Оби-Уан Кеноби каза, че силата държи галактиката заедно. Същото може да се каже и за гравитацията. Факт: Гравитацията ни позволява да ходим по Земята, Земята да се върти около Слънцето, а Слънцето да се движи около свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика. Как да разберем гравитацията? Това се обсъжда в нашата статия.
Нека кажем веднага, че тук няма да намерите уникално правилен отговор на въпроса „Какво е гравитация“. Защото просто не съществува! Гравитацията е едно от най-мистериозните явления, над което учените блъскат недоумение и все още не могат да обяснят напълно същността му.
Има много хипотези и мнения. Има повече от дузина теории за гравитацията, алтернативни и класически. Ще разгледаме най-интересните, актуални и модерни.
Искам още полезна информацияи свежи новини всеки ден? Присъединете се към нас в telegram.
Гравитацията е физическо фундаментално взаимодействие
Във физиката има 4 основни взаимодействия. Благодарение на тях светът е точно такъв, какъвто е. Гравитацията е едно от тези взаимодействия.
Основни взаимодействия:
- земно притегляне;
- електромагнетизъм;
- силно взаимодействие;
- слабо взаимодействие.
В момента текущата теория, описваща гравитацията, е общата теория на относителността ( обща теорияотносителност). Предложен е от Алберт Айнщайн през 1915-1916 г.
Знаем обаче, че е рано да се говори за истината от последна инстанция. В края на краищата, няколко века преди появата на общата теория на относителността във физиката, теорията на Нютон доминираше, за да опише гравитацията, която беше значително разширена.
В рамките на общата теория на относителността понастоящем е невъзможно да се обяснят и опишат всички въпроси, свързани с гравитацията.
Преди Нютон се смяташе, че гравитацията на земята и гравитацията на небето са различни неща. Смятало се е, че планетите се движат по свои идеални закони, различни от тези на Земята.
Нютон открива закона за всемирното притегляне през 1667 г. Разбира се, този закон е съществувал още по времето на динозаврите и много по-рано.
Древните философи са мислили за съществуването на гравитацията. Галилей експериментално изчислява ускорението свободно паданена Земята, след като е открил, че е еднакъв за тела с всякаква маса. Кеплер изучава законите на движението небесни тела.
Нютон успява да формулира и обобщава резултатите от своите наблюдения. Ето какво получи:
Две тела се привличат със сила, наречена гравитационна силаили силата на гравитацията.
Формула за силата на привличане между телата:
G е гравитационната константа, m е масата на телата, r е разстоянието между центровете на масата на телата.
Какво е физическото значение на гравитационната константа? Тя е равна на силата, с която телата с маса по 1 килограм действат едно върху друго, намирайки се на разстояние 1 метър едно от друго.
Според теорията на Нютон всеки обект създава гравитационно поле. Точността на закона на Нютон е тествана на разстояния, по-малки от един сантиметър. Разбира се, при малки маси тези сили са незначителни и могат да бъдат пренебрегнати.
Формулата на Нютон е приложима както за изчисляване на силата на привличане на планетите към слънцето, така и за малки обекти. Ние просто не забелязваме силата, с която, да речем, топките на билярдната маса се привличат. Въпреки това тази сила съществува и може да бъде изчислена.
Силата на привличане действа между всички тела във Вселената. Ефектът му се простира на всяко разстояние.
Законът за всемирното притегляне на Нютон не обяснява природата на силата на гравитацията, а установява количествени закони. Теорията на Нютон не противоречи на общата теория на относителността. Той е напълно достатъчен за решаване на практически задачи в земен мащаб и за изчисляване на движението на небесните тела.
Гравитацията в общата теория на относителността
Въпреки факта, че теорията на Нютон е доста приложима на практика, тя има редица недостатъци. Законът за всемирното притегляне е математическо описание, но не дава представа за фундаменталната физическа природа на нещата.
Според Нютон силата на привличане действа на всяко разстояние. И действа моментално. Като се има предвид, че най-бързата скорост в света е скоростта на светлината, има несъответствие. Как може гравитацията да действа мигновено на всяко разстояние, когато светлината отнема не миг, а няколко секунди или дори години, за да ги преодолее?
В рамките на общата теория на относителността гравитацията се разглежда не като сила, която действа върху телата, а като кривина на пространството и времето под въздействието на масата. Следователно гравитацията не е взаимодействие на сила.
Какво е влиянието на гравитацията? Нека се опитаме да го опишем с помощта на аналогия.
Представете си пространството като еластичен чаршаф. Ако поставите лека топка за тенис върху нея, повърхността ще остане равна. Но ако поставите тежка тежест до топката, тя ще натисне дупка на повърхността и топката ще започне да се търкаля към голямата, тежка тежест. Това е "гравитация".
Между другото! За нашите читатели вече има 10% отстъпка от всякакъв вид работа
Откриване на гравитационните вълни
Гравитационните вълни са предсказани от Алберт Айнщайн още през 1916 г., но са открити едва сто години по-късно, през 2015 г.
Какво представляват гравитационните вълни? Нека отново направим аналогия. Ако хвърлите камък в спокойна вода, на повърхността на водата ще се появят кръгове от мястото, където той пада. Гравитационните вълни са същите вълни, смущения. Просто не по водата, а в световното пространство-време.
Вместо вода има пространство-време, а вместо камък, да речем, черна дупка. Всяко ускорено движение на маса генерира гравитационна вълна. Ако телата са в състояние на свободно падане, при преминаване на гравитационна вълна разстоянието между тях ще се промени.
Тъй като гравитацията е много слаба сила, откриването на гравитационни вълни е свързано с големи технически трудности. Съвременни технологиинаправи възможно откриването на изблик на гравитационни вълни само от свръхмасивни източници.
Подходящо събитие за откриване на гравитационна вълна е сливането на черни дупки. За съжаление или за щастие това се случва доста рядко. Въпреки това учените успяха да регистрират вълна, която буквално се търкаляше из пространството на Вселената.
За записване на гравитационни вълни е построен детектор с диаметър 4 километра. По време на преминаването на вълната бяха записани вибрации на огледала върху суспензии във вакуум и интерференция на отразена от тях светлина.
Гравитационните вълни потвърдиха валидността на общата теория на относителността.
Гравитация и елементарни частици
В стандартния модел всяко взаимодействие е отговорно за определено елементарни частици. Можем да кажем, че частиците са носители на взаимодействия.
Гравитонът, хипотетична безмасова частица с енергия, е отговорен за гравитацията. Между другото, в нашия отделен материал прочетете повече за бозона на Хигс, който е причинил много шум, и други елементарни частици.
И накрая, ето някои интересни факти за гравитацията.
10 факта за гравитацията
- За да преодолее силата на земното притегляне, тялото трябва да има скорост от 7,91 km/s. Това е първата скорост на бягство. Достатъчно е едно тяло (например космическа сонда) да се движи в орбита около планетата.
- За да избягате от гравитационното поле на Земята, космически корабтрябва да има скорост най-малко 11,2 km/s. Това е втората скорост на бягство.
- Обектите с най-силна гравитация са черните дупки. Тяхната гравитация е толкова силна, че дори привличат светлина (фотони).
- Не в нито едно уравнение квантова механиканяма да откриеш гравитацията. Факт е, че когато се опитате да включите гравитацията в уравненията, те губят своята релевантност. Това е един от най-важните проблеми на съвременната физика.
- Думата гравитация идва от латинското "gravis", което означава "тежък".
- Колкото по-масивен е обектът, толкова по-силна е гравитацията. Ако човек, който тежи 60 килограма на Земята, се претегли на Юпитер, кантарът ще покаже 142 килограма.
- Учените от НАСА се опитват да разработят гравитационен лъч, който ще позволи на обектите да се движат без контакт, преодолявайки силата на гравитацията.
- Астронавтите в орбита също изпитват гравитация. По-точно, микрогравитация. Те сякаш падат безкрайно заедно с кораба, в който се намират.
- Гравитацията винаги привлича и никога не отблъсква.
- Черната дупка с размерите на топка за тенис привлича обекти със същата сила като нашата планета.
Вече знаете определението за гравитация и можете да кажете каква формула се използва за изчисляване на силата на привличане. Ако гранитът на науката ви притиска към земята по-силно от гравитацията, свържете се с нашата студентска служба. Ние ще ви помогнем да учите лесно и при най-големи натоварвания!
Защо камък, пуснат от ръцете ви, пада на Земята? Защото е привлечен от Земята, ще каже всеки от вас. Всъщност камъкът пада на Земята с ускорението на гравитацията. Следователно сила, насочена към Земята, действа върху камъка от страната на Земята. Според третия закон на Нютон камъкът действа върху Земята със същата по големина сила, насочена към камъка. С други думи, между Земята и камъка действат сили на взаимно привличане.
Нютон е първият, който първо се досеща, а след това строго доказва, че причината, поради която камъкът пада на Земята, движението на Луната около Земята и на планетите около Слънцето е една и съща. Това е силата на гравитацията, действаща между всички тела във Вселената. Ето хода на неговите разсъждения, даден в основната работа на Нютон, „Математическите принципи на естествената философия“:
„Хвърлен хоризонтално камък ще се отклони под въздействието на гравитацията от права траектория и след като е описал извита траектория, накрая ще падне на Земята. Ако го хвърлите с по-висока скорост, той ще падне още повече” (фиг. 1).
Продължавайки тези аргументи, Нютон стига до извода, че ако не беше съпротивлението на въздуха, тогава траекторията на камък, хвърлен от висока планина с определена скорост, би могла да стане такава, че той изобщо да не достигне повърхността на Земята, но ще се движи около него „като „как планетите описват своите орбити в небесното пространство“.
Сега сме толкова запознати с движението на сателитите около Земята, че няма нужда да обясняваме по-подробно мисълта на Нютон.
И така, според Нютон, движението на Луната около Земята или на планетите около Слънцето също е свободно падане, но само падане, което продължава, без да спира, милиарди години. Причината за подобно „падане” (независимо дали наистина говорим за падането на обикновен камък върху Земята или за движението на планетите по техните орбити) е силата на всемирната гравитация. От какво зависи тази сила?
Зависимост на силата на гравитацията от масата на телата
Галилей доказва, че при свободно падане Земята придава еднакво ускорение на всички тела на дадено място, независимо от тяхната маса. Но според втория закон на Нютон ускорението е обратно пропорционално на масата. Как можем да обясним, че ускорението, придадено на тялото от силата на гравитацията на Земята, е еднакво за всички тела? Това е възможно само ако силата на гравитацията към Земята е правопропорционална на масата на тялото. В този случай увеличаването на масата m, например, чрез удвояване ще доведе до увеличаване на модула на силата Есъщо се удвоява, а ускорението, което е равно на \(a = \frac (F)(m)\), ще остане непроменено. Обобщавайки това заключение за гравитационните сили между всякакви тела, заключаваме, че силата на универсалната гравитация е право пропорционална на масата на тялото, върху което действа тази сила.
Но във взаимното привличане участват поне две тела. Върху всеки от тях, според третия закон на Нютон, действат еднакви по големина гравитационни сили. Следователно всяка от тези сили трябва да е пропорционална както на масата на едното тяло, така и на масата на другото тяло. Следователно силата на универсалната гравитация между две тела е право пропорционална на произведението на техните маси:
\(F \sim m_1 \cdot m_2\)
Зависимост на силата на гравитацията от разстоянието между телата
От опит е известно, че гравитационното ускорение е 9,8 m/s 2 и е същото за тела, падащи от височина 1, 10 и 100 m, т.е. не зависи от разстоянието между тялото и Земята. . Това изглежда означава, че силата не зависи от разстоянието. Но Нютон вярваше, че разстоянията трябва да се броят не от повърхността, а от центъра на Земята. Но радиусът на Земята е 6400 км. Ясно е, че няколко десетки, стотици или дори хиляди метра над повърхността на Земята не могат да променят забележимо стойността на ускорението на гравитацията.
За да разберем как разстоянието между телата влияе върху силата на тяхното взаимно привличане, би било необходимо да разберем какво е ускорението на телата, отдалечени от Земята на достатъчно големи разстояния. Въпреки това е трудно да се наблюдава и изучава свободното падане на тяло от височина хиляди километри над Земята. Но самата природа дойде на помощ тук и даде възможност да се определи ускорението на тяло, което се движи в кръг около Земята и следователно притежава центростремително ускорение, причинено, разбира се, от същата сила на привличане към Земята. Такова тяло е естественият спътник на Земята – Луната. Ако силата на привличане между Земята и Луната не зависи от разстоянието между тях, тогава центростремителното ускорение на Луната би било същото като ускорението на тяло, свободно падащо близо до повърхността на Земята. В действителност центростремителното ускорение на Луната е 0,0027 m/s 2 .
Нека го докажем. Въртенето на Луната около Земята става под въздействието на гравитационната сила между тях. Приблизително орбитата на Луната може да се счита за кръг. Следователно Земята придава центростремително ускорение на Луната. Изчислява се по формулата \(a = \frac (4 \pi^2 \cdot R)(T^2)\), където Р– радиус на лунната орбита, равен приблизително на 60 радиуса на Земята, T≈ 27 дни 7 часа 43 минути ≈ 2,4∙10 6 s – периодът на въртене на Луната около Земята. Като се има предвид, че радиусът на Земята Р z ≈ 6.4∙10 6 m, намираме, че центростремителното ускорение на Луната е равно на:
\(a = \frac (4 \pi^2 \cdot 60 \cdot 6,4 \cdot 10^6)((2,4 \cdot 10^6)^2) \приблизително 0,0027\) m/s 2.
Установената стойност на ускорението е по-малка от ускорението на свободното падане на телата на земната повърхност (9,8 m/s 2) приблизително 3600 = 60 2 пъти.
По този начин, увеличаването на разстоянието между тялото и Земята с 60 пъти доведе до намаляване на ускорението, придадено от гравитацията, и, следователно, самата сила на гравитацията с 60 2 пъти.
Това води до важен извод: ускорението, придадено на телата от силата на гравитацията към Земята, намалява обратно пропорционално на квадрата на разстоянието до центъра на Земята
\(F \sim \frac (1)(R^2)\).
Закон за гравитацията
През 1667 г. Нютон най-накрая формулира закона за всемирното притегляне:
\(F = G \cdot \frac (m_1 \cdot m_2)(R^2).\quad (1)\)
Силата на взаимно привличане между две тела е право пропорционална на произведението от масите на тези тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Фактор на пропорционалност ЖНаречен гравитационна константа.
Закон за гравитациятаважи само за тела, чиито размери са пренебрежимо малки спрямо разстоянието между тях. С други думи, това е справедливо за материални точки. В този случай силите на гравитационното взаимодействие са насочени по линията, свързваща тези точки (фиг. 2). Този вид сила се нарича централна.
За да намерите гравитационната сила, действаща върху дадено тяло от страната на друго, в случай, че размерите на телата не могат да бъдат пренебрегнати, процедирайте по следния начин. И двете тела са мислено разделени на толкова малки елементи, че всеки от тях може да се счита за точка. Като сумираме гравитационните сили, действащи върху всеки елемент на дадено тяло от всички елементи на друго тяло, получаваме силата, действаща върху този елемент (фиг. 3). След извършване на такава операция за всеки елемент от дадено тяло и сумиране на получените сили се намира общата гравитационна сила, действаща върху това тяло. Тази задача е трудна.
Има обаче един практически важен случай, когато формула (1) е приложима за разширени тела. Може да се докаже, че сферичните тела, чиято плътност зависи само от разстоянията до техните центрове, когато разстоянията между тях са по-големи от сбора на техните радиуси, се привличат със сили, чиито модули се определят по формула (1). В такъв случай Ре разстоянието между центровете на топките.
И накрая, тъй като размерите на телата, падащи върху Земята, са много по-малки от размерите на Земята, тези тела могат да се считат за точкови тела. След това под Рвъв формула (1) трябва да се разбира разстоянието от дадено тяло до центъра на Земята.
Между всички тела съществуват сили на взаимно привличане, зависещи от самите тела (техните маси) и от разстоянието между тях.
Физическо значение на гравитационната константа
От формула (1) намираме
\(G = F \cdot \frac (R^2)(m_1 \cdot m_2)\).
От това следва, че ако разстоянието между телата е числено равно на единица ( Р= 1 m) и масите на взаимодействащите тела също са равни на единица ( м 1 = м 2 = 1 kg), тогава гравитационната константа е числено равна на модула на силата Е. По този начин ( физически смисъл ),
гравитационната константа е числено равна на модула на гравитационната сила, действаща върху тяло с маса 1 kg от друго тяло със същата маса на разстояние между телата 1 m.
В SI гравитационната константа се изразява като
.
Кавендиш опит
Стойността на гравитационната константа Жмогат да бъдат намерени само експериментално. За да направите това, трябва да измерите модула на гравитационната сила Е, действащи върху тялото чрез маса м 1 от страната на тяло с маса м 2 на известно разстояние Рмежду телата.
Първите измервания на гравитационната константа са направени в средата на 18 век. Оценете, макар и много грубо, стойността Жпо това време това беше възможно в резултат на разглеждане на привличането на махало към планина, чиято маса беше определена с геоложки методи.
Точни измервания на гравитационната константа са направени за първи път през 1798 г. английски физикГ. Кавендиш с помощта на устройство, наречено торсионна везна. Торсионната везна е показана схематично на фигура 4.
Кавендиш закрепи две малки оловни топки (5 см в диаметър и маса м 1 = 775 g всяка) в противоположните краища на двуметрова пръчка. Пръчката беше окачена на тънка тел. За тази жица предварително бяха определени еластичните сили, които възникват в нея при усукване под различни ъгли. Две големи оловни топки (20 см в диаметър и тегло м 2 = 49,5 kg) може да се доближи до малките топки. Силите на привличане от големите топки накараха малките топки да се придвижат към тях, докато опънатата тел се усука малко. Степента на усукване беше мярка за силата, действаща между топките. Ъгълът на усукване на жицата (или въртене на пръта с малки топчета) се оказа толкова малък, че трябваше да се измери с помощта на оптична тръба. Резултатът, получен от Кавендиш, се различава само с 1% от стойността на приетата днес гравитационна константа:
G ≈ 6,67∙10 -11 (N∙m 2)/kg 2
По този начин силите на привличане на две тела с тегло 1 kg всяко, разположени на разстояние 1 m едно от друго, са равни по модули само на 6,67∙10 -11 N. Това е много малка сила. Само в случай, че тела с огромна маса си взаимодействат (или поне масата на едно от телата е голяма), гравитационната сила става голяма. Например Земята привлича Луната със сила Е≈ 2∙10 20 N.
Гравитационните сили са „най-слабите“ от всички природни сили. Това се дължи на факта, че гравитационната константа е малка. Но при големи маси на космическите тела силите на универсалната гравитация стават много големи. Тези сили държат всички планети близо до Слънцето.
Значението на закона за всемирното привличане
Законът за всемирното притегляне е в основата на небесната механика - науката за движението на планетите. С помощта на този закон се определят с голяма точност позициите на небесните тела на небесния свод за много десетилетия напред и се изчисляват техните траектории. Законът за всемирното притегляне се използва и при изчисляване на движението на изкуствени спътници на Земята и междупланетни автоматични превозни средства.
Смущения в движението на планетите. Планетите не се движат строго според законите на Кеплер. Законите на Кеплер биха се спазвали стриктно за движението на дадена планета само в случай, че тази планета се върти около Слънцето. Но в Слънчевата система има много планети, всички те се привличат както от Слънцето, така и една от друга. Поради това възникват смущения в движението на планетите. В Слънчевата система смущенията са малки, защото привличането на една планета от Слънцето е много по-силно от привличането на други планети. При изчисляване на видимите позиции на планетите трябва да се вземат предвид смущенията. При изстрелване на изкуствени небесни тела и при изчисляване на техните траектории се използва приблизителна теория за движението на небесните тела - теория на смущенията.
Откриване на Нептун. Един от ярките примери за триумфа на закона за всемирното привличане е откриването на планетата Нептун. През 1781 г. английският астроном Уилям Хершел открива планетата Уран. Нейната орбита беше изчислена и беше съставена таблица с позициите на тази планета за много години напред. Въпреки това, проверка на тази таблица, извършена през 1840 г., показа, че нейните данни се разминават с реалността.
Учените предполагат, че отклонението в движението на Уран е причинено от привличането на неизвестна планета, разположена още по-далеч от Слънцето, отколкото Уран. Познавайки отклоненията от изчислената траектория (смущения в движението на Уран), англичанинът Адамс и французинът Леверие, използвайки закона за всемирното притегляне, изчисляват положението на тази планета в небето. Адамс приключи изчисленията си рано, но наблюдателите, на които той докладва резултатите си, не бързаха да проверят. Междувременно Леверие, след като завърши изчисленията си, посочи на немския астроном Хале мястото, където да търси непознатата планета. Още първата вечер, 28 септември 1846 г., Хале, насочвайки телескопа към посоченото място, открива нова планета. Тя беше кръстена Нептун.
По същия начин на 14 март 1930 г. е открита планетата Плутон. Твърди се, че и двете открития са направени „на върха на писалката“.
Използвайки закона за всемирното притегляне, можете да изчислите масата на планетите и техните спътници; обясняват явления като приливите и отливите на водата в океаните и много други.
Силите на универсалната гравитация са най-универсалните от всички сили на природата. Те действат между всички тела, които имат маса, а всички тела имат маса. Няма бариери за силите на гравитацията. Те действат чрез всяко тяло.
Литература
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник. за 9 клас. ср. училище – М.: Образование, 1992. – 191 с.
- Физика: Механика. 10. клас: Учебник. за задълбочено изучаване на физиката / M.M. Балашов, А.И. Гомонова, А.Б. Долицки и др.; Изд. Г.Я. Мякишева. – М.: Дропла, 2002. – 496 с.
Исак Нютон предполага, че има сили на взаимно привличане между всички тела в природата. Тези сили се наричат от гравитационните силиили сили на всемирната гравитация. Силата на неестествената гравитация се проявява в космоса, Слънчевата система и на Земята.
Закон за гравитацията
Нютон обобщава законите за движение на небесните тела и открива, че силата \(F\) е равна на:
\[ F = G \dfrac(m_1 m_2)(R^2) \]
където \(m_1\) и \(m_2\) са масите на взаимодействащи тела, \(R\) е разстоянието между тях, \(G\) е коефициентът на пропорционалност, който се нарича гравитационна константа. Числената стойност на гравитационната константа е експериментално определена от Кавендиш чрез измерване на силата на взаимодействие между оловните топки.
Физическото значение на гравитационната константа следва от закона за всемирното привличане. Ако \(m_1 = m_2 = 1 \text(kg)\), \(R = 1 \text(m) \) , тогава \(G = F \) , т.е. гравитационната константа е равна на силата, с която две тела от 1 kg всяко се привличат на разстояние 1 m.
Числова стойност:
\(G = 6,67 \cdot() 10^(-11) N \cdot() m^2/ kg^2 \) .
Силите на универсалната гравитация действат между всички тела в природата, но те стават забележими при големи маси (или ако поне масата на едно от телата е голяма). Законът за всемирното привличане е изпълнен само за материални точки и топки (в този случай за разстояние се приема разстоянието между центровете на топките).
Земно притегляне
Особен вид универсална гравитационна сила е силата на привличане на тела към Земята (или към друга планета). Тази сила се нарича земно притегляне. Под въздействието на тази сила всички тела придобиват ускорение на свободно падане.
В съответствие с втория закон на Нютон \(g = F_T /m\) , следователно \(F_T = mg \) .
Ако M е масата на Земята, R е нейният радиус, m е масата на дадено тяло, тогава силата на гравитацията е равна на
\(F = G \dfrac(M)(R^2)m = mg \) .
Силата на гравитацията винаги е насочена към центъра на Земята. В зависимост от височината \(h\) над земната повърхност и географска ширинаположение на тялото, ускорението на свободното падане приема различни стойности. На земната повърхност и в средните географски ширини ускорението на гравитацията е 9,831 m/s 2 .
Телесно тегло
Концепцията за телесно тегло се използва широко в технологиите и ежедневието.
Телесно теглоозначено с \(P\) . Единицата за тегло е нютон (N). Тъй като теглото равно на сила, с който тялото действа върху опората, тогава, в съответствие с третия закон на Нютон, теглото на тялото е равно по големина на силата на реакция на опората. Следователно, за да се намери теглото на тялото, е необходимо да се определи на какво е равна опорната реакционна сила.
В този случай се приема, че тялото е неподвижно спрямо опората или окачването.
Теглото на тялото и силата на гравитацията се различават по природа: теглото на тялото е проява на действието на междумолекулните сили, а силата на гравитацията е от гравитационен характер.
Състоянието на тялото, при което теглото му е нула, се нарича безтегловност. Състоянието на безтегловност се наблюдава в самолет или космически кораб при движение с ускорение на свободно падане, независимо от посоката и стойността на скоростта на движението им. Извън земната атмосфера, когато реактивните двигатели са изключени, върху космическия кораб действа само силата на всемирното притегляне. Под въздействието на тази сила космическият кораб и всички тела в него се движат с еднакво ускорение, поради което в кораба се наблюдава състояние на безтегловност.
Javascript е деактивиран във вашия браузър.За да извършвате изчисления, трябва да активирате ActiveX контролите!
Всички тела падат на Земята. Причината за това е ефектът на гравитацията. Силата, с която Земята привлича тяло към себе си, се нарича земно притегляне. Означен с F тежък. Тя винаги е насочена надолу.
Силата на гравитацията е право пропорционална на масата на това тяло:
, F = mg
Движението на тялото под въздействието на гравитацията се нарича свободно падане. За първи път е изследван от Г. Галилей. Той установи, че ако падащите тела се влияят само от гравитацията, а не от съпротивлението на въздуха, тогава всички те се движат по един и същ начин, т.е. със същото ускорение. Той беше кръстен ускорение на свободното падане (g).Тази стойност може да се определи експериментално чрез измерване на движенията на падащото тяло на равни интервали. Изчисленията показват това g = 9,8 m/s 2.
Земното кълбо е леко сплеснато в полюсите. Следователно на полюса жмалко повече, отколкото на екватора или други географски ширини.
Около всяко тяло има специален вид материя, с помощта на която телата си взаимодействат. Нарича се гравитационно поле.
Земята привлича всички тела: къщи, хора, Луна, Слънце, вода в моретата и океаните и др. И всички тела се привличат едно към друго. Привличането на всички тела във Вселената едно към друго се нарича универсална гравитация.През 1687 г. И. Нютон пръв доказва и установява закон на всемирното притегляне.
Две тела се привличат едно друго със сила, прави пропорционално на продуктамаси и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Тази сила се нарича сила на гравитацията (или гравитационна сила).
Граници на прилагане на закона: за материални точки.
G – гравитационна константа G=6.67∙10 –11,
Числената стойност на гравитационната константа се определя експериментално. За първи път това е направено от английския учен Кавендиш с помощта на торсионен динамометър (торсионен баланс). Физическо значение: две материални точкивсеки с тегло 1 kg, разположени на разстояние 1 m един от друг, се привличат взаимно от гравитационна сила, равна на 6,67 · 10 -11 N.
От закона за всемирното притегляне следва, че силата на гравитацията и предизвиканото от нея ускорение на гравитацията намаляват с увеличаване на разстоянието от Земята. На височина h от повърхността на Земята модулът на гравитационното ускорение се определя по формулата
Силата на гравитацията се проявява по два начина: а) ако тялото няма опора, тогава силата на гравитацията придава на тялото ускорението на свободното падане; б) ако тялото има опора, тогава, привлечено от Земята, то действа върху опората. Силата, с която тялото действа върху опора поради привличане към Земята, се нарича претегляне. Теглото се прилага върху опората.
Ако опората няма ускорение, тогава модулът на теглото равен на модулземно притегляне. P=F тежък Ако опората има ускорение нагоре, тогава модулът на тежестта е по-голям от модула на гравитацията. P=F нишка +ma. Ако опората има ускорение, насочено надолу, тогава модулът на тежестта е по-малък от модула на гравитацията. P=F тежък -ма. Ако опората пада свободно заедно с тялото, тогава тежестта ще бъде нула. P=0. Това състояние се нарича безтегловност.
Използвайки закона за всемирното притегляне, може да се изчисли първата скорост на бягство.
mg=ma; g=a; а=v2/R; g=v2/R; v2=gR; v = √gR., където R е радиусът на планетата.
Билет № 5. Експериментално обосноваване на основните положения на молекулярно-кинетичната теория за структурата на материята. Идеален газ. Основно уравнение на молекулярно-кинетичната теория на идеален газ. Температура и нейната промяна. Абсолютна температура.
Всички тела са изградени от миниатюрни частици – атоми и молекули. С други думи, веществото има дискретна структура. Въз основа на теорията за дискретната структура на материята могат да се обяснят и предскажат редица нейни свойства.
Основи на MKT(молекулярно-кинетична теория)
1. Всички вещества се състоят от молекули (атоми).
2. Молекулите (атомите) се движат постоянно и хаотично.
3. Молекулите (атомите) взаимодействат помежду си.
4. Между молекулите (атомите) има празнини.
Тези разпоредби на ИКТ имат експериментална основа. Дифузията и Брауновото движение потвърждават тези позиции. дифузия – взаимно проникване на частици от едно вещество между частици от друго вещество при контакт. Причина Брауново движениеса топлинното движение на молекулите на течност (или газ) и техните сблъсъци с браунова частица.
Случайното движение на частиците, изграждащи телата, се нарича топлинно движение.Всички молекули на тялото участват в топлинно движение, следователно, с промяна в топлинното движение, състоянието на тялото и неговите свойства също се променят. Едно вещество може да бъде в три агрегатни състояния - твърдо, течно и газообразно. Състоянието на агрегат се определя от температурата и външното налягане.
Състояние, в което веществото няма собствена форма и не запазва обем, се нарича газообразно, което от своя страна се дели на газ и пара. Газът е газообразно състояние при температура над критичната температура. Съществуващите в природата газове се наричат реални. Когато изучават свойствата на газовете във физиката, те използват модел на газ, който не съществува в природата. Този модел се нарича идеален газ. Той отговаря на следните условия: 1) молекулите му не заемат обем; 2) намирайки се на разстояния, молекулите на идеален газ не взаимодействат помежду си; 3) молекулярните взаимодействия възникват само при абсолютно еластични удари; 4) свободното време за пътуване е много по-голямо от времето за сблъсък.
Всеки газ се определя от три макропараметъра.
А) налягането (p) е съотношението на силата към площта.( p=F/S)
Б) обем (V) е мярка за ограничена част от пространството.
C) температурата (T) е мярка за средната кинетична енергия на постъпателното движение на молекулите.
За термичните процеси това е вярно основно уравнение на MKT, което гласи така:
Свързана информация.
16-17 век с право се наричат от мнозина един от най-славните периоди в света.По това време до голяма степен са положени основите, без които по-нататъшното развитие на тази наука би било просто немислимо. Коперник, Галилей, Кеплер свършиха страхотна работа за установяването на физиката като наука, която може да отговори на почти всеки въпрос. Отделно в цяла поредица от открития е законът за всемирното привличане, чиято окончателна формулировка принадлежи на изключителния английски учен Исак Нютон.
Основното значение на работата на този учен се крие не в откриването на силата на всемирната гравитация - и Галилей, и Кеплер говорят за наличието на тази величина още преди Нютон, а в това, че той пръв доказва, че същите сили действат както на Земята, така и в космическото пространство.еднакви сили на взаимодействие между телата.
Нютон потвърди на практика и теоретично обоснова факта, че абсолютно всички тела във Вселената, включително тези, които се намират на Земята, взаимодействат помежду си. Това взаимодействие се нарича гравитационно, докато самият процес на универсална гравитация се нарича гравитация.
Това взаимодействие се получава между телата, защото има специален, различен вид материя, която в науката се нарича гравитационно поле. Това поле съществува и действа около абсолютно всеки обект и няма защита от него, тъй като има уникалната способност да прониква във всякакви материали.
Силата на универсалната гравитация, чиято дефиниция и формулировка е дадена, е пряко зависима от произведението на масите на взаимодействащи тела и обратно зависи от квадрата на разстоянието между тези обекти. Според мнението на Нютон, неопровержимо потвърдено от практическите изследвания, силата на всемирната гравитация се намира по следната формула:
В него от особено значение е гравитационната константа G, която е приблизително равна на 6,67*10-11(N*m2)/kg2.
Силата на всемирното притегляне, с която телата се привличат към Земята, е частен случай на закона на Нютон и се нарича гравитация. В този случай гравитационната константа и масата на самата Земя могат да бъдат пренебрегнати, така че формулата за намиране на силата на гравитацията ще изглежда така:
Тук g не е нищо повече от ускорение, чиято числена стойност е приблизително равна на 9,8 m/s2.
Законът на Нютон обяснява не само процесите, протичащи директно на Земята, той отговаря на много въпроси, свързани със структурата на цялото слънчева система. По-специално, силата на всемирната гравитация има решаващо влияние върху движението на планетите по техните орбити. Теоретично описание на това движение е дадено от Кеплер, но обосновката му става възможна едва след като Нютон формулира известния си закон.
Самият Нютон свързва явленията на земната и извънземната гравитация с прост пример: при изстрел не лети направо, а по дъгообразна траектория. Освен това, с увеличаване на заряда на барут и масата на ядрото, последното ще лети все по-далеч. И накрая, ако приемем, че е възможно да се получи толкова много барут и да се конструира такова оръдие, така че гюлето да лети около земното кълбо, тогава след като направи това движение, то няма да спре, а ще продължи своето кръгово (елипсоидално) движение, превръщайки се в изкуствена.Вследствие на това силата на всемирната гравитация е еднаква в природата както на Земята, така и в космическото пространство.
