Сила притяжения земли. Трехколесный веломобиль презентовали в Лас-Вегасе. Удивительные вещи и люди из прошлого
Гравитационная сила – это сила, с которой притягиваются друг к другу тела определённой массы, находящиеся на определённом расстоянии друг от друга.
Английский учёный Исаак Ньютон в 1867 г. открыл закон всемирного тяготения. Это один из фундаментальных законов механики. Суть этого закона в следующем: любые две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Универсальный закон гравитации
На этом этапе необходимо прояснить разницу между двумя очень важными понятиями, а именно теми, которые касаются массы и веса каждого объекта. Первый является неотъемлемым для каждого тела и не изменяется под действием силы тяжести, поскольку он относится к количеству материи, а другой зависит от тяжести, которой подвергается каждое тело. Таким образом, тело космонавта будет иметь одинаковую массу на Земле чем на Луне, но не такой же вес.
Поэтому вес будет равен массе, умноженной на постоянное ускорение силы тяжести. Которая есть не что иное, как сила, с которой притягивается масса тела. Ньютон также обнаружил, что все тела падают на Землю с той же скоростью, что и постоянное ускорение, равное 9, 82 метра в секунду, будь то пера или молот. Разница определяется исключительно сопротивлением, которое воздух оказывает на каждое тело.
Сила притяжения – первая сила, которую почувствовал человек. Это сила, с которой Земля воздействует на все тела, находящиеся на её поверхности. И эту силу любой человек ощущает как собственный вес.
Закон всемирного тяготения
Существует легенда, что закон всемирного тяготения Ньютон открыл совершенно случайно, гуляя вечером по саду своих родителей. Творческие люди постоянно находятся в поиске, а научные открытия - это не мгновенное озарение, а плод длительной умственной работы. Сидя под яблоней, Ньютон осмысливал очередную идею, и вдруг на голову ему упало яблоко. Ньютону было понятно, что яблоко упало в результате действия силы притяжения Земли. «Но почему не падает на Землю Луна? - задумался он. - Значит, на неё действует ещё какая-то сила, удерживающая её на орбите». Так был открыт знаменитый закон всемирного тяготения .
Поэтому сила тяжести является фундаментальной для нашего существования, без которой наша земная жизнь не будет такой, как мы ее знаем, просто подумайте о трудностях космонавтов во время космических миссий при выполнении элементарных вещей или чувств, которые они испытывают в средах имитируя отсутствие серьезности, мы думаем о американских горках или о преодолении дороги с полноскоростным автомобилем.
Закон Ньютона, однако, применим только в том случае, если два тела считаются далекими от других масс. В случае солнечной системы для изучения движения планеты или межпланетного зонда она должна фактически учитывать другие тела, а также близкие звезды. Обычно, однако, для упрощения вычислений мы рассматриваем только самые большие массы: Солнца, Юпитера и Сатурна, рассматривая все остальные ничтожные сущности.
Учёные, изучавшие до этого вращение небесных тел, считали, что небесные тела подчиняются каким-то совершенно другим законам. То есть, предполагалось, что существуют совершенно разные законы притяжения на поверхности Земли и в космосе.
Ньютон объединил эти предполагаемые виды гравитации. Анализируя законы Кеплера, описывающие движение планет, он пришёл к выводу, что сила притяжения возникает между любыми телами. То есть, и на яблоко, упавшее в саду, и на планеты в космосе действуют силы, подчиняющиеся одному закону – закону всемирного тяготения.
С появлением теории относительности гравитационная сила приобретает еще более важную роль, будучи обнаружена, как великие массы даже влияют на свет и изменяют понятия пространства и абсолютного времени. Универсальный закон тяготения, сформулированный Исааком Ньютоном, описывает взаимодействие между небесными телами и состояниями, что любое тело во Вселенной, понимаемое как материальная точка, притягивает любое другое тело силой, прямо пропорциональной произведению масс и обратно пропорционально квадрат расстояний.
Утверждение и формула закона всеобщего тяготения
В этом уроке мы представим утверждение и формулу закона всемирного тяготения, и мы будем смотреть на него всячески, подчеркивая физический смысл и явно записывая обратные формулы. Закон всемирного тяготения вводит одну из четырех великих фундаментальных сил природы: универсальную гравитационную силу, называемую также гравитационной силой притяжения. Обнаруженный Ньютоном, это постоянно привлекающая сила расстояния, которая осуществляется между любой парой тел с массой на определенном расстоянии.
Ньютон установил, что законы Кеплера действуют только в том случае, если между планетами существует сила притяжения. И эта сила прямо пропорциональна массам планет и обратно пропорциональная квадрату расстояния между ними.
Сила притяжения рассчитывается по формуле F=G m 1 m 2 / r 2
m 1 – масса первого тела;
Формула всемирного закона тяготения выражает форму силы взаимодействия следующим образом. Где они указывают массы двух тел; указывает расстояние между центрами двух тел, а буква представляет собой гравитационную постоянную, значение которой дается формулой.
Значение универсального закона гравитации
Покажем, по порядку, всю информацию о законе всемирного тяготения и его значении. Это означает, что, в равной степени, если вы удвоите одну из двух масс, сила удваивается; если мы будем держать массы постоянными и удваивать их расстояние, тогда сила уменьшается на одну четверть; если тройное расстояние, сила становится в девять раз меньше и т.д.
m 2 – масса второго тела;
r – расстояние между телами;
G – коэффициент пропорциональности, который называют гравитационной постоянной или постоянной всемирного тяготения .
Его значение определили экспериментально. G = 6,67·10 -11 Нм 2 /кг 2
Если две материальные точки с массой, равной единице массы, находятся на расстоянии, равном единице расстояния, то они притягиваются с силой, равной G .
Гравитационное поле Земли
Вот почему гравитационная постоянная называется универсальной. На сегодняшний день нет оснований полагать, что законы физики, обнаруженные на маленькой голубой планете в углу Вселенной, не должны быть действительными в других местах. Поэтому в астрофизике закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном, начиная с знаний, полученных на нашей солнечной системе, также применяется к звездным системам и галактикам, отдаленным от нас миллионами или миллиардами световых лет.
Это, однако, конечно, не является пределом при применении формулы, мы понимаем причину. Если мы хотим вычислить силу, с которой гравитационно взаимодействуют Земля и Солнце, в соответствии с человеческим масштабом, эти небесные тела нельзя рассматривать как точка-точка. Если вы помните о своей дистанции и сравниваете их лучи, то даже небесные тела можно считать бессмысленными без каких-либо проблем.
Силы притяжения и есть гравитационные силы. Их называют ещё силами тяготения . Они подчинены закону всемирного тяготения и проявляются всюду, так как все тела имеют массу.
Сила тяжести
Гравитационная сила вблизи поверхности Земли – это сила, с которой все тела притягиваются к Земле. Её называют силой тяжести . Она считается постоянной, если расстояние тела от поверхности Земли мало по сравнению с радиусом Земли.
Следует, однако, сказать, что есть возможность показать, что можно представить всю массу расширенного сферического тела, сконцентрированного в ее центре масс, что также становится точкой приложения силы. Между двумя обширными телами, которые не могут приближаться к материальным точкам, сила гравитационного притяжения осуществляется по линии, соединяющей центры масс двух тел.
Универсальный закон тяготения в векторной форме
Например, вы можете отойти от Земли, как хотите, вы можете добраться до другой «галактики», если сможете, но где бы вы ни были, вы всегда будете воскрешены силой гравитационного притяжения Земли. Где он указывает гравитационную силу, оказываемую корпусом 1 на тело 2, и указывает векторный модуль. Для тех, кто знаком с векторами, в отчете указывается стих.
Так как сила тяжести, являющаяся гравитационной силой, зависит от массы и радиуса планеты, то на разных планетах она будет разной. Так как радиус Луны меньше радиуса Земли, то и сила притяжения на Луне меньше, чем на Земле в 6 раз. А на Юпитере, наоборот, сила тяжести в 2,4 раза больше силы тяжести на Земле. Но масса тела остаётся постоянной, независимо от того, где её измеряют.
Формула гравитационной силы
Из предыдущей формулы и особенно из меньшего признака привлекательности гравитационной силы имеет совпадающее направление с линией, соединяющей два тела. Каждое из двух тел осуществляет одну и ту же силу с другой: например, Земля привлекает. На Луне мы также имели бы гравитационную силу, изменяющуюся от слабости до ее отмены, когда мы далека от всех небесных тел. Гравитационная сила тела уменьшается, чтобы увеличить его расстояние от центра Земли. Прямым следствием этого факта является то, что вес тела изменяется с высотой, на которую он расположен.
Многие путают значение веса и силы тяжести, считая, что сила тяжести всегда равна весу. Но это не так.
Сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес, это и есть вес. Если убрать опору или подвес, тело начнёт падать с ускорением свободного падения под действием силы тяжести. Сила тяжести пропорциональна массе тела. Она вычисляется по формуле F = mg , где m – масса тела, g – ускорение свободного падения.
Он среди звёзд один веселится
Например, на вершине Эвереста тело имеет меньший вес, чем на уровне моря. Разницу в весе можно также измерять между телами равной массы, расположенными в разных широтах на уровне моря. Это связано с тем, что Земля не является абсолютно сферической, но раздроблена на поли.
Поэтому в Поли тело имеет больший вес, чем когда он находится на экваторе, потому что он ближе к центру Земли. В общем, гравитация определяется как тенденция движения тел друг к другу, действием обратной силы притяжения. Интенсивность этой силы равна произведению постоянной гравитации.
Вес тела может изменяться, а иногда и вообще исчезать. Представим себе, что мы находимся в лифте на верхнем этаже. Лифт стоит. В этот момент наш вес Р и сила тяжести F, с которой Земля притягивает нас, равны. Но как только лифт начал двигаться вниз с ускорением а , вес и сила тяжести уже не равны. Согласно второму закону Ньютона mg + P = ma . Р =m g - ma .
Взаимосвязь между произведением рассматриваемых масс. И квадрат их расстояния. Гравитационная сила может быть выражена в векторной форме, умножая ее интенсивность для подходящего ориентированного счетчика. Гравитация вблизи поверхности Земли. Универсальный закон тяготения применяется к точечным телам, но также можно распространить его на реальные объекты, размеры которых малы по сравнению с расстоянием, которое их разделяет. Закон неприменим, если мы рассмотрим общее тело около поверхности Земли.
Однако сам Ньютон показал, что однородная сферическая оболочка притягивает частицу, расположенную наружу, как будто вся масса оболочки сосредоточена в ее центре. Представляя Землю как ряд концентрических сферических оболочек, можно вернуть ее к случаю точечных тел и определить гравитационное притяжение, которое планета оказывает на поверхность.
Из формулы видно, что наш вес при движении вниз уменьшился.
В момент, когда лифт набрал скорость и стал двигаться без ускорения, наш вес снова равен силе тяжести. А когда лифт стал замедлять своё движение, ускорение а стало отрицательным, и вес увеличился. Наступает перегрузка.
А если тело двигается вниз с ускорением свободного падения, то вес и вовсе станет равным нулю.
На котором действует только гравитационная сила, она равна результату сил, действующих на тело, и, согласно второму закону Ньютона, отчет действителен. Это не более чем гравитационное ускорение. В частности, постоянная ускорения. Является приближением ускорения, создаваемого гравитационной силой на телах, как.
Земля не является однородной, но имеет переменную плотность области в области, даже на высоте. Земля не является точно сферической, но представляет собой более крупный эллипс луча около экватора, Земля вращается вокруг своей оси и отпечатывает центростремительное ускорение тела. Гравитация на Земле.
При a =g Р =mg-ma= mg - mg=0
Это состояние невесомости.
Итак, все без исключения материальные тела во Вселенной подчиняются закону всемирного тяготения. И планеты вокруг Солнца, и все тела, находящиеся у поверхности Земли.
На вопрос «Что такое сила?» физика отвечает так: «Сила есть мера взаимодействия вещественных тел между собой или между телами и другими материальными объектами - физическими полями». Все силы в природе могут быть отнесены к четырем фундаментальным видам взаимодействий: сильному, слабому, электромагнитному и гравитационному. Наша статья рассказывает о том, что представляют собой гравитационные силы - мера последнего и, пожалуй, наиболее широко распространенного в природе вида этих взаимодействий.
Воздушный шарик и апельсиновая кожура
Теорема Ньютона относительно случая однородных сферических оболочек также применима к локально расположенным телам и утверждает, что гравитационное притяжение на них ничто. Поэтому, если бы Земля была однородной и совершенно сферической, гравитационная сила внутри нее изменялась бы в зависимости от двух эффектов.
Полны сногсшибательной силы
Он будет стремиться увеличиваться на расстояние от его центра; он будет уменьшаться, поскольку снаряды вне определенного радиального положения перестанут проявлять свое притяжение. Со времен Аристотеля и открытий Ньютона считалось, что силы взаимодействия между телами будут происходить только путем контакта.
Начнем с притяжения земли
Всем живущим известно, что существует сила, которая притягивает объекты к земле. Она обычно именуется гравитацией, силой тяжести или земным притяжением. Благодаря ее наличию у человека возникли понятия «верх» и «низ», определяющие направление движения или расположения чего-либо относительно земной поверхности. Так в частном случае, на поверхности земли или вблизи нее, проявляют себя гравитационные силы, которые притягивают объекты, обладающие массой, друг к другу, проявляя свое действие на любых как самых малых, так и очень больших, даже по космическим меркам, расстояниях.
Например, если мы возьмем тело и разместим его на нашей руке, мы можем поднять его только потому, что есть физический контакт между двумя телами. Английский физик Ньютон, однако, поставил под сомнение этот способ мышления о вещах, когда он задавался вопросом, почему яблоко, падающее с дерева, притягивается к Земле, даже если нет контакта, а также Луны, которая вращается вокруг Земли.
Определение универсального закона тяготения
Ньютон затем предложил новое понятие гравитации как дистанционное взаимодействие между телами, даже когда между ними существует вакуум. Когда мы рассматриваем Землю и тело, расположенные на поверхности планеты или на некотором расстоянии от нее, через сложный интегральный расчет можно продемонстрировать, что Земля ведет себя так, как будто вся ее масса сосредоточена в одной точке, его центр.
Сила тяжести и третий закон Ньютона
Как известно, любая сила, если она рассматривается как мера взаимодействия физических тел, всегда приложена к какому-нибудь из них. Так и в гравитационном взаимодействии тел друг с другом, каждое из них испытывает такие виды гравитационных сил, которые вызваны влиянием каждого из них. Если тел всего два (предполагается, что действием всех других можно пренебречь), то каждое из них по третьему закону Ньютона будет притягивать другое тело с одинаковой силой. Так Луна и Земля притягивают друг друга, следствием чего являются приливы и отливы земных морей.
Гравитация. Основное и характерное свойство всей материи состоит в том, что между двумя материальными телами всегда осуществляется взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату их расстояния. Масса называется гравитационной массой, когда хочется подчеркнуть, что масса тела определяет интенсивность поля гравитационного притяжения, генерируемого в окружающем пространстве самим телом.
Ньютону, дает основание для движения планет вокруг Солнца и спутников вокруг планет, падения могил на поверхности Земли и поэтому составляет основу всего космическое. Леверьером, основанное на изучении аномалий движения Урано. Однако некоторые другие аномалии не объясняются теорией классов. Наличие массы изменяет метрику окружающего пространства; Это изменение проявляется, например, в том, что в окрестности массовой геодезической не являются прямыми.
Каждая планета в Солнечной системе испытывает сразу несколько сил притяжения со стороны Солнца и других планет. Конечно, определяет форму и размеры ее орбиты именно сила притяжения Солнца, но и влияние остальных небесных тел астрономы учитывают в своих расчетах траекторий их движения.
Что быстрее упадет на землю с высоты?
Главной особенностью этой силы является то, что все объекты падают на землю с одной скоростью, независимо от их массы. Когда-то, вплоть до 16-го ст., считалось, что все наоборот - более тяжелые тела должны падать быстрее, чем легкие. Чтобы развеять это заблуждение Галилео Галилею пришлось выполнить свой знаменитый опыт по одновременному сбрасыванию двух пушечных ядер разного веса с наклонной Пизанской башни. Вопреки ожиданиям свидетелей эксперимента оба ядра достигли поверхности одновременно. Сегодня каждый школьник знает, что это произошло благодаря тому, что сила тяжести сообщает любому телу одно и то же ускорение свободного падения g = 9,81 м/с 2 независимо от массы m этого тела, а величина ее по второму закону Ньютона равна F = mg.
Гравитационные силы на Луне и на других планетах имеют разные значения этого ускорения. Однако характер действия силы тяжести на них такой же.
Сила тяжести и вес тела
Если первая сила приложена непосредственно к самому телу, то вторая к его опоре или подвесу. В этой ситуации на тела со стороны опор и подвесов всегда действуют силы упругости. Гравитационные силы, приложенные к тем же телам, действуют им навстречу.
Представьте себе груз, подвешенный над землей на пружине. К нему приложены две силы: сила упругости растянутой пружины и сила тяжести. Согласно третьему закону Ньютона груз действует на пружину с силой, равной и противоположной силе упругости. Эта сила и будет его весом. У груза массой 1 кг вес равен Р = 1 кг ∙ 9,81 м/с 2 = 9,81 Н (ньютон).
Гравитационные силы: определение
Первая количественная теория гравитации, основанная на наблюдениях движения планет, была сформулирована Исааком Ньютоном в 1687 году в его знаменитых "Началах натуральной философии". Он писал, что силы притяжения, которые действуют на Солнце и планеты, зависят от количества вещества, которое они содержат. Онираспространяются на большие расстояния и всегда уменьшаются как величины, обратные квадрату расстояния. Как же можно вычислить эти гравитационные силы? Формула для силы F между двумя объектами с массами m 1 и m 2 , находящимися на расстоянии r, такова:
- F=Gm 1 m 2 /r 2 ,
где G — константа пропорциональности, гравитационная постоянная.
Физический механизм гравитации
Ньютон был не полностью удовлетворен своей теорией, поскольку она предполагала взаимодействие между притягивающимися телами на расстоянии. Сам великий англичанин был уверен, что должен существовать некий физический агент, ответственный за передачу действия одного тела на другое, о чем он вполне ясно высказался в одном из своих писем. Но время, когда было введено понятие гравитационного поля, которое пронизывает все пространство, наступило лишь через четыре столетия. Сегодня, говоря о гравитации, мы можем говорить о взаимодействии любого (космического) тела с гравитационным полем других тел, мерой которого и служат возникающие между каждой парой тел гравитационные силы. Закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном в вышеприведенной форме, остается верным и подтверждается множеством фактов.
Теория гравитации и астрономия
Она была очень успешно применена к решению задач небесной механики во время XVIII и начале XIX века. К примеру, математики Д. Адамс и У. Леверье, анализируя нарушения орбиты Урана, предположили, что на него действуют гравитационные силы взаимодействия с еще неизвестной планетой. Ими было указано ее предполагаемое положение, и вскоре астрономом И. Галле там был обнаружен Нептун.
Хотя оставалась одна проблема. Леверье в 1845 году рассчитал, что орбита Меркурия прецессирует на 35"" за столетие, в отличие от нулевого значения этой прецессии, получаемого по теории Ньютона. Последующие измерения дали более точное значение 43"". (Наблюдаемая прецессия равна действительно 570""/век, но кропотливый расчет, позволяющий вычесть влияние от всех других планет, дает значение 43"".)
Только в 1915 г. Альберт Эйнштейн смог объяснить это несоответствие в рамках созданной им теории гравитации. Оказалось, что массивное Солнце, как и любое другое массивное тело, искривляет пространство-время в своей окрестности. Эти эффекты вызывают отклонения в орбитах планет, но у Меркурия, как самой малой и ближайшей к нашей звезде планете, они проявляются сильнее всего.
Инерционная и гравитационная массы
Как уже отмечалось выше, Галилей был первым, кто наблюдал, что объекты падают на землю с одинаковой скоростью, независимо от их массы. В формулах Ньютона понятие массы происходит от двух разных уравнений. Второй его закон говорит, что сила F, приложенная к телу с массой m, дает ускорение по уравнению F = ma.
Однако сила тяжести F, приложенная к телу, удовлетворяет формуле F = mg, где g зависит от другого тела, взаимодействующего с рассматриваемым (земли обычно, когда мы говорим о силе тяжести). В обоих уравнений m есть коэффициент пропорциональности, но в первом случае это инерционная масса, а во втором - гравитационная, и нет никакой очевидной причины, что они должны быть одинаковыми для любого физического объекта.
Однако все эксперименты показывают, что это действительно так.
Теория гравитации Эйнштейна
Он взял факт равенства инерционной и гравитационной масс как отправную точку для своей теории. Ему удалось построить уравнения гравитационного поля, знаменитые уравнения Эйнштейна, и с их помощью вычислить правильное значение для прецессии орбиты Меркурия. Они также дают измеренное значение отклонения световых лучей, которые проходят вблизи Солнца, и нет никаких сомнений в том, что из них следуют правильные результаты для макроскопической гравитации. Теория гравитации Эйнштейна, или общая теория относительности (ОТО), как он сам ее назвал, является одним из величайших триумфов современной науки.
Гравитационные силы - это ускорение?
Если вы не можете отличить инерционную массу от гравитационной, то вы не можете отличить и гравитацию от ускорения. Эксперимент в гравитационном поле вместо этого может быть выполнен в ускоренно движущемся лифте в отсутствии гравитации. Когда космонавт в ракете ускоряется, удаляясь от земли, он испытывает силу тяжести, которая в несколько раз больше земной, причем подавляющая ее часть приходит от ускорения.
Если никто не может отличить гравитацию от ускорения, то первую всегда можно воспроизвести путем ускорения. Система, в которой ускорение заменяет силу тяжести, называется инерциальной. Поэтому Луну на околоземной орбите также можно рассматривать как инерциальную систему. Однако эта система будет отличаться от точки к точке, поскольку изменяется гравитационное поле. (В примере с Луной гравитационное поле изменяет направление из одной точки в другую.) Принцип, согласно которому всегда можно найти инерциальную систему в любой точке пространства и времени, в которой физика подчиняется законам в отсутствии гравитации, называется принципом эквивалентности.
Гравитация как проявление геометрических свойств пространства-времени
Тот факт, что гравитационные силы можно рассматривать как ускорения в инерциальных системах координат, которые отличаются от точки к точке, означает, что гравитация - это геометрическое понятие.
Мы говорим, что пространство-время искривляется. Рассмотрим мяч на плоской поверхности. Он будет покоиться или, если нет никакого трения, равномерно двигаться при отсутствии действия каких-либо сил на него. Если поверхность искривляется, мяч ускорится и будет двигаться до самой низкой точки, выбирая кратчайший путь. Аналогичным образом теория Эйнштейна утверждает, что четырехмерное пространство-время искривлено, и тело движется в этом искривленном пространстве по геодезической линии, которой соответствует кратчайший путь. Поэтому гравитационное поле и действующие в нем на физические тела гравитационные силы - это геометрические величины, зависящие от свойств пространства-времени, которые наиболее сильно изменяются вблизи массивных тел.
