Mokant mokyklinį fizikos kursą, svarbi tema mechanikos skyriuje yra visuotinės gravitacijos dėsnis. Šiame straipsnyje mes atidžiau pažvelgsime į tai, kas tai yra ir kokia matematine formule jis aprašytas, taip pat pateiksime gravitacijos jėgos kasdieniame žmogaus gyvenime ir kosminiu mastu pavyzdžių.
Kas atrado gravitacijos dėsnį
Prieš pateikdami gravitacijos jėgos pavyzdžius, trumpai apibūdinkime, kam priklauso jos atradimas.
Nuo senų laikų žmonės stebėjo žvaigždes ir planetas ir žinojo, kad jos juda tam tikromis trajektorijomis. Be to, bet kuris ypatingų žinių neturėjęs žmogus suprasdavo, kad kad ir kaip toli ir aukštai svaidytų akmenį ar kitą daiktą, jis visada krisdavo ant žemės. Tačiau nė vienas iš žmonių net nenutuokė, kad procesus Žemėje ir dangaus kūnuose valdo tas pats gamtos dėsnis.
1687 m. seras Isaacas Newtonas paskelbė mokslinį darbą, kuriame pirmą kartą išdėstė matematinęVisuotinės gravitacijos dėsnio formulavimas. Žinoma, Niutonas nepriėjo savarankiškai prie šios formuluotės, kurią jis asmeniškai pripažino. Jis panaudojo kai kurias savo amžininkų idėjas (pavyzdžiui, atvirkštinio proporcingumo egzistavimą traukos jėgos atstumo tarp kūnų kvadratui), taip pat sukauptą eksperimentinę patirtį apie planetų trajektorijas (Keplerio trys įstatymai). Niutono genialumas pasireiškė tuo, kad, išanalizavęs visą turimą patirtį, mokslininkas sugebėjo ją suformuluoti kaip nuoseklią ir praktiškai taikytiną teoriją.
Gravitacijos formulė
Visuotinės gravitacijos dėsnį galima trumpai suformuluoti taip: tarp visų Visatoje esančių kūnų veikia traukos jėga, kuri yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų masės centrų kvadratui ir tiesiogiai proporcinga sandaugai. pačių kūnų masių. Dviejų kūnų, kurių masės m1 ir m2, kurie yra vienas nuo kito atstumu r, tiriamas dėsnis bus parašytas taip:
F=Gm1m2/r2.
Čia G yra gravitacijos konstanta.
Traukos jėgą pagal šią formulę galima apskaičiuoti visais atvejais, jei atstumai tarp kūnų yra pakankamai dideli, palyginti su jų dydžiais. Priešingu atveju, taip pat esant stipriai gravitacijai šalia masyvių kosminių objektų (neutroninių žvaigždžių, juodųjų skylių), reikėtų naudoti Einšteino sukurtą reliatyvumo teoriją. Pastarasis gravitaciją laiko erdvės laiko iškraipymo rezultatu. Pagal klasikinį Niutono dėsnįgravitacija yra kūnų sąveikos su tam tikru energijos lauku, pavyzdžiui, elektriniu ar magnetiniu lauku, rezultatas.
Gravitacijos pasireiškimas: pavyzdžiai iš kasdienio gyvenimo
Pirma, kaip tokius pavyzdžius galime pavadinti bet kokius iš tam tikro aukščio krentančius kūnus. Pavyzdžiui, lapas ar garsusis obuolys nuo medžio, krintantis akmuo, lietaus lašai, kalnų nuošliaužos ir nuošliaužos. Visais šiais atvejais kūnai linkę į mūsų planetos centrą.
Antra, kai mokytojas prašo mokinių „pateikti gravitacijos pavyzdžių“, jie taip pat turėtų atsiminti, kad visi kūnai turi svorį. Kai telefonas yra ant stalo arba kai žmogus sveriamas ant svarstyklių, tokiais atvejais kūnas spaudžia atramą. Kūno svoris yra ryškus gravitacijos jėgos pasireiškimo pavyzdys, kuris kartu su atramos reakcija sudaro jėgų porą, kurios subalansuoja viena kitą.
Jei formulė iš ankstesnės pastraipos naudojama antžeminėms sąlygoms (pakeisti planetos masę ir jos spindulį), tada galima gauti tokią išraišką:
F=mg
Jis naudojamas sprendžiant gravitacijos problemas. Čia g yra pagreitis, suteikiamas visiems kūnams, nepaisant jų masės, laisvojo kritimo metu. Jei nebūtų oro pasipriešinimo, sunkus akmuo ir lengva plunksna nukristų vienu metu iš to paties aukščio.
Gravitacija Visatoje
Visi žino, kad Žemė kartu su kitomis planetomis sukasi aplink Saulę. Savo ruožtu Saulė, būdama vidujeViena iš spiralinės galaktikos Paukščių Tako atšakų sukasi kartu su šimtais milijonų žvaigždžių aplink savo centrą. Pačios galaktikos taip pat artėja viena prie kitos vadinamuosiuose vietiniuose spiečių. Jei grįžtume pagal mastelį, tai turėtume prisiminti apie savo planetas besisukančius palydovus, asteroidus, kurie krenta ant šių planetų arba skrenda pro šalį. Visus šiuos atvejus galima prisiminti, jei mokytojas paprašys mokinių: „Pateikite gravitacijos jėgos pavyzdžių.“
Atkreipkite dėmesį, kad pastaraisiais dešimtmečiais buvo suabejota pagrindinės jėgos kosminiu mastu klausimu. Vietinėje erdvėje tai neabejotinai yra gravitacijos jėga. Tačiau atsižvelgiant į problemą galaktikos lygmenyje, atsiranda kita, dar nežinoma jėga, susijusi su tamsiąja medžiaga. Pastaroji pasireiškia kaip antigravitacija.
