Füüsika koolikursusel õppides on mehaanika sektsioonis oluliseks teemaks universaalse gravitatsiooni seadus. Selles artiklis vaatleme lähem alt, mis see on ja millise matemaatilise valemiga seda kirjeldatakse, ning toome ka näiteid gravitatsioonijõu kohta igapäevaelus ja kosmilises skaalas.
Kes avastas gravitatsiooniseaduse
Enne kui tuua näiteid gravitatsioonijõu kohta, kirjeldame lühid alt, kellele omistatakse selle avastamist.
Iidsetest aegadest peale on inimesed tähti ja planeete vaadelnud ning teadnud, et need liiguvad teatud trajektoore mööda. Lisaks mõistis iga inimene, kellel polnud eriteadmisi, et ükskõik kui kaugele ja kõrgele ta kivi või muu eseme viskas, kukkus see alati maapinnale. Kuid keegi ei osanud isegi arvata, et protsesse Maal ja taevakehadel juhib sama loodusseadus.
1687. aastal avaldas Sir Isaac Newton teadusliku töö, milles ta kirjeldas esmakordselt matemaatilisiuniversaalse gravitatsiooni seaduse sõnastus. Muidugi ei jõudnud Newton iseseisv alt selle sõnastuseni, mille ta isiklikult ära tundis. Ta kasutas mõningaid oma kaasaegsete ideid (näiteks pöördvõrdelisuse olemasolu kehadevahelise tõmbejõu kauguse ruuduga), samuti kogutud eksperimentaalseid kogemusi planeetide trajektooride kohta (Kepleri kolm seadused). Newtoni geniaalsus näitas end selles, et pärast kogu olemasoleva kogemuse analüüsimist suutis teadlane selle sõnastada sidusa ja praktiliselt rakendatava teooria kujul.
Gravitatsiooni valem
Universaalse gravitatsiooniseaduse võib lühid alt sõnastada järgmiselt: kõigi universumi kehade vahel on külgetõmbejõud, mis on pöördvõrdeline nende massikeskmete vahelise kauguse ruuduga ja võrdeline korrutisega. kehade endi massidest. Kahe keha massiga m1 ja m2, mis asuvad üksteisest kaugusel r, kirjutatakse uuritav seadus järgmiselt:
F=Gm1m2/r2.
Siin G on gravitatsioonikonstant.
Selle valemi abil saab tõmbejõudu arvutada kõigil juhtudel, kui kehade vahelised kaugused on nende suurustega võrreldes piisav alt suured. Muidu ja ka tugeva gravitatsiooni tingimustes massiivsete kosmoseobjektide (neutrontähed, mustad augud) läheduses tuleks kasutada Einsteini välja töötatud relatiivsusteooriat. Viimane peab gravitatsiooni aegruumi moonutamise tulemuseks. Newtoni klassikalises seadusesgravitatsioon tuleneb kehade vastasmõjust mõne energiaväljaga, näiteks elektri- või magnetväljaga.
Gravitatsiooni ilming: näited igapäevaelust
Esiteks, selliste näidetena võime nimetada mis tahes teatud kõrguselt langevaid kehasid. Näiteks leht või kuulus õun puult, kivi kukkumine, vihmapiisad, mägede maalihked ja maalihked. Kõigil neil juhtudel kalduvad kehad meie planeedi keskpunkti.
Teiseks, kui õpetaja palub õpilastel "toota näiteid raskusjõu kohta", peaksid nad meeles pidama, et kõigil kehadel on kaal. Kui telefon on laual või kui inimene on kaalul, siis nendel juhtudel surub keha toele. Kehakaal on ilmekas näide gravitatsioonijõu avaldumisest, mis koos toe reaktsiooniga moodustab üksteist tasakaalustava jõudude paari.
Kui kasutada maapealsete tingimuste puhul eelmise lõigu valemit (asendage sellega planeedi mass ja selle raadius), siis on võimalik saada järgmine avaldis:
F=mg
Seda kasutatakse gravitatsiooniprobleemide lahendamisel. Siin on g kiirendus, mis antakse kõigile kehadele, olenemata nende massist, vabalangemisel. Kui õhutakistust poleks, siis langeks raske kivi ja kerge sulg sam alt kõrguselt ühe ajaga.
Gravitatsioon universumis
Kõik teavad, et Maa tiirleb koos teiste planeetidega ümber Päikese. Omakorda Päike, olles seesspiraalgalaktika Linnutee üks harudest pöörleb koos sadade miljonite tähtedega ümber oma keskpunkti. Ka galaktikad ise lähenevad üksteisele nn kohalikes parvedes. Kui me läheme skaalal tagasi, siis peaksime meeles pidama satelliite, mis tiirlevad ümber oma planeetide, asteroide, mis neile planeetidele langevad või mööda lendavad. Kõik need juhtumid jäävad meelde, kui õpetaja küsib õpilastelt: "Tooge näiteid raskusjõu kohta."
Pange tähele, et viimastel aastakümnetel on kahtluse alla seatud kosmilise mastaabi põhijõu küsimus. Kohalikus ruumis on see kahtlemata gravitatsioonijõud. Arvestades aga küsimust galaktika tasandil, tuleb mängu teine, seni tundmatu jõud, mis on seotud tumeainega. Viimane avaldub antigravitatsioonina.
