Силы тяготения сила всемирного тяготения: Закон всемирного тяготения — урок. Физика, 9 класс. — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН — это… Что такое ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН?

ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН: ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ закон (Ньютона закон тяготения) — сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1m2/r2, где G — гравитационная постоянная.

ВСЕМИРНАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ПРОФСОЮЗОВ
ВСЕМИРНОЕ ВРЕМЯ

Полезное

Смотреть что такое «ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН» в других словарях:

ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного притяжения между материальными точками с массами m1 и m2, находящимися на расстоянии r друг от друга, равна F= Gm1m2/r2; постоянная величина G называется гравитационной постоянной. Открыт И. Ньютоном в… … Современная энциклопедия
Всемирного тяготения закон — Всемирного тяготения закон, см. Ньютона закон тяготения … Большая советская энциклопедия
ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН — (Ньютона закон тяготения), (см. ТЯГОТЕНИЕ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
Всемирного тяготения закон — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного притяжения между материальными точками с массами m1 и m2, находящимися на расстоянии r друг от друга, равна F= Gm1m2/r2; постоянная величина G называется гравитационной постоянной. Открыт И. Ньютоном в… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
всемирного тяготения закон — (Ньютона закон тяготения), сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r друг от друга, равна: F = Gm1m2/r2, где G гравитационная постоянная. * * * ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ… … Энциклопедический словарь
Всемирного тяготения закон — закон тяготения Ньютона закон физики: сила F взаимного притяжения материальных точек с массами m1 и m2, находящихся на расстоянии r, выражается формулой: F = G·m1·m2/r2, где G – гравитационная постоянная … Астрономический словарь
Всемирного тяготения закон, см — Ньютона закон тяготения … Большая советская энциклопедия
Ньютонов закон тяготения (всемирного тяготения закон) — закон, согласно которому сила притяжения двух масс пропорциональна их произведению и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. О физической природе тяготения см. Тяготение … Начала современного естествознания
ЗАКОН ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ — (Ньютона закон тяготения) все материальные тела притягивают друг друга с силами, прямо пропорциональными их массам и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними: где F модуль силы тяготения, m1 и m2, массы взаимодействующих тел, R… … Большая политехническая энциклопедия
Закон всемирного тяготения — закон тяготения И. Ньютона (1643 1727) в классической механике, согласно которому сила гравитационного притяжения двух тел с массами m1 и m2 обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними; коэффициент пропорциональности G гравитационная … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

Книги

Закон всемирного тяготения, В. Н. Михайлов. В третьем, переработанном издании книги по-прежнему доказательно формулируется уточняющий закон всемирного тяготения. Кроме того, книга дополнена описанием эксперимента, который подтверждает… Подробнее Купить за 428 грн (только Украина)

Ошибки классической теории тяготения, Е. Н. Авдеев. В настоящей книге доказывается существование ошибок в классической теории тяготения, основу которой составляют закон всемирного тяготения Ньютона, третий закон Кеплера, а также`теория поля`,… Подробнее Купить за 392 грн (только Украина)
Ошибки классической теории тяготения, Е. Н. Авдеев. В настоящей книге доказывается существование ошибок в классической теории тяготения, основу которой составляют закон всемирного тяготения Ньютона, третий закон Кеплера, а также «теория поля»,… Подробнее Купить за 362 руб

Другие книги по запросу «ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ ЗАКОН» >>

как работают четыре главные силы природы

Все силы, с которыми мы сталкиваемся каждый день, можно свести к четырем категориям — гравитация, электромагнетизм, сильная сила и слабая. Недавно физики нашли возможные признаки пятой фундаментальной силы природы, о которой мы писали ранее. Пришло время разобраться, как работают основные.

Фундамент Вселенной

Какие силы вы знаете? Силу тяжести, натяжения нити, сжатия пружины, столкновения тел, силу трения, взрыва, сопротивления воздуха и среды, поверхностного натяжения жидкости, силы Ван-дер-Ваальса — и на этом список не заканчивается. Однако все эти силы — производные четырех фундаментальных. Их также называют фундаментальных взаимодействиями, и именно они отвечают за все процессы во Вселенной. Если элементарные частицы можно сравнить с кусочками мозаики, то взаимодействия между ними это клей. В порядке от самых слабых к самым сильным ученые обозначили четыре взаимодействия — гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Их нельзя свести к более простым, поэтому они и называются фундаментальными.

Стоит учесть, что на сегодня достоверно известно существование четырех фундаментальных взаимодействий (не считая поля Хиггса).

Сила тяжести — гравитационное взаимодействие

Гравитация — это притяжение между двумя объектами, которые обладают массой или энергией. Каждый наблюдал это фундаментальное воздействие и благодаря нему человек может сидеть, стоять или лежать. Гравитационная сила проявляется в падении камня с обрыва; движении планеты вокруг звезды; морских приливах, за которые отвечает Луна. Гравитация является наиболее интуитивно понятной и знакомой из фундаментальных сил, при этом ее не так уж просто объяснить.

Исаак Ньютон был первым, кто предложил идею гравитации, предположительно вдохновленную падением яблока с дерева. Он описал ее как буквальное притяжение между двумя объектами. Спустя столетия Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности (ОТО) предположил, что гравитация — это не притяжение или сила. Напротив, это следствие того, что объекты искривляют пространство-время. Большой объект работает с пространством-временем примерно так же, как большой шар, помещенный в середину листа, воздействует на этот материал, деформируя его и заставляя другие, более мелкие объекты на листе падать к середине.

Закон всемирного тяготения

Хотя гравитация удерживает вместе планеты, звезды, солнечные системы и даже галактики, она оказывается самой слабой из фундаментальных сил, особенно на молекулярном и атомном уровнях. Подумайте об этом так: насколько сложно оторвать мяч от земли? Или поднять ногу? Или прыгнуть? Все эти действия противодействуют гравитации всей Земли. А на молекулярном и атомном уровнях гравитация почти не влияет на другие фундаментальные силы.

Слабая сила и распад частиц

Слабая сила, или слабое ядерное взаимодействие, несет ответственность за распад частиц. Это буквальное превращение одного типа субатомных частиц в другой. Так, например, нейтрино, отклоняющееся от нейтрона, может превратить нейтрон в протон, а нейтрино — в электрон.

Физики описывают это взаимодействие через обмен бозонами. Эти несущие силу частицы, а именно некоторые их виды, ответственны за слабое взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и сильное взаимодействие. В слабом взаимодействии бозоны — это заряженные частицы, называемые W- и Z-бозонами. Когда субатомные частицы — протоны, нейтроны и электроны — находятся на расстоянии 10⁻¹⁸метров (0,1% диаметра протона) друг от друга, они могут обмениваться этими бозонами. В результате субатомные частицы распадаются на новые частицы.

Слабое взаимодействие имеет решающее значение для реакций ядерного синтеза. Именно они приводят в действие Солнце и производят энергию, необходимую для большинства форм жизни здесь, на Земле. Кстати, поэтому археологи используют углерод-14 для определения возраста древних костей, дерева и других ранее живых артефактов. Углерод-14 имеет шесть протонов и восемь нейтронов. Один из этих нейтронов распадается на протон с образованием азота-14, у которого — семь протонов и семь нейтронов. Такой распад происходит с предсказуемой скоростью, что и позволяет ученым определить возраст артефактов.

Электромагнитная сила

Электромагнитная сила (сила Лоренца) действует между заряженными частицами — отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами. Противоположные заряды притягиваются друг к другу, а одинаковые — отталкиваются. Чем больше заряд, тем больше сила. И, как и гравитация, эту силу можно почувствовать.

Как следует из названия, электромагнитная сила состоит из двух частей: электрической силы и магнитной силы. Сначала физики описывали эти силы отдельно друг от друга, но позже поняли, что они являются компонентами одной.

Электрический компонент действует между заряженными частицами независимо от того, движутся они или нет, создавая поле. С помощью него заряды могут влиять друг на друга. Но как только они приходят в движение, эти заряженные частицы проявляют и вторую составляющую — магнитную силу. При движении они создают вокруг себя магнитное поле. Поэтому, когда электроны проникают через провод, чтобы, например, зарядить компьютер или телефон или включить телевизор, провод становится магнитным.

Электромагнитные силы передаются между заряженными частицами посредством обмена безмассовыми, несущими силу бозонами — фотонами, которые также являются частицами света. Однако фотоны, несущие силу, представляют собой другое их проявление. По данным университета Теннесси в Ноксвилле, они виртуальны и не поддаются обнаружению, хотя технически являются теми же частицами, что и реальная и обнаруживаемая версия фотонов.

Электромагнитная сила ответственна за некоторые из наиболее часто встречающихся явлений: трение, упругость, нормальную силу и силу, удерживающую твердые тела вместе в заданной форме. Она даже отвечает за сопротивление, с которым сталкиваются, например, птицы и самолеты. Это происходит из-за взаимодействия заряженных (или нейтральных) частиц друг с другом. Например, нормальная сила, которая удерживает книгу на столе (вместо силы тяжести, притягивающей книгу к земле), является следствием того, что электроны в атомах стола отталкивают электроны в атомах книги.

Сильное взаимодействие — в триллионы триллионы триллионов сильнее гравитации

Сильная ядерная сила, или сильное ядерное взаимодействие — мощнейшее из четырех фундаментальных сил природы. По данным HyperPhysics, это в 6 тысяч триллионов триллионов триллионов (это 39 нулей после 6) раз сильнее силы тяжести. Дело в том, что она связывает фундаментальные частицы материи вместе, чтобы сформировать более крупные частицы. Он удерживает вместе кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, а часть сильного взаимодействия также удерживает вместе протоны и нейтроны ядра атома.

Подобно слабому взаимодействию, сильное взаимодействие действует только тогда, когда субатомные частицы находятся очень близко друг к другу. Они должны быть где-то в пределах 10⁻¹⁵ метров друг от друга (примерно в пределах диаметра протона).

Однако сильное взаимодействие можно назвать «странным». Дело в том, что оно, в отличие от других фундаментальных сил, становится слабее по мере приближения субатомных частиц друг к другу. Как пишут исследователи Фермилаб, сильное взаимодействие достигает максимальной «прочности», когда частицы находятся как можно дальше друг от друга. Попадая в зону действия, безмассовые заряженные бозоны — глюоны — передают сильное взаимодействие между кварками и удерживают их «склеенными». Крошечная доля сильного взаимодействия — остаточное сильным взаимодействие — действует между протонами и нейтронами. Протоны в ядре отталкиваются друг от друга из-за их одинакового заряда, но остаточная сильная сила может преодолеть этот процесс. Именно поэтому частицы остаются связанными в ядре атома.

Великое объединение и теория всего

Неурегулированный вопрос о четырех фундаментальных силах заключается в том, действительно ли они являются проявлением единственной великой силы Вселенной. Если это так, каждый из них должен иметь возможность сливаться с другими, и уже есть доказательства того, что они могут.

Физики Шелдон Глэшоу и Стивен Вайнберг из Гарвардского университета с Абдусом Саламом из Имперского колледжа Лондона получили Нобелевскую премию по физике в 1979 году за объединение электромагнитной силы со слабой силой для формирования концепции электрослабой силы. Физики, работающие над созданием теорией Великого объединения, стремятся объединить электрослабое взаимодействие с сильным, чтобы определить электронно-ядерное. Ранее его предсказывали модели, однако оно еще не наблюдалось. Последний кусок головоломки потребовал бы объединения гравитации с электронно-ядерной силой для разработки теории всего — основы, которая могла бы объяснить всю Вселенную.

Однако физикам было довольно сложно объединить микроскопический мир с макроскопическим. В больших и особенно астрономических масштабах гравитация доминирует и лучше всего описывается общей теорией относительности Эйнштейна. Но на молекулярном, атомном или субатомном уровнях квантовая механика лучше всего описывает мир природы. И до сих пор никто не придумал хорошего способа объединить эти два мира.

Читать далее

Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?

Уран получил статус самой странной планеты в Солнечной системе. Почему?

В НАСА рассказали, как они доставят образцы Марса на Землю

Это не обсуждается: Закон всемирного тяготения

В нашем мире противоречий и сомнений есть вещи, которые не обсуждаются — аксиомы и законы. К таким относятся законы Ньютона, объясняющие силы тяготения и притяжения. Давайте вспомним, как они работают и почему знания о них так важны.

Однажды Исаак Ньютон гулял по яблоневому саду и вдруг увидел Луну в дневном небе. Тут возле него упало яблоко, и он связал эти два факта — Луну и яблоко — воедино. Ученый тогда исследовал законы движения и знал, что яблоко падает из-за гравитационного поля Земли.

Знал он и о том, что Луна не просто висит в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, и, следовательно, на нее воздействует какая-то сила, которая удерживает ее от того, чтобы сорваться с орбиты и улететь по прямой прочь, в открытый космос. Тут ему и пришло в голову, что, возможно, это одна и та же сила заставляет и яблоко падать на землю, и Луну оставаться на околоземной орбите.

Сегодня это может быть в порядке вещей, но более чем 300 лет назад сэр Исаак Ньютон предложил революционную идею: два любых объекта, независимо от их массы, притягиваются друг к другу. До Ньютона считалось, что на Земле и в космосе действуют разные физические законы. То есть, яблоко падает на землю по одним причинам, а планеты вращаются вокруг Солнца — совершенно по другим. Преимущество универсального закона тяготения в том, что он позволяет вычислить гравитационное притяжение между двумя любыми объектами. Эта способность крайне полезна, когда ученые, например, запускают спутник на орбиту или определяют курс Луны. Двигатель космического корабля должен быть достаточно мощным, чтобы преодолеть земное притяжение. Приливы и отливы морей и рек тоже происходят благодаря силе тяготения, они вызваны действием силы тяготения Луны. Земное притяжение (сила тяготения) заставляет течь реки.

Закон Ньютона: сила притяжения двух тел прямо пропорциональна массе каждого тела и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Так что при увеличении расстояния эта сила убывает, но она никогда не равна в точности нулю. Конечно, если массы малы, а расстояние велико, то сила настолько мала, что она просто незаметна, и мы считаем ее равной нулю. Сила тяготения не возникает, она всегда есть, но заметна только при больших массах (или если хотя бы одна из масс велика) и небольших расстояниях. Правда, «небольшое» расстояние в космических масштабах может показаться нам огромным, например, от Солнца до Земли 149000000 км, а сила притяжения настолько велика, что Земля (с нашей точки зрения, огромный шар) не улетает прочь, а всегда вращается вокруг Солнца.

Закон Ньютона существует и работает в своей неизменной форме. То же самое относится к выбору скоростного режима на дороге. Значение скорости, указанную на дорожном знаке, следует понимать однозначно, без лишних интерпретаций — это всегда максимально разрешенная скорость. Соблюдайте ее и путешествуйте безопасно!

Физика. Понятия и определения.

Что такое сила?

Если тело ускоряется то на него что-то действует. А как найти это «что-то»? Например, что за силы действуют на тело вблизи поверхности земли? Это — сила тяжести, направленная вертикально вниз, пропорциональная массе тела и для высот, много меньших, чем радиус земли ${\large R}$, почти независящая от высоты; она равна

${\large F = \dfrac {G \cdot m \cdot M}{R^2} = m \cdot g }$

где

${\large g = \dfrac {G \cdot M}{R^2} }$

так называемое ускорение силы тяжести.2}$

В чем сила измеряется?

Во всех учебниках и умных книжках, силу принято выражать в Ньютонах, но кроме как в моделях которыми оперируют физики ньютоны ни где не применяются. Это крайне неудобно.

Ньютон newton (Н) — производная единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ).
Исходя из второго закона Ньютона, единица ньютон определяется как сила, изменяющая за одну секунду скорость тела массой один килограмм на 1 метр в секунду в направлении действия силы.

Таким образом, 1 Н = 1 кг·м/с².

Килограмм-сила (кгс или кГ) — гравитационная метрическая единица силы, равная силе, которая действует на тело массой один килограмм в гравитационном поле земли. Поэтому по определению килограмм-сила равна 9,80665 Н. Килограмм-сила удобна тем, что её величина равна весу тела массой в 1 кг.
1 кгс = 9,80665 ньютонов (примерно ≈ 10 Н)
1 Н ≈ 0,10197162 кгс ≈ 0,1 кгс

1 Н = 1 кг x 1м/с2.

Закон тяготения

Каждый объект Вселенной притягивается к любому другому объекту с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.2 \right ) }$. Знак минус означает, что сила, действующая на пробное тело, всегда направлена по радиус-вектору от пробного тела к источнику гравитационного поля, т.е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению тел.
Поле тяжести потенциально. Это значит, что можно ввести потенциальную энергию гравитационного притяжения пары тел, и эта энергия не изменится после перемещения тел по замкнутому контуру. Потенциальность поля тяжести влечёт за собой закон сохранения суммы кинетической и потенциальной энергии, что при изучении движения тел в поле тяжести часто существенно упрощает решение.
В рамках ньютоновской механики гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Это означает, что как бы массивное тело ни двигалось, в любой точке пространства гравитационный потенциал и сила зависят только от положения тела в данный момент времени.

Тяжелее — Легче

Вес тела ${\large P}$ выражается произведением его массы ${\large m}$ на ускорение силы тяжести ${\large g}$.2 }$

В результате произведение ${\large m \cdot g }$, а следовательно и вес уменьшаются в 6 раз.

Но нельзя обозначить оба эти явления одним и тем же выражением «сделать легче». На луне тела становятся не легче, а лишь менее стремительно падают они «менее падучи»))).

Векторные и скалярные величины

Векторная величина (например сила, приложенная к телу), помимо значения (модуля), характеризуется также направлением. Скалярная же величина (например, длина) характеризуется только значением. Все классические законы механики сформулированы для векторных величин.

Рисунок 1.

На рис. 1 изображены различные варианты расположения вектора ${ \large \overrightarrow{F}}$ и его проекции ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ на оси ${ \large X}$ и ${ \large Y}$ соответственно:

A. величины ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ являются ненулевыми и положительными
B. величины ${ \large F_x}$ и ${ \large F_y}$ являются ненулевыми, при этом ${\large F_y}$ — положительная величина, а ${\large F_x}$ — отрицательная, т.к. вектор ${\large \overrightarrow{F}}$ направлен в сторону, противоположную направлению оси ${\large X}$
C. ${\large F_y}$ — положительная ненулевая величина, ${\large F_x}$ равна нулю, т.к. вектор ${\large \overrightarrow{F}}$ направлен перпендикулярно оси ${\large X}$

Момент силы

Моментом силы называют векторное произведение радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Т.е. согласно классическому определению момент силы — величина векторная. В рамках нашей задачи, это определение можно упростить до следующего: моментом силы ${\large \overrightarrow{F}}$, приложенной к точке с координатой ${\large x_F}$, относительно оси, расположенной в точке ${\large x_0}$ называется скалярная величина, равная произведению модуля силы ${\large \overrightarrow{F}}$, на плечо силы — ${\large \left | x_F — x_0 \right |}$. А знак этой скалярной величины зависит от направления силы: если она вращает объект по часовой стрелке, то знак плюс, если против — то минус.

Важно понимать, что ось мы можем выбирать произвольным образом — если тело не вращается, то сумма моментов сил относительно любой оси равна нулю. Второе важное замечание — если сила приложена к точке, через которую проходит ось, то момент этой силы относительно этой оси равен нулю (поскольку плечо силы будет равно нулю).

Проиллюстрируем вышесказанное примером, на рис.2. Предположим, что система, изображенная на рис.{gr}}}$

Теперь рассмотрим условие равенства моментов сил, действующих на опору, относительно оси, проходящей через точку А (и, как мы договаривались ранее, перпендикулярную плоскости рисунка):

${\large N \cdot l_1 — N_2 \cdot \left ( l_1 +l_2 \right ) = 0}$

Обратите внимание, что в уравнение не вошёл момент силы ${\large \overrightarrow{N_1}}$, поскольку плечо этой силы относительно рассматриваемой оси равно ${\large 0}$. Если же мы по каким-либо причинам хотим выбрать ось, проходящую через точку С, то условие равенства моментов сил будет выглядеть так:

${\large N_1 \cdot l_1 — N_2 \cdot l_2 = 0}$

Можно показать, что с математической точки зрения два последних уравнения эквивалентны.

Центр тяжести

Центром тяжести механической системы называется точка, относительно которой суммарный момент сил тяжести, действующих на систему, равен нулю.

Центр масс

Точка центра масс замечательна тем , что если на частицы образующие тело (неважно будет ли оно твердым или жидким, скоплением звезд или чем то другим) действует великое множество сил (имеются ввиду только внешние силы, поскольку все внутренние силы компенсируют друг друга), то результирующая сила приводит к такому ускорению этой точки, как будто в ней вся масса тела ${\large m}$.

Положение центра масс определяется уравнением:

${\large R_{c.m.} = \frac{\sum m_i\, r_i}{\sum m_i}}$

Это векторное уравнение, т.е. фактически три уравнения — по одному для каждого из трех направлений. Но рассмотрим только ${\large x}$ направление. Что означает следующее равенство?

${\large X_{c.m.} = \frac{\sum m_i\, x_i}{\sum m_i}}$

Предположим тело разделено на маленькие кусочки с одинаковой массой ${\large m}$, причем полная масса тела равна будет равна числу таких кусочков ${\large N}$, умноженному на массу одного кусочка, например 1 грамм. Тогда это уравнение означает, что нужно взять координаты ${\large x}$ всех кусочков, сложить их и результат разделить на число кусочков. Иными словами, если массы кусочков равны то ${\large X_{c.m.}}$ будет просто средним арифметическим ${\large x}$ координат всех кусочков.

центр масс сложного тела

лежит на линии, соединяющей центры масс

двух составляющих его частей

Масса и плотность

Масса — фундаментальная физическая величина. Масса характеризует сразу несколько свойств тела и сама по себе обладает рядом важных свойств.

Масса служит мерой содержащегося в теле вещества.
Масса является мерой инертности тела. Инертностью называется свойство тела сохранять свою скорость неизменной (в инерциальной системе отсчёта), когда внешние воздействия отсутствуют или компенсируют друг друга. При наличии внешних воздействий инертность тела проявляется в том, что его скорость меняется не мгновенно, а постепенно, и тем медленнее, чем больше инертность (т.е. масса) тела. Например, если бильярдный шар и автобус движутся с одинаковой скоростью и тормозятся одинаковым усилием, то для остановки шара требуется гораздо меньше времени, чем для остановки автобуса.
Массы тел являются причиной их гравитационного притяжения друг к другу (см. раздел «Сила тяготения»).
Масса тела равна сумме масс его частей. Это так называемая аддитивность массы. Аддитивность позволяет использовать для измерения массы эталон — 1 кг.
Масса изолированной системы тел не меняется со временем (закон сохранения массы).
Масса тела не зависит от скорости его движения. Масса не меняется при переходе от одной системы отсчёта к другой.
Плотностью однородного тела называется отношение массы тела к его объёму:

${\large p = \dfrac {m}{V} }$

Плотность не зависит от геометрических свойств тела (формы, объёма) и является характеристикой вещества тела. Плотности различных веществ представлены в справочных таблицах. Желательно помнить плотность воды: 1000 кг/м3.

Второй и третий законы Ньютона

Взаимодействие тел можно описывать с помощью понятия силы. Сила — это векторная величина, являющаяся мерой воздействия одного тела на другое.
Будучи вектором, сила характеризуется модулем (абсолютной величиной) и направлением в пространстве. Кроме того, важна точка приложения силы: одна и та же по модулю и направлению сила, приложенная в разных точках тела, может оказывать различное воздействие. Так, если взяться за обод велосипедного колеса и потянуть по касательной к ободу, то колесо начнёт вращаться. Если же тянуть вдоль радиуса, никакого вращения не будет.

Второй закон Ньютона

Произведение массы тела на вектор ускорения есть равнодействующая всех сил, приложенных к телу:

${\large m \cdot \overrightarrow{a} = \overrightarrow{F} }$

Второй закон Ньютона связывает векторы ускорения и силы. Это означает, что справедливы следующие утверждения.

${\large m \cdot a = F}$, где ${\large a}$ — модуль ускорения, ${\large F}$ — модуль равнодействующей силы.
Вектор ускорения имеет одинаковое направление с вектором равнодействующей силы, так как масса тела положительна.

Третий закон Ньютона

Два тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. Эти силы имеют одну и ту же физическую природу и направлены вдоль прямой, соединяющей их точки приложения.

Принцип суперпозиции

Опыт показывает, что если на данное тело действуют несколько других тел, то соответствующие силы складываются как векторы. Более точно, справедлив принцип суперпозиции.
Принцип суперпозиции сил. Пусть на тело действуют силы ${\large \overrightarrow{F_1}, \overrightarrow{F_2},\ \ldots \overrightarrow{F_n}}$ Если заменить их одной силой ${\large \overrightarrow{F} = \overrightarrow{F_1} + \overrightarrow{F_2} \ldots + \overrightarrow{F_n}}$, то результат воздействия не изменится.
Сила ${\large \overrightarrow{F}}$ называется равнодействующей сил ${\large \overrightarrow{F_1}, \overrightarrow{F_2},\ \ldots \overrightarrow{F_n}}$ или результирующей силой.

Закон Всемирного тяготения. Сила тяжести. | Методическая разработка по физике (10 класс):

Дидактическая цель: сформулировать закон всемирного тяготения, раскрыть физический смысл гравитационной постоянной, показать, что движение искусственных спутников Земли – движение под действием силы тяжести.

Воспитательная цель: показать роль физических законов в изучении макрокосмоса, а также возможности математических моделей в описании движении планет, спутников, комет

Основные знания и умения: понимать смысл ЗВТ и его связь с III законом Ньютона, уметь рассчитывать ускорения свободного падения и первой космической скорости разных планет.

Тип урока: комбинированный

Ход урока

I. Организационный этап

II. Повторение

Сформулируйте первый закон Ньютона?

Сформулируйте второй закон Ньютона?

Сформулировать третий закон Ньютона?

Почему в III законе силы не уравновешивают друг друга?

III. Изучение нового материала

История открытия закона

Вы уже знакомы с явлением всемирного тяготения из курса девятого класса. Так же мы говорили о том, что все тела, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Из второго закона Ньютона следует, что любая равнодействующая сила равна произведению массы тела и ускорения, сообщаемого этой силой: .

Так, например, сила тяжести равна произведению массы тела и ускорения свободного падения:

Но, как мы уже выяснили, ускорение свободного падения не зависит от массы тела, из чего можно сделать вывод, что гравитационные силы сообщают ускорение, которое не зависит от массы тела!

Это поразительное свойство можно объяснить только тем, что гравитационные силы пропорциональны массе тела, на которое они действуют. А теперь, вспомним третий закон Ньютона: тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю, направленными по одной прямой в противоположных направлениях: .

В частности, если Земля действует на Луну с некоторой силой, то и Луна должна действовать на Землю с этой силой. Значит, гравитационная сила, возникающая между двумя телами пропорциональна массам обоих тел.

Рассмотрим теперь ускорение, с которым двигается Луна. Напомним, что любое криволинейное движение является ускоренным. Движение Луны вокруг Земли хорошо известно людям: период обращения Луны вокруг Земли составляет примерно 27,3 земных суток, а средний радиус орбиты Луны составляет 384 тыс. километров. Исходя из этого, мы можем подсчитать центростремительное ускорение Луны:

Если мы сравним теперь получившуюся величину с ускорением свободного падения на Земле, то убедимся, что ускорение Луны примерно в 3600 раз меньше, чем ускорение свободного падения на Земле:

А теперь, сравним радиус Земли с расстоянием между Землёй и Луной:

Оказывается, что радиус Земли примерно в 60 раз меньше, чем расстояние между Землей и Луной. Заметим, что 602 — это 3600. Из этого можно заключить, что сила тяготения между двумя телами уменьшается пропорционально квадрату расстояния между этими телами.

Исходя из всего вышеперечисленного, формулировка закона всемирного тяготения такова:

сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.

Необходимо отметить, что если тела не являются материальными точками, то за расстояние между ними принимается расстояние между центрами тяжести этих тел.

В формуле мы видим коэффициент пропорциональности, который называется гравитационной постоянной.

Впервые гравитационная постоянная была измерена Генри Кавендишем в 1798 году. С помощью крутильных весов, ему удалось определить значение гравитационной постоянной достаточно точно (оно почти совпадает с принятым сегодня значением).

Крутильные весы представляют собой следующую установку: на тонкой упругой нити подвешено лёгкое коромысло с двумя шарами на концах. Рядом закреплены два значительно более тяжёлых шара (в эксперименте Кавендиша легкие шары имели массу 775 г, а тяжёлые – 49,5 кг). В результате гравитационного взаимодействия, коромысло поворачивалось и закручивало нить. Зная упругие свойства нити, Кавендишу удалось измерить силу притяжения. Поскольку, массы шаров ему были известны, так же, как и расстояние между ними, Кавендиш смог вычислить гравитационную постоянную.

G=6,67 * 10 -11 Н м2/кг2

Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массами 1 кг, если расстояние между ними составляет 1 метр.

Необходимо отметить, что закон всемирного тяготения дает точный результат, в трех случаях:

1) Если оба тела имеют форму шара и являются однородными.

2)Если размеры тел ничтожно малы, по сравнению с расстоянием между ними.

3) Если одно из тел обладает формой шара и его размеры многократно больше размеров второго тела любой формы.

Позже астрономы открыли «на кончике пера» планету Нептун. На основании этого закона на много лет вперед предсказывают солнечные и лунные затмения, рассчитывают движение космических кораблей.

Чем больше расстояние спутника над поверхностью Земли, тем медленнее он будет двигаться по орбите. Существует минимальная скорость, которую нужно сообщить телу, чтобы вывести его на орбиту Земли. Эта скорость называется первой космической скоростью. Её можно найти, приняв расстояние от Земли за ноль, поскольку изначально спутник будет находиться на Земле.
Частным случаем гравитационной силы является сила тяжести. Поэтому из закона всемирного тяготения можно рассчитать ускорение свободного падения.

Тогда первая космическая скорость

Любое тело, находящееся на Земле не сможет выйти на её орбиту, если будет двигаться медленнее, чем 7,9 км/с.

Существует также и вторая космическая скорость. Это скорость, необходимая для того, чтобы покинуть орбиту Земли.

Вторая космическая скорость вычисляется исходя из закона сохранения энергии и равна 11,2 км/с

В ближайшее время мы будем рассматривать только первые две космические скорости.

Как можно убедиться из формул, чем больше масса и чем меньше радиус небесного тела, тем больше его космические скорости.

IV. Решение заданий из ЕГЭ.

1. Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) Масса Луны больше массы Ио.

2) Ускорение свободного падения на Тритоне примерно равно 0,79 м/с2.

3) Сила притяжения Ио к Юпитеру больше, чем сила притяжения Европы.

4) Первая космическая скорость для Фобоса составляет примерно 0,08 км/с.

5) Период обращения Каллисто меньше периода обращения Европы вокруг Юпитера

2. Выберите два утверждения, которые соответствуют характеристикам планет.

1) Средняя плотность Венеры меньше средней плотности Земли.

2) Центростремительное ускорение Юпитера при его вращении вокруг Солнца больше центростремительного ускорения Марса.

3) Первая космическая скорость для Нептуна меньше, чем для Урана.

4) Ускорение свободного падения на Меркурии составляет примерно 4 м/с2.

5) Сила притяжения Сатурна к Солнцу больше, чем у Юпитера.

3. Задачник стр. 44

№ 304, №311, №312

V. Домашняя работа.

§4, З. №305, 307, 310

Как открывали закон всемирного тяготения. Как люди открывали свою землю

Как открывали закон всемирного тяготения

Вы, конечно, знаете, что вес — это просто сила, с которой Земля притягивает к себе разные предметы. Одно и то же тело на Земле и на Луне весит по-разному, хотя масса его не меняется. Величина силы тяжести зависит от массы не только притягиваемого тела, но и притягивающего, а также от расстояния между их центрами. Вот только как зависит? От успеха решения этой задачи в XVII веке зависело буквально все развитие дальнейшей науки. Ученые это хорошо понимали и напрягали усилия, чтобы вывести закон, который связывал силу тяготения и массы тел.

В то время Исаак Ньютон упорно изучал движение Луны, задавая себе вопрос: «Что удерживает Луну от падения на Землю и какая сила движет ею по орбите вокруг Земли?» Эти вопросы тогда занимали не одного его. Едва ли не все ученое общество Лондона размышляло на ту же тему. Однажды астроном Галлей, друг и почитатель Ньютона, встретился в лондонском кафе с архитектором Реном. Оба сразу же заговорили о злободневных научных вопросах. К ним подошел Гук-наблюдатель и демонстратор опытов в Лондонском королевском обществе. Оказалось, что все трое немало времени и сил отдали доказательству того, что под действием силы тяжести, которая убывает пропорционально квадрату расстояний, движение небесных тел должно совершаться по кеплеровским эллиптическим орбитам, а не по кругам, как считалось раньше. Но доказательство ни у кого не получилось.

Следует заметить, что эта идея уже давно витала в воздухе. О ней говорили и даже писали. Оставалось ее только доказать математически. Жил в то время один малоизвестный сегодня итальянский натуралист по имени Джиованни Борелли. Занимаясь изучением движения спутников Юпитера, открытых Галилеем, он пришел к интересному заключению. «Движение небесных тел определяется взаимодействием двух сил, — говорил он. — Одной, направленной к центру вращения, и другой — от центра». Борелли рассуждал: предположим, что планета находится на таком расстоянии от Солнца и движется с такой скоростью, что стремление от центра меньше силы притяжения. Тогда планета будет приближаться к светилу по спирали, пока обе силы не уравновесятся. Предположим дальше, что по инерции, открытой Галилеем, планета проскочила нейтральную орбиту и приблизилась к Солнцу ближе положенного. Тогда сохранившаяся скорость движения заставит центробежную силу преодолеть притяжение и планета станет удаляться от светила.

Об этих рассуждениях Борелли знали многие. Но в них не было ни строчки неопровержимых математических доказательств. Итальянский ученый просто предполагал существование силы притяжения и из нее логически выводил необходимость обращения планет по орбитам.

Рен, самый богатый из всех троих джентльменов, сошедшихся в кафе, чисто в английском вкусе предложил на пари выплатить премию тому, кто первым решит задачу. Галлей и Гук согласились.

Прошло некоторое время, и Галлей как-то зашей к Ньютону по делам. Он рассказал ему о споре и о пари. Каково же было его удивление, когда его ученый друг с жаром заявил, что не только сам давно занимается тою же проблемой, но и почти имеет готовое решение.

Ньютон действительно давно рассуждал о причинах, удерживающих Луну на своей орбите. Искал силы, заставляющие наш спутник обращаться вокруг Земли. Упорно думал, пока ему не открылась вдруг простая истина. Да ведь для такого движения никакой дополнительной силы, кроме притяжения, и не нужно! Помните закон, гласящий, что ежели на тело не действует никакая посторонняя сила, то оно летит себе прямо с постоянной скоростью. Не так ли движется и Луна? Она летит себе прямолинейно в пространстве, а притяжение Земли ее все время заворачивает. И Луна падает, падает на Землю, но никак не может упасть…

Для окончательного вывода Ньютону нужны были точные сведения об орбите Луны и периоде ее обращения. Он попросил представить их ему королевского астронома Флемстида. Но тот, верный своему пренеприятному характеру, заявил в ответ, что не намерен потакать причудам мистера Ньютона. Пришлось Галлею чуть ли не похитить у королевского астронома результаты его наблюдений, чтобы передать их Ньютону. И тогда, менее чем через месяц, тот отослал своему другу готовую рукопись краткого мемуара с полным решением спорной задачи.

Ньютон просил пока не публиковать его сообщения, но зарегистрировать его в королевском обществе на случай споров о приоритете. Спустя год эта работа увидела свет.

«Мистер Ньютон разработал руду, которую я накопал», — не без сарказма заметил Флемстид.

«Если он накопал руду, то я смастерил из нее золотое кольцо», — парировал Ньютон, который хоть и не любил споров, но и в долгу не оставался, когда о его работе отзывались без должного уважения.

Конечно, одной теории Луны было недостаточно для утверждения о всеобщности закона всемирного тяготения. Но вслед за расчетами лунного движения последовали расчеты движения и многих других небесных тел, и замечательное уравнение Ньютона обрело статус всемирного закона.

Вы, наверное, помните его формулу , где F — сила притяжения, M₁ и М₂ — массы притягивающихся тел, R — расстояние между ними, a G — гравитационная постоянная, или коэффициент пропорциональности в законе тяготения, который еще предстояло определять.

Пользуясь созданной теорией, Ньютон сумел определить отношения масс небесных тел. Например, отношение массы Земли к массе Солнца, массы Юпитера к массе Солнца. Но вычислить массу каждого тела по отдельности никак не удавалось. Для этого нужно было точно знать коэффициент пропорциональности, то есть гравитационную постоянную. А для ее определения следовало поставить очень тонкие опыты по измерению притяжения двух тел с известными массами.

3.2 Закон Всемирного тяготения — Физика по учебнику 10 класса

Закон всемирного тяготения:
  Сила взаимного притяжения двух тел прямо пропорциональна произведению масс этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
   Коэффициент пропорциональности G называется гравитационной постоянной.
   Гравитационная постоянная численно равна силе притяжения между двумя материальными точками массой 1 кг каждая, если расстояние между ними равно 1 м. Ведь при m₁=m₂=1 кг и R=1 м получаем G=F(численно).
   Нужно иметь в виду, что закон всемирного тяготения (4.5) как всеобщий закон справедлив для материальных точек. При этом силы гравитационного взаимодействия направлены вдоль линии, соединяющей эти точки (рис.4.2). Подобного рода силы называются центральными.

   Определение гравитационной постоянной. Теперь выясним, как можно найти гравитационную постоянную. Прежде всего заметим, что G имеет определенное наименование. Это обусловлено тем, что единицы (и соответственно наименования) всех величин, входящих в закон всемирного тяготения, уже были установлены ранее. Закон же тяготения дает новую связь между известными величинами с определенными наименованиями единиц. Именно поэтому коэффициент оказывается именованной величиной. Пользуясь формулой закона всемирного тяготения, легко найти наименование единицы гравитационной постоянной в СИ: Н•м²/кг²=м³/(кг•с²).
   Для количественного определения G нужно независимо определить все величины, входящие в закон всемирного тяготения: обе массы, силу и расстояние между телами. Использовать для этого астрономические наблюдения нельзя, так как определить массы планет, Солнца, да и Земли, можно лишь на основе самого закона всемирного тяготения, если значение гравитационной постоянной известно. Опыт должен быть проведен на Земле с телами, массы которых можно измерить на весах.
   Трудность состоит в том, что гравитационные силы между телами небольших масс крайне малы. Именно по этой причине мы не замечаем притяжение нашего тела к окружающим предметам и взаимное притяжение предметов друг к другу, хотя гравитационные силы — самые универсальные из всех сил в природе. Два человека массами по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой всего лишь порядка 10^-9 Н. Поэтому для измерения гравитационной постоянной нужны достаточно тонкие опыты.
   Впервые гравитационная постоянная была измерена английским физиком Г. Кавендишем в 1798 г. с помощью прибора, называемого крутильными весами. Схема крутильных весов показана на рисунке 4.3. На тонкой упругой нити подвешено легкое коромысло с двумя одинаковыми грузиками на концах. Рядом неподвижно закреплены два тяжелых шара. Между грузиками и неподвижными шарами действуют силы тяготения. Под влиянием этих сил коромысло поворачивается и закручивает нить. По углу закручивания можно определить силу притяжения. Для этого нужно только знать упругие свойства нити. Массы тел известны, а расстояние между центрами взаимодействующих тел можно непосредственно измерить.
   Из этих опытов было получено следующее значение для гравитационной постоянной:
   Лишь в том случае, когда взаимодействуют тела огромных масс (или по крайней мере масса одного из тел очень велика), сила тяготения достигает большой величины. Например, Земля и Луна притягиваются друг к другу с силой F≈2•10²⁰ H.

Что такое гравитационная сила? — Вселенная сегодня

Закон всемирного тяготения Ньютона используется для объяснения силы тяготения. Этот закон гласит, что каждая массивная частица во Вселенной притягивает каждую другую массивную частицу с силой, которая прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Этот общий физический закон был выведен из наблюдений, сделанных методом индукции. Другой способ, более современный способ сформулировать закон: «Каждая точечная масса притягивает каждую другую точечную массу силой, направленной вдоль линии, пересекающей обе точки.Сила пропорциональна произведению двух масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между точечными массами.

Нас окружает гравитационная сила. Это то, что определяет, сколько мы весим и как далеко пролетит баскетбольный мяч, когда его бросят, прежде чем он вернется на поверхность. Гравитационная сила на Земле равна силе, которую Земля оказывает на вас. В состоянии покоя, на поверхности Земли или вблизи нее, сила тяжести равна вашему весу. На другом астрономическом теле, таком как Венера или Луна, ускорение свободного падения отличается от земного, поэтому, если вы встанете на весы, это покажет вам, что вы весите другое количество, чем на Земле.

Когда два объекта гравитационно заблокированы, их сила тяжести сосредоточена в области, которая находится не в центре любого объекта, а в барицентре системы. Принцип похож на качели. Если два человека с очень разным весом сидят по разные стороны от точки равновесия, более тяжелый должен сидеть ближе к точке равновесия, чтобы они могли уравнять массу друг друга. Например, если более тяжелый человек весит вдвое больше, чем более легкий, он должен сидеть только на половине расстояния от точки опоры.Точка баланса — это центр масс качелей, так же как центр тяжести — это точка баланса системы Земля-Луна. Это точка, которая фактически движется вокруг Солнца по орбите Земли, в то время как Земля и Луна движутся по своим орбитам вокруг барицентра.

Каждая система в галактике и, предположительно, во Вселенной имеет барицентр. Толчок и притяжение гравитационной силы объектов — это то, что удерживает все в космосе от столкновения друг с другом.

Мы написали много статей о силе тяготения для Вселенной сегодня.Вот статья о гравитации в космосе, а вот статья об открытии гравитации.

Если вам нужна дополнительная информация о гравитации, ознакомьтесь с «Постоянное притяжение гравитации: как это работает?», А вот ссылка на статью «Гравитация на Земле и гравитация в космосе: в чем разница?».

Мы также записали целый эпизод Astronomy Cast, посвященный гравитации. Послушайте, Эпизод 102: Гравитация.

Как это:

Нравится Загрузка …

Физики измеряют гравитационную силу между самыми маленькими массами

Физик Маркус Аспельмейер хорошо помнит тот день, почти десять лет назад, когда посетитель его лаборатории заявил о гравитационном притяжении его офисный стул слишком слаб, чтобы измерить.Измеримая или нет, эта сила, безусловно, должна существовать. Еще со времен работы Исаака Ньютона в 1687 году физики поняли, что гравитация универсальна: каждый объект оказывает на все вокруг гравитационную силу, пропорциональную своей массе. Комментарий посетителя был призван вернуть на Землю все более причудливую беседу, но Аспельмейер, профессор Венского университета, воспринял это как вызов. «Мое решение было:« Хорошо, я собираюсь не только измерить гравитационное поле этого стула, но и мы будем маленькими, маленькими, маленькими! »- вспоминает он.

Исследование, начатое в тот день, принесло первый результат: измерение силы тяжести между двумя крошечными золотыми сферами, каждая размером с кунжутное семя и весящей не меньше четырех зерен риса — наименьших масс, сила тяжести которых был измерен на сегодняшний день. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature , приближают физиков на один шаг к далекой цели — примирить гравитацию с квантовой механикой, теорией, лежащей в основе всей негравитационной физики.

Точность силы тяжести

Трудно представить, насколько необычайно слабая гравитация для таких малых масс. Гравитационное притяжение одной сферы («исходная масса») на другую («пробная масса») в нескольких миллиметрах от нас более чем в 10 миллионов раз меньше, чем сила падающей снежинки. Основная задача, стоящая перед командой Аспельмейера, заключалась в разработке детектора, чрезвычайно чувствительного к этой гравитационной силе, но совершенно нечувствительного к гораздо большим фоновым силам, толкающим и тянущим испытательную массу со всех сторон.

Исследователи достигли этой чувствительности с помощью детектора, называемого торсионным маятником, который выглядит как миниатюрная версия мобильного телефона, висящего над детской кроваткой. Сфера с пробной массой прикреплена к одному концу тонкого стержня, который подвешен в середине на кварцевом волокне толщиной четыре микрона. Аналогичная сфера на другом конце стержня действует как противовес. Сила, действующая на испытательную массу, заставляет маятник кручения вращаться до тех пор, пока он не уравновесится возвращающей силой от скручивания волокна.Такое тонкое волокно чрезвычайно податливо, поэтому даже очень слабая сила приводит к относительно большому вращению. Крайне важно, что торсионный маятник очень нечувствителен к силам от удаленных объектов, которые вместе тянут испытательную массу и противовес и, таким образом, не вызывают вращения.

Гравитацию можно понять как возникшую в результате искривления пространства-времени, что показано на снимке этого художника. Предоставлено: Arkitek Scientific

. Но даже эта продуманная конструкция торсионного маятника не полностью изолировала испытательную массу от оживленной городской среды дневной Вены.«Сладкие места всегда с полуночи до 5 утра, когда на улице нет людей», — объясняет Аспельмейер. «[Но] этого не было в пятницу или субботу».

Чтобы измерить гравитационную силу массы источника, исследователи не просто поместили его рядом с исследуемой массой. Вместо этого они непрерывно перемещали его вперед и назад на среднем расстоянии в несколько миллиметров. Этот метод, называемый модуляцией, неявно используется в конструкции сигналов поворота и мигающих велосипедных огней: регулярные периодические сигналы гораздо более заметны на фоне постоянно присутствующего фонового шума, чем постоянные.Конечно, ученые наблюдали колебательную силу именно с нужной частотой. Затем они повторили этот процесс много раз, изменяя среднее расстояние между массами и измеряя силы всего в 10 фемтоньютон на расстоянии от 2,5 до 5,5 миллиметров. Команда сравнила эти измерения со знаменитым законом обратных квадратов Ньютона, который описывает, как сила тяжести между двумя объектами зависит от их разделения: данные соответствовали закону Ньютона с точностью до 10 процентов.

«[То, что] вы можете измерить эти действительно, очень, очень крошечные силы — я думаю, это довольно удивительно», — говорит Стефан Шламмингер, физик из Национального института стандартов и технологий, который изучает гравитацию, но не принимал участия в работе. .

Но Аспельмейер и его коллеги еще не могли объявить о победе: им все же пришлось исключить возможность того, что модуляция массы источника порождает другие силы на испытательной массе, которые будут колебаться с точно такой же частотой.Периодическое раскачивание стола, поддерживающего экспериментальный прибор, вызванное отдачей от едва заметного движения массы источника, было лишь одним из множества факторов, мешающих исследованию, которые исследователи должны были тщательно определить количественно. В конце концов они обнаружили, что все известные негравитационные силы будут как минимум в 10 раз меньше, чем гравитационное взаимодействие.

Достижение квантовых масштабов

Аспельмейер считает, что усовершенствованный торсионный маятник будет чувствителен к гравитации масс, которые в 5000 раз меньше — легче, чем одна ресница.Его конечная цель — экспериментально проверить квантовую природу гравитации — вопрос, который ставил физиков в тупик почти столетие. Квантовая механика — одна из самых успешных и точно проверенных теорий во всей науке: она описывает все, от поведения субатомных частиц до физики полупроводников, которая делает возможными современные вычисления. Но попытки разработать квантовую теорию гравитации неоднократно блокировались противоречивыми и бессмысленными предсказаниями.

Частицы, описываемые квантовой механикой, ведут себя удивительно нелогичным образом.Одним из самых странных видов квантового поведения является особая форма корреляции, называемая запутыванием: когда две частицы запутываются, их судьбы становятся неразрывно связанными, и их невозможно описать по отдельности. Запутанность и другие квантовые эффекты наиболее заметны в очень маленьких и хорошо изолированных системах, таких как атомы и молекулы, и они становятся все более хрупкими в больших масштабах, где важна гравитация. До недавнего времени казалось, что проверка квантовой гравитации выходит за пределы досягаемости лабораторных экспериментов.

Но за последние несколько лет мы стали свидетелями заметного экспериментального прогресса в обнаружении тонких квантовых эффектов во все более крупных системах. В конце 2017 года две группы физиков-теоретиков независимо друг от друга предложили амбициозный, но, возможно, осуществимый эксперимент, который мог бы сделать окончательное утверждение о квантовой природе гравитации. Эти усилия позволят измерить, может ли гравитация запутать две квантовые частицы. Если это так, то «никуда не деться от того факта, что это должно быть в некотором смысле неклассическим», — говорит Кьяра Марлетто, физик-теоретик из Оксфордского университета, соавтором одного из предложений со своим оксфордским коллегой Влатко Ведралом. .

Наблюдение гравитационного запутывания было бы новаторским. Но для убедительной демонстрации того, что гравитация является квантово-механической, потребуется доказать, что две частицы взаимодействовали только через гравитацию. Попытки Аспельмейера изолировать гравитационные силы между постепенно уменьшающимися массами являются критическим шагом к такому окончательному испытанию. «Поскольку квант движется от малого к большему, есть шанс, что гравитация и квант встретятся где-то посередине», — говорит Сугато Бозе, физик-теоретик из Университетского колледжа Лондона, который вместе с девятью соавторами написал другое предложение.

«Вопрос о том, является ли гравитация принципиально квантовой, является экспериментальным вопросом», — говорит Аспельмейер. «Нам не терпится пройти все девять ярдов и посмотреть, как все обернется».

Что такое гравитация? | Космическое пространство НАСА — Наука НАСА для детей

Гравитация — это сила, с помощью которой планета или другое тело притягивает объекты к своему центру. Сила тяжести удерживает все планеты на орбите вокруг Солнца.

Что еще делает гравитация?

Почему вы приземляетесь на землю, когда подпрыгиваете, а не летите в космос? Почему вещи падают, когда вы их бросаете или роняете? Ответ — гравитация: невидимая сила, притягивающая объекты друг к другу.Гравитация Земли — это то, что удерживает вас на земле и заставляет все падать.

Анимация силы тяжести в действии. Альберт Эйнштейн описал гравитацию как кривую в пространстве, огибающую объект, например звезду или планету. Если рядом находится другой объект, он втягивается в кривую. Изображение предоставлено: НАСА

Все, что имеет массу, также обладает гравитацией. Объекты с большей массой имеют большую гравитацию. С увеличением расстояния гравитация также ослабевает. Итак, чем ближе объекты друг к другу, тем сильнее их гравитационное притяжение.

Гравитация Земли исходит из всей ее массы. Вся его масса создает совокупное гравитационное притяжение всей массы вашего тела. Вот что дает вам вес. А если бы вы были на планете с массой меньше Земли, вы бы весили меньше, чем здесь.

Изображение предоставлено НАСА

Вы действуете на Землю с той же силой гравитации, что и на вас. Но поскольку Земля намного массивнее вас, ваша сила на самом деле не влияет на нашу планету.

Гравитация в нашей Вселенной

Гравитация — это то, что удерживает планеты на орбите вокруг Солнца и то, что удерживает Луну на орбите вокруг Земли. Гравитационное притяжение луны притягивает к себе моря, вызывая океанские приливы. Гравитация создает звезды и планеты, стягивая воедино материал, из которого они сделаны.

Гравитация воздействует не только на массу, но и на свет. Альберт Эйнштейн открыл этот принцип. Если вы направите фонарик вверх, свет станет незаметно более красным, поскольку сила тяжести его тянет.Вы не можете увидеть изменения своими глазами, но ученые могут их измерить.

Черные дыры упаковывают столько массы в такой маленький объем, что их сила тяжести достаточно сильна, чтобы удержать что-либо, даже легкий, от побега.

Гравитация на Земле

Гравитация очень важна для нас. Без него мы не смогли бы жить на Земле. Гравитация Солнца удерживает Землю на орбите вокруг себя, удерживая нас на удобном расстоянии, чтобы мы могли наслаждаться солнечным светом и теплом.Он удерживает нашу атмосферу и воздух, которым мы должны дышать. Гравитация — это то, что скрепляет наш мир.

Однако гравитация не везде на Земле одинакова. Гравитация немного сильнее в местах с большей массой под землей, чем в местах с меньшей массой. НАСА использует два космических аппарата для измерения этих изменений силы тяжести Земли. Эти космические корабли являются частью миссии Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE).

Миссия GRACE помогает ученым создавать карты вариаций силы тяжести на Земле.Области синего цвета имеют немного меньшую гравитацию, а области красного цвета — немного более сильные. Изображение предоставлено: НАСА / Центр космических исследований Техасского университета

GRACE обнаруживает крошечные изменения силы тяжести с течением времени. Эти изменения раскрыли важные подробности о нашей планете. Например, GRACE отслеживает изменения уровня моря и может обнаруживать изменения земной коры, вызванные землетрясениями.

Гравитация — образование в области энергетики

Гравитационная сила (также называемая просто гравитацией) — это сила, которая стягивает вместе все массы во Вселенной.{2}} [/ математика]

F — сила между массами
G — гравитационная постоянная, равная 6,67 x 10 ^-11 Н · м ² / кг ²
м ₁ и м ₂ — массы двух объектов (в килограммах)
r — расстояние между массами (в метрах)

Гравитационная сила действует между всеми объектами, имеющими массу.Он всегда притягивает объекты вместе, и хотя это самая слабая из четырех основных сил, гравитация имеет бесконечный диапазон. Сила тяжести тянет нас к Земле, заставляя предметы падать. Когда объекты обладают способностью падать, это называется потенциальной гравитационной энергией. Гидроэнергетика и приливная энергия являются основными источниками энергии, которые используют силу гравитации для создания полезной работы.

Если кто-то не проводит очень точные измерения в лаборатории (см., Например, знаменитый эксперимент Кавендиша, который определил гравитационную постоянную, G ), сила тяжести должна включать только действительно больших объектов (таких как Солнце, Луна или планета), чтобы быть заметным.Моделирование PhET ниже показывает, насколько малы гравитационные силы между объектами человеческого размера.

Гравитационная сила — это пример закона обратных квадратов, означающий, что сила падает пропорционально квадрату расстояния. Это означает, что при увеличении расстояния вдвое гравитационное притяжение уменьшается в четыре раза. Различия в гравитационных силах Луны, действующих на одной стороне Земли, в центре и на другой стороне Земли, приводят к приливным силам.

На космологических расстояниях (намного превышающих размер галактики) в настоящее время проводятся интересные исследования темной энергии, которые показывают, что ранее неожиданное отталкивание происходит с гравитацией на больших расстояниях, см. Здесь).

Дополнительную информацию о гравитации см. Здесь.

Под Фетом есть видео из серии Scishow о фундаментальных силах, это о гравитации.

Phet: гравитационная сила

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Фета. Чтобы получить физическое представление о том, как работает закон всемирного тяготения, изучите приведенное ниже моделирование. Обратите внимание, что даже самая большая гравитационная сила ниже все еще довольно мала по сравнению с тем, сколько весит человек (около 500-1000 Н).

В других видеороликах рассматривается сильное ядерное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие и электромагнитное взаимодействие. Посетите их канал на YouTube, чтобы увидеть больше подобных видео! (замечательный ресурс для любознательных).

Tide Formation — Гравитационное притяжение | manoa.hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Гравитация

Гравитация — сила притяжения между любыми двумя объектами. Гравитация прямо пропорциональна массе объектов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.Это означает, что объект, который имеет большую массу, может оказывать большую гравитационную силу на другой объект, и чем ближе два объекта друг к другу, тем больше сила притяжения между ними. Эта связь может быть выражена следующим уравнением:

F _g — сила тяжести, G — гравитационная постоянная, m ₁ и m ₂ — массы двух объектов, а r — расстояние между центрами масс объектов.Хотя между всеми массивными объектами существуют гравитационные силы, гравитационная сила между Землей и объектами на ее поверхности намного больше, чем гравитационные силы между любыми из этих объектов, из-за огромных размеров Земли. Гравитация — причина того, что у Земли есть атмосфера. Гравитация также является причиной того, почему люди остаются на поверхности земли и почему предметы падают на землю при падении.

Гравитационное притяжение Луны

Гравитация также является причиной приливов.Гравитация Земли удерживает воду на поверхности планеты. Однако Луна достаточно велика и расположена достаточно близко, чтобы ее гравитационная сила оказывала заметное влияние на большие водоемы на Земле. Вода на Земле в области непосредственно под Луной притягивается гравитационной силой к Луне (рис. 6.5), создавая выпуклость на поверхности океана. На противоположной стороне Земли также есть выпуклость, вызванная разницей в гравитационной силе Луны относительно Земли. Выпуклости океана на обеих сторонах Земли, обращенных к Луне, и на стороне, противоположной Луне, называются приливными выпуклостями .Поверхность суши Земли также выпуклая, как и Луна, хотя и не в такой степени, как океан.

Приливные выпуклости очень малы — кажутся незначительно маленькими — по сравнению с радиусом Земли. Приливные выпуклости в цифрах в этом блоке сильно преувеличены. Высота приливной выпуклости в открытом океане в большинстве районов составляет менее метра. Однако, поскольку океан настолько обширен, приливные волны могут поднимать огромное количество воды. Прилив, вызванный гравитационным притяжением Луны, называется лунным приливом .

Луна каждый день очень мало движется вокруг Земли. За один день Земля совершает полный оборот вокруг своей оси, в то время как Луне требуется почти месяц, чтобы облететь вокруг Земли. На рис. 6.6 мы видим, что это означает, что Земля вращается через приливные выступы. В полночь человек, стоящий на берегу океана недалеко от экватора, увидел бы прилив, вызванный гравитационной силой Луны (рис. 6.6 A). Если бы этот человек оставался в том же месте в течение целого дня, пока Земля вращалась, он переместился бы в область отлива в 6:13 a.м. Это потому, что место на Земле, где она стоит, превратилось бы в желоб между двумя приливными выступами (рис. 6.6 B). В 12:25 будет еще один прилив, вызванный внешней силой вращения Земли. Рис. 6.6 C). В 18:38 будет еще один отлив (рис. 6.6 D), а в 12:50 — еще один прилив (рис. 6.6 E).

Поскольку Луна движется по своей орбите вокруг Земли примерно на 12 градусов (˚) за каждый 24-часовой период, и поскольку она вращается в том же направлении, что и Земля, Луна не будет находиться прямо над наблюдателем снова, пока не завершит свою работу. один оборот и снова полный.Это объясняет, почему любому наблюдателю на поверхности Земли кажется, что Луна появляется примерно на 50 минут позже каждый день и почему время прилива и отлива наступает примерно на 50 минут позже каждый день. Это также объясняет, почему вымышленный человек, описанный в предыдущем абзаце на рис. 6.6, наблюдал приливы и отливы с разницей в шесть часов и 12,6 минут.

Гравитационное притяжение Солнца

Солнце также воздействует на Землю гравитационной силой, создавая солнечный прилив года.Как и в случае с Землей и Луной, вода на Земле прямо на линии Солнца притягивается гравитационной силой к Солнцу, создавая водную выпуклость. На противоположной от Солнца стороне Земли также есть выпуклость. Подобно лунному приливу, когда Земля вращается через выпуклость воды, создаваемую Солнцем, уровень прилива меняется с высокого на низкий и обратно. Поскольку Земля вращается каждые 24 часа, солнечные приливные изменения происходят по 24-часовому графику.

Взаимодействие гравитационных сил Луны и Солнца

Хотя масса солнца намного больше массы луны, луна имеет большее влияние на приливы, чем солнце.Это связано с тем, что Солнце находится намного дальше от Земли, поэтому его приливная сила составляет лишь половину от силы Луны. Гравитационная сила зависит как от массы объектов, так и от расстояния между ними.

Поскольку Луна перемещается немного дальше каждый день в своем орбитальном путешествии вокруг Земли, приливы, вызванные гравитацией Луны, происходят на 50 минут позже, чем приливы, вызванные гравитацией Солнца. Луне требуется около 29,5 дней, чтобы завершить свой оборот вокруг Земли.Этот период называется лунным месяцем . Луна и Солнце вызывают предсказуемые периодические изменения в диапазоне приливов и отливов в течение лунного месяца. Поэтому лунный месяц также называют приливным месяцем и .

Когда Земля, Луна и Солнце выстраиваются в линию, лунные и солнечные приливы происходят почти в одно и то же время и создают самые большие приливные интервалы в течение лунного месяца. Они происходят во время новолуния года, года, когда Луна находится между Землей и Солнцем, или года полнолуния, года, когда Земля находится между Луной и Солнцем (рис.6.7). В это время случаются сверхвысокие и сверхмалые приливы. Их называют весенними приливами и , потому что они «подпрыгивают» или «подпрыгивают». Когда Солнце и Луна находятся под прямым углом (90˚) друг к другу, Луна находится либо в первой четверти , либо в третьей четверти , либо в ее третьей четверти . В этом положении солнечный и лунный приливы имеют тенденцию нейтрализовать друг друга, и возникает уменьшенный прилив, называемый приливом (рис. 6.7). В приливном месяце бывает два весенних прилива и два восходящих прилива.

Деятельность

Изобразите комбинированный эффект приливных изменений, вызванных солнцем и луной во время весеннего и приливного приливов.

Гравитационных сил на Земле

         G = 6.2)
m1 = масса первого объекта, в кг
m2 = масса второго объекта, кг
R = расстояние между объектами, в м

Получается, что гравитация очень слабая — как на это указывает небольшое значение гравитационная постоянная G . На самом деле гравитационная сила настолько мала, что очень трудно измерить силу между любыми двумя обычными, предметы быта (например, люди или автомобили). Ученым пришлось прибегнуть к изобретательному и тонкому оборудование для измерения таких крошечных сил.

С другой стороны, сила тяжести является доминирующей силой между объекты самых больших масштабов: планеты, звезды и галактики. Таким образом, даже несмотря на то, что он слаб, он все равно играет большую роль в Вселенная.

Графики просмотра

График 1

График 2

График 3

График 4

Viewgraph 5

График 6

Несмотря на крошечный размер гравитационной силы между двумя обычные предметы, эту силу можно измерить, даже с низкотехнологичным оборудованием.Взгляните на этот эксперимент, который показывает движения из-за гравитационного сила между кусками металла и камнями.

Этот материал взят из экспериментов Джона Уокера. Вы можете найти его описания гравитационных экспериментов на http://www.fourmilab.ch/gravitation/foobar/

Игры по науке о гравитационной силе | Легенды обучения

В этой серии игр ваши ученики узнают, как действует и измеряется гравитация.Цель обучения Gravitational Force — основанная на NGSS и государственных стандартах — обеспечивает повышение вовлеченности учащихся и академической успеваемости в вашем классе, как показали исследования.

Прокрутите вниз, чтобы ознакомиться с играми с данной обучающей целью и концепциями, которые они воплощают в жизнь.

Охваченные концепции

Гравитация — это сила притяжения между двумя телами с массой. Чем больше массы двух тел и чем они ближе друг к другу, тем сильнее гравитационная сила между ними.Направление силы тяжести — от центра масс одного объекта к центру другого.

Трудно измерить гравитацию между двумя объектами, если только один из них не очень большой, как планета. Вес — это величина силы тяжести, действующей на массу объекта. Земля и Луна, например, имеют очень разные массы, поэтому вы весите на Земле больше, чем на Луне.

Гравитация притягивает предметы к центру Земли, заставляя падающие объекты ускоряться, а объекты, удаляющиеся от Земли, замедляться.Планеты вращаются вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли благодаря гравитации.

Предварительный просмотр каждой игры в обучающей задаче приведен ниже.

Вы можете получить доступ ко всем играм Legends of Learning бесплатно, навсегда, с учетной записью учителя. Бесплатная учетная запись учителя также позволяет создавать списки воспроизведения игр и заданий для учащихся и отслеживать успеваемость в классе.