Оби-Уан Кеноби каза, че силата държи галактиката заедно. Същото може да се каже и за гравитацията. Факт е, че гравитацията ни позволява да ходим по Земята, Земята да се върти около Слънцето, а Слънцето да се върти около свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика. Как да разберем гравитацията? За това - в нашата статия.
Да кажем веднага, че тук няма да намерите недвусмислено правилен отговор на въпроса „Какво е гравитацията“. Защото просто не съществува! Гравитацията е едно от най-мистериозните явления, които учените озадачават и все още не могат да обяснят напълно природата му.
Има много хипотези и мнения. Има повече от дузина теории на гравитацията, алтернативни и класически. Ще разгледаме най-интересните, подходящи и модерни.
Искам още полезна информацияи свежи новини всеки ден? Присъединете се към нас в телеграма.
Гравитацията е физическо фундаментално взаимодействие
Във физиката има 4 основни взаимодействия. Благодарение на тях светът е точно такъв, какъвто е. Гравитацията е една от тези сили.
Основни взаимодействия:
- земно притегляне;
- електромагнетизъм;
- силно взаимодействие;
- слабо взаимодействие.
В момента настоящата теория, описваща гравитацията, е общата теория на относителността ( обща теорияотносителност). Той е предложен от Алберт Айнщайн през 1915-1916 г.
Знаем обаче, че е твърде рано да се говори за последната истина. В крайна сметка, няколко века преди появата на общата теория на относителността във физиката, нютоновата теория, която беше значително разширена, доминираше, за да описва гравитацията.
В момента е невъзможно да се обяснят и опишат всички въпроси, свързани с гравитацията в рамките на общата теория на относителността.
Преди Нютон се смяташе, че гравитацията на земята и небесната гравитация са различни неща. Смятало се, че планетите се движат по свои собствени, различни от земните, идеални закони.
Нютон открива закона земно притеглянепрез 1667г. Разбира се, този закон е съществувал още по време на динозаврите и много по-рано.
Древните философи са мислили за съществуването на гравитацията. Галилей експериментално изчисли ускорението свободно паданена Земята, след като откри, че е същото за тела с всякаква маса. Кеплер изучава законите на движението небесни тела.
Нютон успя да формулира и обобщи резултатите от наблюденията. Ето какво получи:
Две тела се привличат едно към друго със сила, наречена гравитационна силаили силата на гравитацията.
Формулата за силата на привличане между телата е:
G е гравитационната константа, m е масата на телата, r е разстоянието между центровете на масата на телата.
Какъв е физическият смисъл на гравитационната константа? Тя е равна на силата, с която телата с маса от 1 килограм всяко въздействат 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-малко от един сантиметър. Разбира се, за 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. Просто не забелязваме силата, с която, да речем, се привличат топките на билярдната маса. 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 на Нютон за универсалното привличане не обяснява природата на силата на привличане, а установява количествени модели. Теорията на Нютон не противоречи на общата теория на относителността. Това е напълно достатъчно за решаване на практически задачи в мащаба на Земята 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 универсалната гравитация е математическо описание, но не дава представа за фундаменталната физическа природа на нещата.
Според Нютон силата на привличане действа на всяко разстояние. И работи мигновено. Като се има предвид, че най-бързата скорост в света е скоростта на светлината, има несъответствие. Как гравитацията може да действа мигновено на всяко разстояние, когато светлината се нуждае не от миг, а от 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.
Какъв е ефектът на гравитацията? Нека се опитаме да го опишем с помощта на аналогия.
Представете си пространството като еластичен чаршаф. Ако поставите върху него лека тенис топка, повърхността ще остане равна. Но ако поставите тежка тежест до топката, тя ще избута дупка в повърхността и топката ще започне да се търкаля към голямата и тежка тежест. Това е "гравитация".
Между другото! За нашите читатели вече има 10% отстъпка всякакъв вид работа
Откриване на гравитационни вълни
Гравитационните вълни са предсказани от Алберт Айнщайн още през 1916 г., но те са открити едва сто години по-късно, през 2015 г.
Какво представляват гравитационните вълни? Нека отново направим аналогия. Ако хвърлите камък в спокойна вода, по повърхността на водата ще излязат кръгове от мястото на падането му. Гравитационните вълни са същите вълни, смущения. Само че не във водата, а в световното пространство-време.
Вместо вода – пространство-време, а вместо камък, да речем, черна дупка. Всяко ускорено движение на масата генерира гравитационна вълна. Ако телата са в състояние на свободно падане, разстоянието между тях ще се промени при преминаване на гравитационна вълна.
Тъй като гравитацията е много слаба сила, откриването на гравитационни вълни е свързано с големи технически трудности. Съвременните технологии направиха възможно откриването на изблик на гравитационни вълни само от свръхмасивни източници.
Подходящо събитие за регистриране 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 търкулна през пространството на Вселената.
За регистриране на гравитационни вълни е изграден детектор с диаметър 4 километра. По време на преминаването на вълната се регистрират трептения на огледала върху суспензии във вакуум и интерференцията на отразената 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 е отговорен за гравитацията - хипотетична безмасова частица с енергия. Между другото, в нашия отделен материал прочетете повече за бозона на Хигс и други елементарни частици, които вдигнаха много шум.
И накрая, ето някои интересни факти за гравитацията.
10 факта за гравитацията
- За да преодолее силата на гравитацията на Земята, тялото трябва да има скорост, равна на 7,91 km / s. Това е първата космическа скорост. Достатъчно е едно тяло (например космическа сонда) да се движи в орбита около планетата.
- За да се освободим от гравитационното поле на Земята, космически корабтрябва да има скорост най-малко 11,2 km/s. Това е втората космическа скорост.
- Обектите с най-силна гравитация са черните дупки. Тяхната гравитация е толкова силна, че дори привличат светлина (фотони).
- Нито едно от уравненията квантова механиканяма да намерите силата на гравитацията. Факт е, че когато се опитате да включите гравитацията в уравненията, те губят своята релевантност. Това е един от най-важните проблеми в 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, тежи на Юпитер, кантарът ще покаже 142 килограма.
- Учените от НАСА се опитват да разработят гравитационен лъч, който ще позволи на обектите да се движат безконтактно, 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.
- Черна дупка с размер на тенис топка дърпа обекти със същата сила като нашата планета.
Сега знаете дефиницията на гравитацията и можете да кажете каква формула се използва за изчисляване на силата на привличане. Ако гранитът на науката ви държи по-силно от гравитацията, свържете се с нашата студентска служба. Ние ще ви помогнем да учите лесно при най-тежките натоварвания!
Защо един камък, освободен от ръцете, пада на земята? Защото е привлечено от Земята, ще каже всеки от вас. Всъщност камъкът пада на Земята с ускорение на свободно падане. Следователно върху камъка от страната на Земята действа сила, насочена към Земята. Според третия закон на Нютон камъкът действа и върху Земята със същия модул на сила, насочен към камъка. С други думи, между Земята и камъка действат сили на взаимно привличане.
Нютон беше първият, който пръв предположи, а след това и строго доказа, че причината за падането на камък върху Земята, движението на Луната около Земята и планетите около Слънцето, е една и съща. Това е гравитационната сила, действаща между всички тела на Вселената. Ето хода на неговите разсъждения, дадени в основната работа на Нютон „Математическите принципи на естествената философия“:
„Хвърлият хоризонтално камък ще се отклони под действието на гравитацията от прав път и, след като е описал извита траектория, накрая ще падне на Земята. Ако го хвърлите с по-висока скорост, тогава той ще падне още” (фиг. 1).
Продължавайки тези разсъждения, Нютон стига до заключението, че ако не беше съпротивлението на въздуха, тогава траекторията на камък, хвърлен от висока планина с определена скорост, би могла да стане такава, че изобщо да не достигне земната повърхност, а да се движи. около него „както планетите описват орбитите си в небесното пространство.
Сега толкова сме свикнали с движението на спътниците около Земята, че няма нужда да обясняваме мисълта на Нютон по-подробно.
И така, според Нютон движението на Луната около Земята или на планетите около Слънцето също е свободно падане, но само падане, което продължава без спиране милиарди години. Причината за такова „падане“ (независимо дали наистина говорим за падането на обикновен камък върху Земята или за движението на планетите в техните орбити) е силата на универсалната гравитация. От какво зависи тази сила?
Зависимостта на силата на гравитацията от масата на телата
Галилей доказа, че по време на свободно падане Земята придава еднакво ускорение на всички тела на дадено място, независимо от тяхната маса. Но ускорението, според втория закон на Нютон, е обратно пропорционално на масата. Как може да се обясни, че ускорението, придавано на тялото от земната гравитация, е еднакво за всички тела? Това е възможно само ако силата на привличане към Земята е право пропорционална на масата на тялото. В този случай увеличаването на масата m, например, с два пъти ще доведе до увеличаване на модула на силата Фсъщо се удвоява, а ускорението, което е равно на \(a = \frac (F)(m)\), ще остане непроменено. Обобщавайки това заключение за силите на гравитацията между всякакви тела, стигаме до заключението, че силата на универсалното притегляне е право пропорционална на масата на тялото, върху което действа тази сила.
Но поне две тела участват във взаимното привличане. Всеки от тях, според третия закон на Нютон, е подложен на един и същ модул на гравитационните 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:
\(F \sim m_1 \cdot m_2\)
Зависимостта на силата на гравитацията от разстоянието между телата
От опит е добре известно, че ускорението на свободно падане е 9,8 m/s 2 и е същото за тела, падащи от височина 1, 10 и 100 m, тоест не зависи от разстоянието между телата и Земята. Това изглежда означава, че силата не зависи от разстоянието. Но Нютон вярвал, че разстоянията трябва да се измерват 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 земната повърхност не могат забележимо да променят стойността на ускорението на свободното падане.
За да разберем как разстоянието между телата влияе върху силата на тяхното взаимно привличане, би било необходимо да се установи какво е ускорението на телата, отдалечени от Земята на достатъчно големи разстояния. Трудно е обаче да се наблюдава и изучава свободното падане на тяло от височина хиляди километри над Земята. Но самата природа тук дойде на помощ и направи възможно да се определи ускорението на тяло, движещо се в кръг около Земята и следователно притежаващо 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 зависеше 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- радиусът на лунната орбита, равен на приблизително 60 радиуса на Земята, T≈ 27 дни 7 ч 43 мин ≈ 2,4∙10 6 s е периодът на въртене на Луната около Земята. Като се има предвид, че радиусът на земята Р h ≈ 6,4∙10 6 m получаваме, 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.
Намерената стойност на ускорението е по-малка от ускорението на свободното падане на тела близо до повърхността на Земята (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 земната гравитация, а следователно и на самата гравитация, с 60 2 пъти.
Това води до важно заключение: ускорението, придадено на телата от силата на привличане 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 привличане:
\(F = G \cdot \frac (m_1 \cdot m_2)(R^2).\quad (1)\)
Силата на взаимното привличане на две тела е право пропорционална на произведението на масите на тези тела и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Коефициент на пропорционалност гНаречен гравитационна константа.
Закон за гравитациятае валидно само за тела, чиито размери са пренебрежимо малки в сравнение с 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). Такива сили се наричат централни.
За да се намери гравитационната сила, действаща върху дадено тяло от страната на друго, в случай, че размерът на телата не може да се пренебрегне, постъпете по следния начин. И двете тела са психически разделени на толкова малки елементи, че всяко от тях може да се счита за точка. Събирайки гравитационните сили, действащи върху всеки елемент на дадено тяло от всички елементи на друго тяло, получаваме силата, действаща върху този елемент (фиг. 3). След като направиха такава операция за всеки елемент от дадено тяло и добавиха получените сили, те намират общата гравитационна сила, действаща върху това тяло. Тази задача е трудна.
Има обаче един практически важен случай, когато формула (1) е приложима за удължени тела. Може да се докаже, че сферични тела, чиято плътност зависи само от разстоянията до центровете им, на разстояния между тях, които са по-големи от сумата на радиусите им, 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 на Земята, са много по-малки от размерите на Земята, тези тела могат да се считат за точкови. След това под Рвъв формула (1) трябва да се разбира разстоянието от дадено тяло до центъра на Земята.
Между всички тела има сили на взаимно привличане, в зависимост от самите тела (техните маси) и от разстоянието между тях.
Физическият смисъл 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 Ф. По този начин ( физическо значение ),
гравитационната константа е числено равна на модула на гравитационната сила, действаща върху тяло с маса 1 kg от друго тяло със същата маса с разстояние между телата, равно на 1 m.
В SI гравитационната константа се изразява като
.
Кавендиш опит
Стойността на гравитационната константа гможе да се намери само емпирично. За да направите това, трябва да измерите модула на гравитационната сила Ф, действащ върху телесната маса м 1 странична телесно тегло 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 гпо това време успя в резултат на разглеждане на привличането на махалото към планината, чиято маса е определена чрез геоложки методи.
Точните измервания на гравитационната константа са направени за първи път през 1798 г. английски физикГ. Кавендиш с помощта на устройство, наречено торсионна везна. Схематично, торсионният баланс е показан на фигура 4.
Кавендиш фиксира две малки оловни топки (5 см в диаметър и тегло м 1 = 775 g всеки) в противоположните краища на двуметров прът. Пръчката беше окачена на тънка тел. За този проводник предварително са определени еластичните сили, възникващи в него при усукване под различни ъгли. Две големи оловни топки (20 см в диаметър и тегло м 2 = 49,5 кг) може да се доближи до малки топки. Привличащи сили от големите топки принудиха малките топки да се придвижат към тях, докато опънатата тел се извива малко. Степента на усукване е мярка за силата, действаща между топките. Ъгълът на усукване на жицата (или въртенето на пръта с малки топчета) се оказа толкова малък, че трябваше да се измери с помощта на оптична тръба. Резултатът, получен от Кавендиш, е само 1% различен от стойността на гравитационната константа, приета днес:
G ≈ 6,67∙10 -11 (N∙m 2) / kg 2
Така силите на привличане на две тела с тегло по 1 kg всяко, разположени на разстояние 1 m едно от друго, са само 6,67∙10 -11 N в модули.Това е много малка сила. Само в случай, че взаимодействат тела с огромна маса (или поне масата на едно от телата е голяма), гравитационната сила става голяма. Например Земята дърпа Луната със сила Ф≈ 2∙10 20 N.
Гравитационните сили са "най-слабите" от всички сили на природата. Това се дължи на факта, че гравитационната константа е малка. Но с големи маси от космически тела, силите на универсалната гравитация стават много големи. Тези сили държат всички планети близо до Слънцето.
Значението на закона за гравитацията
Законът за всемирното привличане е в основата на небесната механика - науката за движението на планетите. С помощта на този закон с голяма точност се определят позициите на небесните тела на небосклона за много десетилетия напред и се изчисляват техните траектории. Законът за универсалната гравитация се използва и при изчисления на движението на изкуствени земни спътници 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 ако тази планета се върти около Слънцето. Но има много планети в Слънчевата система, всички те са привлечени както от Слънцето, така и една от друга. Следователно има смущения в движението на планетите. В Слънчевата система смущенията са малки, тъй като привличането на планетата от Слънцето е много по-силно от привличането на други планети. При изчисляване на видимото положение на планетите трябва да се вземат предвид смущенията. При изстрелване на изкуствени небесни тела и при изчисляване на техните траектории те използват приблизителна теория за движението на небесните тела - теория на смущенията.
Откриване на Нептун. Един от най-ярките примери за триумфа на закона за всемирното привличане е откриването на планетата Нептун. През 1781 г. английският астроном Уилям Хершел открива планетата Уран. Орбитата му е изчислена и е 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 различават от реалността.
Учените предполагат, че отклонението в движението на Уран е причинено от привличането на неизвестна планета, разположена дори 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, изчислиха позицията на тази планета в небето. Адамс завърши изчисленията по-рано, но наблюдателите, на които той съобщи резултатите си, не бързаха да проверяват. Междувременно Леверие, след като завърши изчисленията си, посочи на германския астроном Хале мястото, където да търси непозната планета. Още първата вечер, 28 септември 1846 г., Хале, насочвайки телескопа към посоченото място, открива нова планета. Нарекли я 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 универсалната гравитация, можете да изчислите масата на планетите и техните спътници; обясняват явления като приливи и отливи в океаните и много други.
Силите на всеобщата гравитация са най-универсалните от всички сили на природата. Те действат между всички тела, които имат маса, и всички тела имат маса. Няма прегради пред силите на гравитацията. Те действат чрез всяко тяло.
литература
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Proc. за 9 клетки. средно училище - М.: Просвещение, 1992. - 191 с.
- Физика: Механика. 10 клас: Проб. за задълбочено изучаване на физиката / М.М. Балашов, A.I. Гомонова, А.Б. Долицки и др.; Изд. Г.Я. Мякишев. – М.: Дропла, 2002. – 496 с.
Исак Нютон предполага, че между всякакви тела в природата има сили на взаимно привличане. Тези сили се наричат гравитационни силиили сили на тежестта. Силата на неудържима 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 взаимодействащите 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, измервайки силата на взаимодействие между оловни топки.
Физическият смисъл 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 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 всякакви тела в природата, но те стават осезаеми при големи маси (или ако поне масата на едно от телата е голяма). Законът за универсалното притегляне се изпълнява само за материални точки и топки (в този случай за разстояние се приема разстоянието между центровете на топките).
Земно притегляне
Специален вид универсална гравитационна сила е силата на привличане на телата към Земята (или към друга планета). Тази сила се нарича земно притегляне. Под действието на тази сила всички тела придобиват ускорение на свободно падане.
Според 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 даденото 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 придобива различни стойности. На повърхността на Земята и в средните ширини ускорението на свободното падане е 9,831 m/s 2 .
Телесно тегло
В технологиите и ежедневието концепцията за телесно тегло се използва широко.
Телесно теглоозначено с \(P \) . Единицата за тегло е нютон (N). Тъй като теглото равно на силата, с което тялото действа върху опората, то 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 силата на реакция на опората.
Предполага се, че тялото е неподвижно спрямо опората или окачването.
Телесното тегло и гравитацията се различават по природа: телесното тегло е проява на действието на междумолекулните сили, а гравитацията има гравитационен характер.
Нарича се състоянието на тяло, в което теглото му е нула безтегловност. Състоянието на безтегловност се наблюдава в самолет или космически кораб при движение с ускорение на свободното падане, независимо от посоката и стойността на скоростта на тяхното движение. Извън земната атмосфера, когато реактивните двигатели са изключени, върху космическия кораб действа само силата на универсалната гравитация. Под действието на тази сила космическият кораб и всички тела в него се движат с еднакво ускорение, така че в кораба се наблюдава състоянието на безтегловност.
Javascript е деактивиран във вашия браузър.ActiveX контролите трябва да бъдат активирани, за да се правят изчисления!
Всички тела падат на земята. Причината за това е ефектът на гравитацията. Нарича се силата, с която земята дърпа тялото земно притегляне. Означено като F тежък. Винаги е насочен 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 установил, че ако само гравитацията действа върху падащи тела, а въздушното съпротивление не действа, то всички те се движат по един и същи начин, т.е. със същото ускорение. Те му се обадили ускорение на свободно падане (g).Тази стойност може да се определи експериментално чрез измерване на изместването на падащо тяло на равни интервали. Изчисленията показват това g \u003d 9,8 m / s 2.
Глобусът е леко сплескан на 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, Луната, Слънцето, водата в моретата и океаните и т.н. И всички тела се привличат едно към друго. Привличането на всички тела на Вселената едно към друго се нарича универсална гравитация.През 1687 г. И. Нютон пръв доказва и установява закон на гравитацията.
Две тела се привличат едно друго със сила, която е право пропорционална на произведението на масите им и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях.
Тази сила се нарича гравитационна сила (или гравитационна сила).
Граници на приложение на закона: за материални точки.
G - гравитационна константа G=6,67∙10 -11,
Числовата стойност на гравитационната константа се установява експериментално. Това е направено за първи път 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 свободното падане намаляват с увеличаване на разстоянието от Земята. На височина h от земната повърхност 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 информира тялото за ускорението на свободното падане; б) ако тялото има опора, то бидейки привлечено от Земята, то действа върху опората. Нарича се силата, с която тялото действа върху опората поради привличане към Земята претегляне. Тежестта се прилага към опората.
Ако опората няма ускорение, тогава модулът на теглото равно на модулаземно притегляне. P=F тежък Ако опората има ускорение нагоре, тогава модулът на тежестта е по-голям от модула на тежестта. P=F верига +ma. Ако опората има ускорение надолу, тогава модулът на теглото е по-малък от модула на тежестта. P=F нишка -ma. Ако опората пада свободно заедно с тялото, тогава тежестта ще бъде нула. P=0. Такова състояние се нарича безтегловност.
Използвайки закона за универсалната гравитация, можете да изчислите първата космическа скорост.
mg=ma; g=a; a=v2/R; g=v2/R; v2 =gR; v = √gR., където R е радиусът на планетата.
Билет номер 5. Експериментално обосноваване на основните положения на молекулярно-кинетичната теория за структурата на материята. Идеален газ. Основното уравнение на молекулярно-кинетичната теория на идеалния газ. Температура и нейната промяна. абсолютна температура.
Всички тела са изградени от малки частици - атоми и молекули. С други думи, материята има дискретна структура. Въз основа на теорията за дискретната структура на материята могат да бъдат обяснени и предвидени редица нейни свойства.
Основи на ИКТ(молекулярно-кинетична теория)
1. Всички вещества се състоят от молекули (атоми).
2. Молекулите (атомите) се движат постоянно и произволно.
3. Молекулите (атомите) взаимодействат помежду си.
4. Има празнини между молекулите (атоми).
Тези разпоредби на КМП имат експериментална обосновка. Дифузията и Брауновото движение потвърждават тези позиции. Дифузия - взаимното проникване на частици от едно вещество между частици от друго вещество, когато те влязат в контакт. Причина Брауново движениеса топлинното движение на течни (или газови) молекули и техните сблъсъци с браунова частица.
Случайното движение на частици, които изграждат телата, се нарича термично движение.Всички молекули на тялото участват в топлинно движение, следователно с промяна в топлинното движение се променят и състоянието на тялото, неговите свойства. Веществото може да бъде в три агрегатни състояния – твърдо, течно и газообразно. Агрегатното състояние се определя от температурата и външното налягане.
Състоянието, в което веществото няма собствена форма и не запазва обем, се нарича газообразно, което от своя страна се разделя на газ и пара. Газът е газообразно състояние при температура над критичната температура. Газовете, които съществуват в природата, се наричат реални. Когато изучават свойствата на газовете във физиката, те използват модела 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 идеалния газ не взаимодействат една с друга; 3) взаимодействията на молекулите възникват само при абсолютно еластични удари; 4) времето за свободен път е много по-дълго от времето на сблъсък.
Всеки газ се определя от три макропараметъра.
А) налягането (p) е съотношението на силата към площта. ( p=F/S)
Б) обемът (V) е мярка за ограничена част от пространството.
C) температура (T) - е мярка за средната кинетична енергия на транслационното движение на молекулите.
За термичните процеси е вярно основното уравнение на MKT, което гласи така:
Подобна информация.
16-17 век мнозина с право се наричат един от най-славните периоди в света.Точно по това време до голяма степен са положени основите, без които по-нататъшното развитие на тази наука би било просто немислимо. Коперник, Галилей, Кеплер са свършили страхотна работа, за да обявят физиката за наука, която може да отговори на почти всеки въпрос. Отделно в цяла поредица от открития стои законът за всемирното привличане, чиято окончателна формулировка принадлежи на изключителния английски учен Исак Нютон.
Основното значение на трудовете на този учен не беше в откриването му на силата на универсалната гравитация - както Галилей, така и Кеплер говориха за наличието на тази величина още преди Нютон, а във факта, че той беше първият, който доказа, че същото сили действат както на Земята, така и в космическото пространство.същите сили на взаимодействие между телата.
Нютон на практика потвърди и теоретично обоснова факта, че абсолютно всички тела във Вселената, включително тези, разположени на Земята, взаимодействат помежду си. Това взаимодействие се нарича гравитационно, докато самият процес на универсална гравитация се нарича гравитация.
Това взаимодействие възниква между телата, тъй като има специален вид материя, за разлика от другите, която в науката се нарича гравитационно поле. Това поле съществува и действа около абсолютно всеки обект, като няма защита от него, тъй като има несравнима способност да прониква във всякакви материали.
Силата на универсалната гравитация, чието определение и формулировка той даде, е пряко зависима от произведението на масите на взаимодействащите тела и обратно от квадрата на разстоянието между тези обекти. Според Нютон, неопровержимо потвърдено от практически изследвания, силата на универсалната гравитация се намира по следната формула:
В него от особено значение принадлежи гравитационната константа G, която е приблизително равна на 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.
Гравитационната сила, 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 дава отговор на много въпроси, свързани със структурата на цялото слънчева система. По-специално, силата на универсалната гравитация между тях има решаващо влияние върху движението на планетите в техните орбити. Теоретичното описание на това движение е дадено от Кеплер, но обосновката му става възможно едва след като Нютон формулира своя знаменит закон.
Самият Нютон свързва явленията на земната и извънземната гравитация, като използва прост пример: когато е изстрелян от него, той не лети направо, а по дъгообразна траектория. В същото време, с увеличаване на заряда на барута 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, че гюлето да лети около земното кълбо, тогава, след като направи това движение, то няма да спре, а ще продължи своето кръгово (елипсоидно) движение, превръщайки се в изкуствен.В резултат на това силата на универсалната гравитация е еднаква в природата както на Земята, така и в космоса.
