| ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ. | |||||||||||||
Открыт Ньютоном в 1667 году на основе анализа движения планет (з-ны Кеплера) и, в частности, Луны. В этом же направлении работали Р.Гук (оспаривал приоритет) и Р.Боскович. |
| ||||||||||||
Все тела взаимодействуют друг с другом с силой, прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. | |||||||||||||
Закон справедлив для:
Гравитационное взаимодействие существенно при больших массах. | Примеры: Притяжение электрона к протону в атоме водорода » 2×10
Тяготение между Землей и Луной» 2×1020 Н.
Тяготение между Солнцем и Землей » 3,5×1022 Н. | ||||||||||||
Применение:
| |||||||||||||
Внимание!:
| |||||||||||||
Анализ закона:
|
| ||||||||||||
В Международной системе единиц (СИ) G=6,67.10-11. | G=6,67. | ||||||||||||
Впервые прямые измерения гравитационной постоянной провел Г. Кавендиш с помощью крутильных весов в 1798 г. | |||||||||||||
Пусть m1=m2=1 кг, R=1 м, тогда: G=F (численно). Физический смысл гравитационной постоянной: гравитационная постоянная численно равна модулю силы тяготения, действующей между двумя точечными телами массой по 1 кг каждое, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга. | |||||||||||||
То, что гравитационная постоянная G очень мала показывает, что интенсивность гравитационного взаимодействия мала. |
| ||||||||||||
СИЛА ТЯЖЕСТИ | |||||||||||||
Сила тяжести — это сила притяжения тел к Земле (к планете). |
| ||||||||||||
— из закона Всемирного тяготения. (где M — масса планеты, m — масса тела, — сила тяжести из второго закона Ньютона (где m — масса тела, g — ускорение силы тяжести). | |||||||||||||
— ускорение силы тяжести не зависит от массы тела (опыты Галилея). | g0=9,81 м/с2 — на поверхности Земли | ||||||||||||
Если обозначить R0 радиус планеты, а h — расстояние до тела от поверхности планеты, то: | |||||||||||||
Ускорение силы тяжести зависит:
Кто открыл закон всемирного тяготенияНи для кого не секрет, что закон всемирного тяготения был открыт великим английским ученым Исааком Ньютоном, по легенде гуляющим в вечернем саду и раздумывающем над проблемами физики. В этот момент с дерева упало яблоко (по одной версии прямо на голову физику, по другой просто упало), ставшее впоследствии знаменитым яблоком Ньютона, так как привело ученого к озарению, эврике. Яблоко, упавшее на голову Ньютону и вдохновило того к открытию закона всемирного тяготения, ведь Луна в ночном небе оставалась не подвижной, яблоко же упало, возможно, подумал ученый, что какая-то сила воздействует как на Луну (заставляя ее вращаться по орбите), так и на яблоко, заставляя его падать на землю. Сейчас по заверениям некоторых историков науки вся эта история про яблоко лишь красивая выдумка. На самом деле падало яблоко или нет, не столь уж важно, важно, что ученый таки действительно открыл и сформулировал закон всемирного тяготения, который ныне является одним из краеугольных камней, как физики, так и астрономии. Разумеется, и задолго до Ньютона люди наблюдали, как падающие на землю вещи, так и звезды в небе, но до него они полагали, что существует два типа гравитации: земная (действующая исключительно в пределах Земли, заставляющая тела падать) и небесная (действующая на звезды и Луну). Ньютон же был первым, кто объединил эти два типа гравитации в своей голове, первым кто понял, что гравитация есть только одна и ее действие можно описать универсальным физическим законом. Определение закона всемирного тяготенияСогласно этому закону, все материальные тела притягивают друг друга, при этом сила притяжения не зависит от физических или химических свойств тел. Зависит она, если все максимально упростить, лишь от веса тел и расстояния между ними. Также дополнительно нужно принять во внимание тот факт, что на все тела находящиеся на Земле действует сила притяжения самой нашей планеты, получившая название – гравитация (с латыни слово «gravitas» переводиться как тяжесть). Попробуем же теперь сформулировать и записать закон всемирного тяготения максимально кратко: сила притяжения между двумя телами с массами m1 и m2 и разделенными расстоянием R прямо пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Формула закона всемирного тяготенияНиже представляем вашему вниманию формулу закона всемирного тяготения. G в этой формуле это гравитационная постоянная, равная 6,67408(31)•10−11 эта величина воздействия на любой материальный объект силы гравитации нашей планеты. Закон всемирного тяготения и невесомость телОткрытый Ньютоном закон всемирного тяготения, а также сопутствующий математический аппарат позже легли в основу небесной механики и астрономии, ведь с помощью него можно объяснить природу движения небесных тел, равно как и явление невесомости. Находясь в космическом пространстве на значительном удалении от силы притяжения-гравитации такого большого тела как планета, любой материальный объект (например, космический корабль с астронавтами на борту) окажется в состоянии невесомости, так как сила гравитационного воздействия Земли (G в формуле закона тяготения) или какой-нибудь другой планеты, больше не будет на него влиять. Закон всемирного тяготения, видеоИ в завершение поучительное видео об открытии закона всемирного тяготения.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала ПознавайкаПри написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор. Происхождение ЛуныПроисхождение Луны ГравитацияЧто такое сила тяжести? Гравитация — это сила притяжения, притягивающая всю материю в Вселенная по отношению ко всем остальным частям материи во Вселенной. По размеру шкала лун, планет, звезд и галактик, это чрезвычайно важно force и во многом определяет поведение этих объектов. Гравитация держит наши ногами на земле, удерживает Луну на орбите вокруг Земли, удерживает Земля на орбите вокруг Солнца, удерживает Солнце на орбите вокруг центра нашей Галактика Млечный Путь, удерживает галактики Млечный Путь и Андромеду на орбите своих общий центр масс и так далее, и так далее… на самом деле гравитация действительно имеет значение! Имея дело с силой тяжести между двумя объектами, есть только два важные вещи — масса и расстояние. Сила тяжести напрямую зависит от масс двух объектов и обратно пропорционально квадрат расстояния между ними. Это означает, что сила тяжести увеличивается с массой, но уменьшается с увеличением расстояния между объектами. Нас тянет к самым массивным объектам, а к ближайшим объекты.Несмотря на то, что Солнце намного массивнее Земли, земная непосредственная близость гарантирует, что наши ноги будут стоять на terra firma вместо того, чтобы приближаться к Солнцу. Космический корабль, пришвартованный к Земле, действует так же; но если мы направим его к Луне, наступит время что слабое гравитационное притяжение Луны перевешивает притяжение более далекой Земле, и космический корабль начнет дрейфовать к лунному поверхность. Насколько увеличивается гравитационное притяжение с увеличением массы ( M1 и M2 ) и на сколько он уменьшается с увеличением расстояние ( R )? Для силы тяжести F , где G — постоянный коэффициент (гравитационная постоянная), не меняются. Поскольку член расстояния возведен в квадрат (показатель степени равен двум), сила гравитация уменьшается в четыре раза, когда расстояние удваивается (как два в квадрате равно четырем), и в девять раз, когда оно утроится (так как три в квадрате равны девять). Однако показатель степени при массовых членах равен единице. Это означает, что если один из объекты внезапно стали в десять раз массивнее, гравитационное притяжение между двумя объектами также увеличится в десять раз. В чем разница между силой и ускорением? Вы могли заметить, что уравнение гравитационной силы симметрично для наши два объекта — означает ли это, что гравитационная сила, которую вы нагрузка на Землю столь же сильна, как и на вас со стороны Земли? Да! Поначалу это может показаться озадачивающим, поэтому давайте постараемся различать усилие , F и ускорение , a .Ваше ускорение свободного падения — это скорость, с которой ваша скорость увеличивается по мере того, как вас привлекает другой объект (как быстро вы становитесь привлечено к ней). Ваша гравитационная сила — это продукт вашего ускорения и вашего масса м . Давайте рассмотрим гравитационную силу между вами и Землей. Как указано выше, ваша масса м , а ваше ускорение a . Масса Земли и ускорение M и A , а расстояние между вами и Земля R .(Вы можете представить R как радиус Земли.) Ясно, что сила, которую вы прилагаете к Земле, велика, как сила что Земля оказывает на вас. Однако как ваше ускорение в сторону центр Земли по сравнению с ускорением Земли по направлению к вам? Поскольку ваша масса намного меньше массы Земли ( м M), вы испытываете гораздо большее ускорение, чем Земля ( a >> A )! Вот почему, если вы подбросите мяч в воздух, он вернется к Земля, а не притягивает к себе всю Землю. В определенном смысле force говорит вам, как сильно вас тянут, а ускорение говорит вам, сколько вы двигаетесь в ответ. Чем больше чем массивнее объект, тем тяжелее его нужно тянуть, чтобы переместить. (Как и любой, у кого есть когда-либо пытался помочь другу обустроить и перестроить свою гостиную мебельный гарнитур знает хорошо.) На поверхности Земли гравитационная сила — это то, что мы называем вашим вес, а ускорение свободного падения эквивалентно поверхности гравитация, г , равна 980 сантиметрам на секунду в квадрате. % PDF-1.5 % 268 0 объект> эндобдж xref 268 89 0000000016 00000 н. 0000003100 00000 н. 0000002076 00000 н. 0000003274 00000 н. 0000003990 00000 н. 0000004030 00000 н. 0000004077 00000 н. 0000004142 00000 п. 0000004370 00000 н. 0000004476 00000 н. 0000004644 00000 н. 0000004943 00000 н. 0000005259 00000 н. 0000049824 00000 п. 0000049860 00000 п. 0000052517 00000 п. 0000052676 00000 п. 0000052832 00000 п. 0000052991 00000 п. 0000053151 00000 п. 0000053314 00000 п. 0000053482 00000 п. 0000053647 00000 п. 0000053848 00000 п. 0000054148 00000 п. 0000054239 00000 п. 0000055431 00000 п. 0000055592 00000 п. 0000055756 00000 п. 0000056023 00000 п. 0000056774 00000 п. 0000057383 00000 п. 0000057985 00000 п. 0000058438 00000 п. 0000059000 00000 н. 0000059584 00000 п. 0000059649 00000 п. 0000059713 00000 п. 0000060091 00000 п. 0000060613 00000 п. 0000061372 00000 п. 0000062128 00000 п. 0000062886 00000 п. 0000063145 00000 п. 0000063645 00000 п. 0000064164 00000 п. 0000064691 00000 п. 0000065217 00000 п. 0000065727 00000 п. 0000069521 00000 п. 0000072868 00000 п. 0000076385 00000 п. 0000079716 00000 п. 0000083229 00000 п. 0000086569 00000 п. 0000087327 00000 п. 0000087851 00000 п. 0000088464 00000 п. 0000091946 00000 п. 0000096637 00000 п. 0000096809 00000 п. 0000097022 00000 п. 0000097076 00000 п. 0000097248 00000 п. 0000097317 00000 п. 0000097373 00000 п. 0000097429 00000 п. 0000097602 00000 п. 0000097683 00000 п. 0000101259 00000 н. 0000109326 00000 н. 0000114366 00000 н. 0000119036 00000 н. 0000123226 00000 н. 0000128251 00000 н. 0000133411 00000 н. v {ιw Универсальный закон тяготения НьютонаЦели обученияК концу этого раздела вы сможете: Законы движения Ньютона показывают, что покоящиеся объекты будут оставаться в покое, а те, что находятся в движении, будут продолжать двигаться равномерно по прямой линии, если на них не будет действовать сила.Таким образом, именно прямая линия определяет наиболее естественное состояние движения. Но планеты движутся по эллипсам, а не по прямым линиям; следовательно, какая-то сила должна загибать их пути. Эта сила, предположил Ньютон, составляла гравитации . Во времена Ньютона гравитация была чем-то связанным только с Землей. Повседневный опыт показывает нам, что Земля оказывает гравитационную силу на объекты на своей поверхности. Если вы что-то роняете, при падении он ускоряется к Земле. Понимание Ньютона заключалось в том, что гравитация Земли может простираться до Луны и создавать силу, необходимую для того, чтобы отклонить траекторию Луны от прямой и удерживать ее на орбите.Далее он предположил, что гравитация не ограничивается Землей, но существует общая сила притяжения между всеми материальными телами. Если это так, сила притяжения между Солнцем и каждой из планет могла бы удерживать их на своих орбитах. (Сегодня это может показаться частью нашего повседневного мышления, но во времена Ньютона это было замечательное открытие.) После того, как Ньютон смело предположил, что существует универсальное притяжение между всеми телами повсюду в космосе, он должен был определить точную природу притяжения.Точное математическое описание этой гравитационной силы должно было диктовать, что планеты движутся точно так, как их описал Кеплер (как это выражено в трех законах Кеплера). Кроме того, эта гравитационная сила должна была предсказывать правильное поведение падающих тел на Земле, как это наблюдал Галилей. Как сила тяжести должна зависеть от расстояния, чтобы эти условия выполнялись? Ответ на этот вопрос требовал математических инструментов, которые еще не были разработаны, но это не остановило Исаака Ньютона, который изобрел то, что мы сегодня называем исчислением, для решения этой проблемы.В конце концов он пришел к выводу, что величина силы тяжести должна уменьшаться с увеличением расстояния между Солнцем и планетой (или между любыми двумя объектами) пропорционально обратному квадрату их разделения. Другими словами, если бы планета находилась вдвое дальше от Солнца, сила была бы (1/2) 2 , или 1/4 величины. Поместите планету втрое дальше, и сила будет (1/3) 2 , или 1/9 от нее. Ньютон также пришел к выводу, что гравитационное притяжение между двумя телами должно быть пропорционально их массам.{2}} [/ латекс] , где F гравитация — сила тяжести между двумя объектами, M 1 и M 2 — массы двух объектов, а R — их разделение. G — постоянное число, известное как универсальная гравитационная постоянная , а само уравнение символически суммирует универсальный закон тяготения Ньютона . Обладая такой силой и законами движения, Ньютон смог математически показать, что единственные разрешенные орбиты — это в точности те, которые описаны законами Кеплера. Универсальный закон всемирного тяготения Ньютона работает для планет, но действительно ли он универсален? Теория гравитации должна также предсказывать наблюдаемое ускорение Луны по направлению к Земле, когда она вращается вокруг Земли, а также любого объекта (например, яблока), упавшего у поверхности Земли. Падение яблока — это то, что мы можем довольно легко измерить, но можем ли мы использовать это, чтобы предсказать движение Луны? Напомним, что согласно второму закону Ньютона силы вызывают ускорение.Универсальный закон тяготения Ньютона гласит, что сила, действующая на объект (и, следовательно, ускорение) по направлению к Земле, должна быть обратно пропорциональна квадрату его расстояния от центра Земли. Такие объекты, как яблоки на поверхности Земли, на расстоянии одного земного радиуса от центра Земли, ускоряются вниз со скоростью 9,8 метра в секунду в секунду (9,8 м / с 2 ). Именно эта сила тяжести на поверхности Земли дает нам ощущение веса . В отличие от вашей массы, которая осталась бы неизменной на любой планете или луне, ваш вес зависит от местной силы тяжести. Таким образом, вы будете весить на Марсе и Луне меньше, чем на Земле, даже если бы ваша масса не изменилась. (А это значит, что по возвращении вам все равно придется не спешить с десертами в кафетерии колледжа!) Луна находится на расстоянии 60 радиусов Земли от центра Земли. Если сила тяжести (и вызываемое ею ускорение) ослабевает с увеличением расстояния в квадрате, то ускорение, которое испытывает Луна, должно быть намного меньше, чем для яблока.Ускорение должно быть (1/60) 2 = 1/3600 (или в 3600 раз меньше — примерно 0,00272 м / с 2 . Это и есть наблюдаемое ускорение Луны на своей орбите (как мы увидим, Луна не падает на Земли с этим ускорением, а падает на вокруг Земли.) Представьте себе трепет, который должен был испытать Ньютон, когда осознал, что он открыл и подтвердил закон, который справедлив для Земли, яблок, Луны и , насколько он знал, все во вселенной. Пример 1: Расчет весаНа какой фактор изменился бы вес человека на поверхности Земли, если бы Земля имела ее нынешнюю массу, но в восемь раз больше ее нынешнего объема? Показать ответПри увеличении объема в восемь раз радиус Земли удвоится.Это означает, что гравитационная сила на поверхности уменьшится в (1/2) раз 2 = 1/4, так что человек будет весить только одну четвертую меньше. Проверьте свои знанияНа какой фактор изменился бы вес человека на поверхности Земли, если бы Земля имела нынешний размер, но составляла лишь одну треть от ее нынешней массы? Показать ответПри массе, равной одной трети от нынешней, сила тяжести на поверхности уменьшится в 1/3 раза, так что человек будет весить только одну треть от этого веса. Гравитация — это «встроенное» свойство массы. Всякий раз, когда во Вселенной есть массы, они будут взаимодействовать посредством силы гравитационного притяжения. Чем больше масса, тем больше сила притяжения. Здесь, на Земле, самая большая концентрация массы — это, конечно, планета, на которой мы стоим, и ее притяжение доминирует над гравитационными взаимодействиями, которые мы испытываем. Но все, что обладает массой, притягивает все остальное с массой в любой точке Вселенной. Закон Ньютона также подразумевает, что гравитация никогда не обращается в ноль.Он быстро ослабевает с расстоянием, но в некоторой степени продолжает действовать, независимо от того, как далеко вы улетаете. Притяжение Солнца у Меркурия сильнее, чем у Плутона, но его можно почувствовать далеко за пределами Плутона, где у астрономов есть веские доказательства того, что оно постоянно заставляет огромное количество меньших ледяных тел двигаться по огромным орбитам. И гравитационное притяжение Солнца объединяется с притяжением миллиардов других звезд, создавая гравитационное притяжение нашей Галактики Млечный Путь. Эта сила, в свою очередь, может заставить другие меньшие галактики вращаться вокруг Млечного Пути и так далее. Почему же тогда, вы можете спросить, что на астронавтов на борту космического челнока не действуют силы гравитации, когда мы видим по телевизору изображения астронавтов и объектов, плавающих в космическом корабле? В конце концов, астронавты в шаттле находятся всего в нескольких сотнях километров над поверхностью Земли, что не является значительным расстоянием по сравнению с размерами Земли, поэтому гравитация, безусловно, не намного слабее, чем намного дальше. Астронавты чувствуют себя «невесомыми» (то есть они не чувствуют действующую на них гравитационную силу) по той же причине, по которой пассажиры лифта, у которого оборвался кабель, или в самолете, двигатели которого больше не работают, чувствуют себя невесомыми: они падают ( Рисунок 1). Рис. 1. Астронавты в свободном падении. Находясь в космосе, космонавты падают свободно, поэтому испытывают «невесомость». По часовой стрелке сверху слева: Трейси Колдуэлл Дайсон (НАСА), Наоко Ямзаки (ДЖАКСА), Дороти Меткалф-Линденбургер (НАСА) и Стефани Уилсон (НАСА). (кредит: НАСА) Когда падает , они находятся в свободном падении и ускоряются с той же скоростью, что и все вокруг них, включая их космический корабль или камеру, с помощью которой они фотографируют Землю.При этом космонавты не испытывают дополнительных сил и поэтому чувствуют себя «невесомыми». Однако, в отличие от падающих пассажиров лифта, астронавты падают под углом вокруг Земли, а не с на Земли; в результате они будут продолжать падать и, как говорят, находятся «на орбите» вокруг Земли (подробнее об орбитах см. следующий раздел). Орбитальное движение и массаЗаконы Кеплера описывают орбиты объектов, движение которых описывается законами движения Ньютона и законом всемирного тяготения.Однако знание того, что гравитация — это сила, притягивающая планеты к Солнцу, позволило Ньютону переосмыслить третий закон Кеплера. {2} [/ latex] , где a — большая полуось, а P — период обращения. Как Кеплер упустил этот фактор? В единицах массы Солнца масса Солнца равна 1, а в единицах массы Солнца масса типичной планеты является пренебрежимо малым фактором. Это означает, что сумма массы Солнца и массы планеты ( M 1 + M 2 ) очень, очень близка к 1. Это делает формулу Ньютона почти такой же, как формула Кеплера; крошечная масса планет по сравнению с Солнцем является причиной того, что Кеплер не осознавал, что обе массы должны быть включены в расчет.Однако в астрономии есть много ситуаций, в которых нам – необходимо включить два массовых члена — например, когда две звезды или две галактики вращаются вокруг друг друга. Включение массового члена позволяет нам использовать эту формулу по-новому. Если мы сможем измерить движения (расстояния и орбитальные периоды) объектов, действующих под действием их взаимной гравитации, то формула позволит нам вычислить их массы. Например, мы можем вычислить массу Солнца, используя расстояния и периоды обращения планет, или массу Юпитера, отметив движения его лун. Действительно, переформулировка Ньютоном третьего закона Кеплера — одна из самых сильных концепций в астрономии. Наша способность определять массы объектов по их движениям является ключом к пониманию природы и эволюции многих астрономических тел. Мы будем многократно использовать этот закон на протяжении всего текста в вычислениях, которые варьируются от орбит комет до взаимодействий галактик. Пример 2: Расчет действия силы тяжестиПланета, подобная Земле, вращается вокруг своей звезды на расстоянии 1 а.е. из 0.71 земной год. Можете ли вы использовать версию третьего закона Кеплера Ньютона, чтобы найти массу звезды? (Помните, что по сравнению с массой звезды массу земной планеты можно считать незначительной.) Показать ответВ формуле a 3 = ( M 1 + M 2 ) × P 2 , коэффициент M 1 + M 2 теперь будет приблизительно равно M 1 (масса звезды), поскольку масса планеты настолько мала по сравнению с этим.{2}} = \ frac {1} {0,5} = 2 [/ латекс] Итак, масса звезды в два раза больше массы нашего Солнца. (Помните, что этот способ выражения закона имеет единицы измерения в терминах Земли и Солнца, поэтому массы выражаются в единицах массы нашего Солнца.) Проверьте свои знанияПредположим, что у звезды с массой вдвое больше нашего Солнца есть планета земного типа, которой потребовалось 4 года для обращения вокруг звезды. На каком расстоянии (большая полуось) эта планета вращалась бы вокруг своей звезды? Показать ответОпять же, мы можем пренебречь массой планеты.Итак, M 1 = 2 и P = 4 года. Формула: a 3 = M 1 × P 2 , поэтому a 3 = 2 × 4 2 = 2 × 16 = 32. Итак, a is кубический корень из 32. Чтобы найти это, вы можете просто спросить Google: «Что такое кубический корень из 32?» и получите ответ 3,2 AU. Возможно, вы захотите попробовать симуляцию, которая позволяет вам перемещать Солнце, Землю, Луну и космическую станцию, чтобы увидеть влияние изменения их расстояний на их гравитационные силы и орбитальные траектории.{2}} [/ латекс]Сила тяжести — это то, что дает нам чувство веса. В отличие от массы, которая постоянна, вес может варьироваться в зависимости от силы тяжести (или ускорения), которую вы чувствуете. Когда законы Кеплера пересматриваются в свете закона тяготения Ньютона, становится ясно, что массы обоих объектов важны для третьего закона, который принимает вид a 3 = ( M 1 + M 2 ) × P 2 .Взаимные гравитационные эффекты позволяют нам вычислять массы астрономических объектов, от комет до галактик. Глоссарийгравитация: взаимное притяжение материальных тел или частиц
Почему масса и расстояние влияют на гравитацию?Почему масса и расстояние влияют на гравитацию?Почему масса и расстояние влияют на гравитацию?Гравитация — фундаментальная сила, лежащая в основе Вселенной.Количество гравитации то, чем что-то обладает, пропорционально его массе и расстоянию между ним и другой объект. Эти отношения были впервые опубликованы сэром Иссаком Ньютоном. Его закон всемирного тяготения говорит, что сила (F) гравитационного притяжения между двумя объектами с Mass1 и Mass2 на расстоянии D: F = G (масса1 * масса2) / D в квадрате. (G — гравитационная постоянная, которая имеет одинаковое значение во всей нашей Вселенной.) Теория относительности Эйнштейна дополняет это. Его теория предсказывала, что объекты с большой массой деформируют пространство вокруг себя, заставляя свет отклоняться в них. Было доказано, что это правда. Он также предсказал, что гравитация может перемещаться в гравитационных волнах, которых мы еще не видели. Ничто из этого не объясняет , почему масса или расстояние влияют на гравитацию. К чтобы сделать это, мы должны взглянуть на теории ученых более поздних, чем Эйнштейн.Согласно теории, причина, по которой масса пропорциональна гравитации, заключается в том, что все с массой испускает крошечные частицы, называемые гравитонами. Эти гравитоны несут ответственность для гравитационного притяжения. Чем больше масса, тем больше гравитонов. Теория гравитона также учитывает различия в гравитационном притяжении расстояния. Большинство гравитонов существует в облаке вокруг объекта. На расстоянии от объект увеличивается, плотность гравитонного облака уменьшается, так что там меньше гравитационного притяжения.
Что гравитационный колодец?
Гравитация | Обсерватория национальных школГравитация притягивающая сила .Он простирается за пределы поверхности Земли, по всей нашей Вселенной. Другими словами, это заставляет вещи двигаться навстречу друг другу. Все, что имеет массу, обладает гравитационным притяжением — даже вы и я — но чем больше (массивнее) объект, тем больше его гравитационное притяжение. Вот почему, если мы бросаем шар на Луну, он падает медленнее, чем на Земле — Луна менее массивна и имеет меньшее гравитационное притяжение.Хотя притяжение Земли сильнее, чем притяжение Луны, мы все еще чувствуем влияние гравитационного притяжения Луны здесь, на Земле, особенно через подъем и падение океанов. Именно гравитация удерживает нас на Земле и удерживает Землю на орбите вокруг Солнца. Помимо увеличения массы, ведущей к более сильному гравитационному притяжению, оно также становится сильнее, чем ближе объект (или объекты), поэтому планеты, расположенные ближе к Солнцу, движутся быстрее, чем те, что находятся дальше. Вот почему сначала Луна вращается вокруг Земли (которая находится близко), а затем Солнца, которое намного массивнее. Гравитационная постоянная (G)Исаак Ньютон установил, что сила тяжести, испытываемая объектом, зависит от масс задействованных объектов, расстояния между ними и гравитационной постоянной. Итак, мы можем вычислить силу гравитационной силы, используя следующее уравнение: F = G (м 1 м 2 ) / r 2 Где F — сила, G — гравитационная постоянная, r — расстояние между двумя объектами, а m 1 и m 2 — массы объектов. Ньютон вычислил, что гравитационная постоянная (G) равна 6.67x10 -11 Ньютон квадратный метр килограмм -2 . Притяжение силы тяжести вокруг Земли.Предоставлено: пользователь Викимедиа Sjlegg Сила гравитационного поля (g)g (или немного g) — это мера силы тяжести на поверхности планеты. Это ускорение (изменение скорости со временем), и на Земле это означает, что когда что-то падает, его скорость увеличивается на g. На Земле g = 9,8 м / с2 (метры в секунду в секунду). г обычно используется как единица силы тяжести для поверхностей других планет.Размер g зависит от массы планеты (или луны). Чем меньше масса, тем слабее сила тяжести. Мы вычисляем вес, умножая массу на силу тяжести на поверхности планеты. Вес = Масса x Плотность поверхности Итак, на планете с поверхностной силой тяжести менее 1 г вы будете чувствовать себя легче, а на планете с поверхностной силой тяжести более 1 г вы почувствуете себя тяжелее. Попробуйте рассчитать свой вес на других планетах. МероприятияГравитационная силаАвторы и права: NSO Вы можете увидеть, как изменяется эффект гравитации на разных планетах Солнечной системы, используя следующие инструменты: Gravity Simulator — играйте с мячом с помощью мыши (см. Изображение слева). Gravity Workshop — Урок в классе, где учащиеся используют тренажер. Наша мастерская «Вес на планетах» использует алгебру и графики, чтобы укрепить идеи о влиянии гравитации и о том, как эти эффекты зависят от того, где вы находитесь во Вселенной. Гравитационный вклад в воспринимаемый вес телаУчастников попросили дать абсолютные вербальные суждения (в граммах) о воспринимаемом весе их доминирующей правой руки и головы во время кампании параболического полета Европейского космического агентства (ESA) на борту Airbus Zero. -G самолет (Airbus A310).Параболический полет создает чередующиеся периоды гипергравитации (+1,8 г) и микрогравитации (0 г), каждый из которых длится примерно 20 секунд. Базовые измерения земной силы тяжести (1 г) были выполнены на борту самолета до и после полета. Голова и рука участника находились в удобном положении, движения были запрещены. Это означает, что потенциальные изменения воспринимаемого веса не могут быть вызваны различиями в количестве усилий, необходимых для перемещения частей тела, а должны быть связаны с изменениями в восприятии силы тяжести.Измеряя воспринимаемый вес частей тела в этих измененных условиях гравитации, мы стремились определить, адаптируется ли воспринимаемый вес к внезапным изменениям в ощущаемой силе гравитации. Фактическая масса тела участников ( M : 79 ± 2,6 кг) была получена с помощью высокоточных весов непосредственно перед полетом. Вес руки и головы каждого участника оценивался с использованием установленных норм веса кисти и головы как доли от общей массы тела 8,9 . Фактический вес руки и головы был оценен как 0.66% и 7,30% от общей массы тела соответственно. В среднем расчетный вес кисти составил 521,4 ± 17,4 г, а вес головы — 5767,0 ± 193,1 г. Изменения в физической силе гравитации изменили воспринимаемый вес тела, как показано на рисунке 1. По сравнению с земной силой тяжести (воспринимаемый вес руки: 380,1 ± 109,5 г; воспринимаемый вес головы: 3600,0 ± 1781,9 г) оценки как для рук, так и для головы были снижен в условиях микрогравитации (воспринимаемый вес руки: 55,6 ± 30,1 г; воспринимаемый вес головы: 750.0 ± 462,9 г) и повышенной гипергравитации (воспринимаемый вес руки: 2055,6 ± 845,7 г; воспринимаемый вес головы: 12555,6 ± 5939,5 г). Учитывая небольшое количество протестированных участников, данные были проанализированы на уровне отдельных испытаний с использованием иерархической смешанной модели с использованием набора инструментов lme4 в R 10 , с пересечением для участников, рассматриваемых как случайный фактор, и гравитация как фиксированный коэффициент. P-значения были рассчитаны с использованием тестов отношения правдоподобия, сравнивающих модель, включая гравитацию, с нулевой моделью.Было очевидное влияние силы тяжести на оценку веса как для руки, χ 2 (1) = 29,31, p <0,0001, так и для головы, χ 2 (1) = 29,33, p <0,0001. Для дальнейшего изучения количественной взаимосвязи между силой физической гравитации и воспринимаемой массой тела мы применили простые линейные регрессии. Линейные регрессии были приспособлены к индивидуальным оценкам веса, чтобы определить, изменяется ли воспринимаемый вес частей тела линейно в условиях микрогравитации (0 г), земной гравитации (1 г) и гипергравитации (1.8 г) условия. Хотя потенциально могут присутствовать и другие паттерны (например, экспоненциальные), у нас было предпочтение в пользу более простого линейного паттерна. Кроме того, линейный узор соответствовал бы примерно равноудаленной разнице в силе физической гравитации. Простые линейные регрессии показали значительную взаимосвязь между силой физической гравитации и воспринимаемым весом (все p <0,01, рис. 1). Значения R 2 в целом составили 0,9, что подтверждает, что наша модель объяснила 90% изменчивости данных ответа (S01 Hand: R 2 = 0.875, головка: R 2 = 0,892; S02 Рука: R 2 = 0,931, Голова: NA; S03 Рука: R 2 = 0,941, Голова: R 2 = 0,959). Обратите внимание, что оценка веса головы не была получена для одного участника в условиях микрогравитации из-за технических проблем. Рисунок 1Параболический полет: результаты оценки веса тела. Эксперимент проводился во время кампании параболического полета на борту самолета Airbus Zero-G (Airbus A310). Параболический полет создает чередующиеся периоды гипергравитации (+1.8 г) и микрогравитация (0 г), каждая продолжительностью около 20 секунд. Базовые измерения земной силы тяжести (1 г) были выполнены на борту самолета до и после полета. Участники сделали абсолютные суждения в граммах о предполагаемом весе их собственной правой доминирующей руки и головы. Индивидуальные данные представлены для обеих частей тела и в зависимости от силы физической тяжести (0 г, 1 г, 1,8 г). По сравнению с земной гравитацией оценки веса рук и головы были уменьшены в условиях микрогравитации и увеличены в условиях гипергравитации.Синие линии обозначают отдельные средние значения, а цветные оттенки представляют собой стандартные отклонения. Пунктирными линиями обозначена линейная аппроксимация. Для дальнейшего исследования роли силы тяжести в формировании воспринимаемой массы тела, мы ввели экспериментальное увеличение испытанной силы тяжести с использованием короткорычажной центрифуги для человека ЕКА в Немецком аэрокосмическом центре (DLR Кельн), показанном на рисунке 2. Участники были сидит лицом наружу на платформе центрифуги для людей с короткими рукавами, запряженной в гондолу.Центрифуга для людей с короткой рукой имитировала увеличение силы тяжести на +1 g в течение десяти минут на уровне головы. Поскольку человеческая центрифуга с короткой рукой создает градиент центробежных сил, увеличивающаяся гравитационная сила постепенно увеличивается по направлению к ногам участника (примерно +1,2 g в их руках). Голова и рука участника находились в удобном положении, и им не нужно было прилагать усилий, чтобы поддержать их. Никаких движений не разрешалось. Участников попросили сделать абсолютные вербальные суждения (в граммах) о предполагаемом весе их доминирующей правой руки и головы.Оценки веса были собраны во время нормальной базовой линии земной силы тяжести и во время ускорения +1 g в уравновешенном порядке. Рис. 2Центрифуга для человека с коротким плечом: экспериментальная установка и результаты. Участники были размещены на платформе центрифуги для людей с короткими рукавами. Они сделали абсолютные суждения в граммах о предполагаемом весе своей правой руки и головы. Оценки веса были получены при нормальном исходном уровне земной силы тяжести и во время ускорения +1 g. Искусственная гравитация увеличивала воспринимаемый вес как руки, так и головы.Цветные линии отражают данные от каждого отдельного участника. Синие линии обозначают большие средние значения. Фактический вес участников ( M : 77,1 ± 11,7 кг) был получен с помощью высокоточных весов. По результатам исследования Tözeren 9 фактический вес руки и головы был оценен как 0,66% и 7,30% от общей массы тела, соответственно. В среднем расчетный вес кисти составил 508,9 ± 77,2 г, а вес головы — 5628,3 ± 853,9 г. Искусственная повышенная сила тяжести оказала явное влияние на воспринимаемую массу тела, как показано на рисунке 2.Наблюдалось явное увеличение воспринимаемого веса обеих рук: т (8) = 3,75, p <0,01, Коэна d = 0,34 и головы, т (8) = 2,49, . p <0,05, коэффициент Коэна d = 0,48, во время центрифугирования человека на короткой руке по сравнению с базовой линией нормальной земной силы тяжести. Для дальнейшего изучения этого эффекта мы выразили каждую оценку как долю предполагаемого фактического веса частей тела. Дисперсионный анализ выявил значительный главный эффект гравитационного состояния: F (1, 8) = 22.  | |||||||||||||
