Podczas studiów na szkolnym kursie fizyki ważnym tematem w dziale mechaniki jest prawo powszechnego ciążenia. W tym artykule przyjrzymy się bliżej, co to jest i jakim wzorem matematycznym jest opisane, a także podamy przykłady siły grawitacji w codziennym życiu człowieka i na kosmiczną skalę.
Kto odkrył prawo grawitacji
Zanim podamy przykłady siły grawitacji, krótko opiszmy komu przypisuje się jej odkrycie.
Od czasów starożytnych ludzie obserwowali gwiazdy i planety i wiedzieli, że poruszają się one po określonych trajektoriach. Ponadto każda osoba, która nie posiadała specjalnej wiedzy, rozumiała, że bez względu na to, jak daleko i wysoko rzucił kamień lub inny przedmiot, zawsze spadał na ziemię. Ale nikt z ludzi nawet nie domyślił się, że procesy na Ziemi i ciałach niebieskich są kontrolowane przez to samo prawo naturalne.
W 1687 r. Sir Isaac Newton opublikował pracę naukową, w której po raz pierwszy przedstawił zagadnienia matematycznesformułowanie prawa powszechnego ciążenia. Oczywiście Newton nie doszedł do tego sformułowania samodzielnie, co osobiście rozpoznał. Wykorzystał niektóre pomysły swoich współczesnych (na przykład istnienie odwrotnej proporcjonalności do kwadratu odległości siły przyciągania między ciałami), a także zgromadzone doświadczenie eksperymentalne dotyczące trajektorii planet (trójka Keplera prawa). Geniusz Newtona objawił się w tym, że po przeanalizowaniu całego dostępnego doświadczenia naukowiec był w stanie sformułować je w formie spójnej i praktycznej teorii.
Formuła grawitacyjna
Prawo powszechnego ciążenia można krótko sformułować w następujący sposób: pomiędzy wszystkimi ciałami we Wszechświecie działa siła przyciągania, która jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami masy i wprost proporcjonalna do iloczynu mas samych ciał. Dla dwóch ciał o masach m1 i m2, które znajdują się w odległości r od siebie, badane prawo zostanie zapisane jako:
F=Gm1m2/r2.
Tutaj G jest stałą grawitacji.
Siła przyciągania może być obliczona za pomocą tego wzoru we wszystkich przypadkach, jeśli odległości między ciałami są wystarczająco duże w porównaniu z ich rozmiarami. W przeciwnym razie, a także w warunkach silnej grawitacji w pobliżu masywnych obiektów kosmicznych (gwiazdy neutronowe, czarne dziury), należy skorzystać z teorii względności opracowanej przez Einsteina. Ten ostatni uważa grawitację za wynik zniekształcenia czasoprzestrzeni. W klasycznym prawie Newtonagrawitacja jest wynikiem oddziaływania ciał z pewnym polem energetycznym, takim jak pola elektryczne lub magnetyczne.
Manifestacja grawitacji: przykłady z życia codziennego
Po pierwsze, jako takie przykłady możemy nazwać dowolne spadające ciała z określonej wysokości. Na przykład liść lub słynne jabłko z drzewa, spadający kamień, krople deszczu, osuwiska górskie i osuwiska. We wszystkich tych przypadkach ciała dążą do centrum naszej planety.
Po drugie, kiedy nauczyciel prosi uczniów o „podanie przykładów grawitacji”, powinni również pamiętać, że wszystkie ciała mają wagę. Kiedy telefon leży na stole lub gdy osoba jest ważona na wadze, w takich przypadkach ciało naciska na podpórkę. Masa ciała jest żywym przykładem manifestacji siły grawitacji, która wraz z reakcją podpory tworzy parę równoważących się sił.
Jeżeli wzór z poprzedniego paragrafu jest używany dla warunków ziemskich (wstaw do niego masę planety i jej promień), wtedy można otrzymać następujące wyrażenie:
F=mg
To jest używane do rozwiązywania problemów z grawitacją. Tutaj g jest przyspieszeniem nadanym wszystkim ciałom, niezależnie od ich masy, podczas swobodnego spadania. Gdyby nie było oporu powietrza, ciężki kamień i lekkie piórko spadłyby w tym samym czasie z tej samej wysokości.
Grawitacja we Wszechświecie
Wszyscy wiedzą, że Ziemia wraz z innymi planetami krąży wokół Słońca. Z kolei Słońce, będąc wjedno z ramion galaktyki spiralnej Drogi Mlecznej obraca się wraz z setkami milionów gwiazd wokół swojego centrum. Same galaktyki również zbliżają się do siebie w tzw. gromadach lokalnych. Jeśli wrócimy do skali, powinniśmy pamiętać o satelitach, które krążą wokół ich planet, asteroidach, które spadają na te planety lub przelatują obok. Wszystkie te przypadki można sobie przypomnieć, jeśli nauczyciel poprosi uczniów: „Podaj przykłady siły grawitacji”.
Zauważ, że w ostatnich dziesięcioleciach kwestia głównej siły na kosmiczną skalę została zakwestionowana. W przestrzeni lokalnej jest to niewątpliwie siła grawitacji. Jednak biorąc pod uwagę kwestię na poziomie galaktyki, w grę wchodzi inna, dotychczas nieznana siła, związana z ciemną materią. Ten ostatni przejawia się jako antygrawitacja.
