг

FAQS на гравитационной силе

Вопрос 1: Define Gravitation.

Ответ:

Гравитационная сила — это сила, которая притягивает любые два объекта во Вселенной, независимо от того, имеют ли они равные массы или нет. Кроме того, универсальный закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что все, включая вас, притягивает все остальные объекты во Вселенной.

Вопрос 2: Какова гравитационная сила между двумя объектами?

Ответ:

Гравитационная сила между двумя объектами массами m ₁ и m ₂  на расстоянии r друг от друга можно рассчитать по приведенной ниже формуле:

F ​​= Gm ₁ м ₂ / r ²

90 где F равно 90 гравитационная сила, а G — гравитационная постоянная.

Вопрос 3: Кто открыл Силу Гравитации?

Ответ:

Английский математик Исаак Ньютон сделал первое открытие гравитационных законов и сил.

Вопрос 4: Напишите любые два свойства гравитационной силы.

Ответ:

Ниже приведены важные свойства гравитационных сил:

• Гравитационные силы всегда притягивающие и самые слабые из всех фундаментальных сил.
• Это тип бесконтактной силы, так как он не требует физического контакта или прикосновения к системе объектов.

Вопрос 5: Объясните гравитационную силу, приведя подходящий пример.

Ответ:

Каждый объект подвержен гравитационному притяжению Земли, явлению, известному как гравитация. Мы не можем свободно парить в воздухе из-за гравитации, которая удерживает нас на земле. Сила, которую Земля и мы оба прикладываем к планете, одинакова. Однако Земля остается незатронутой из-за своих огромных размеров. Если подвешенный объект отпустить, он естественным образом упадет в направлении центра Земли.

Вопрос 6: Какова величина Силы Гравитации?

Ответ:

Величина гравитационной силы между Землей и объектом массой 1 кг составляет 9,8 Н.

Вопрос 7: Каков диапазон гравитационной силы?

Ответ:

Диапазон гравитационной силы бесконечен.

Самый быстрый словарь в мире | Vocabulary.com

ПЕРЕЙТИ К СОДЕРЖАНИЮ

0. гравитационная сила сила притяжения между всеми массами во вселенной

1. 69″>

   гравитационная теория (физика) теория о том, что любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними

2. гравитационное поле силовое поле, окружающее тело конечной массы

3. гравитационный коллапс схлопывание звезды под действием ее собственной гравитации

4. гравитационная масса (физика) масса тела, измеряемая его гравитационным притяжением к другим телам

5. гравитационное или связанное с гравитацией или вызванное ею

6. гравитационно по отношению к гравитации

7. 77″>

   гравитационное взаимодействие слабое взаимодействие между частицами, возникающее из-за их массы; через гравитоны

8. гравитационная волна (физика) волна, которая, как предполагается, распространяет гравитацию и движется со скоростью света

9. гравитационное притяжение сила притяжения между всеми массами во вселенной

10. гравитационная постоянная (физика) универсальная постоянная, связывающая силу с массой и расстоянием в законе тяготения Ньютона

11. гравитация сила притяжения между всеми массами во вселенной

12. ротационная задержка (информатика) время, необходимое определенному блоку данных на дорожке данных для поворота вокруг головки чтения/записи