21.1. قانون الجاذبية العالميةنيوتن
تفاعلات الجاذبية متأصلة في جميع الأجسام المادية (الشكل 111).
أرز. 111
القانون الذي يصف هذه القوى، والذي اكتشفه نيوتن ونشر عام 1687، كان يسمى قانون الجاذبية العالمية: اثنان النقاط الماديةتنجذب بقوى تتناسب مع حاصل ضرب كتل هذه النقاط وعكسًا مع مربع المسافة بين النقاط وموجهة على طول الخط المستقيم الذي يربط هذه النقاط: 
وبما أن القوة كمية ناقلات، فإن الصيغة التي تحدد قوة الجذب يجب أن تعطى بشكل متجه.
للقيام بذلك، نقدم المتجه ص 12، ربط النقاط 1
و 2
(الشكل 112). 
أرز. 112
ومن ثم يمكن كتابة قوة الجذب المؤثرة على الجسم الثاني على الصورة 
في الصيغ (1)، (2)، يسمى معامل التناسب ب ثابت الجاذبية. ولا يمكن العثور على قيمة هذه الكمية من الآخرين القوانين الفيزيائيةوتحديدها تجريبيا. القيمة العدديةيعتمد ثابت الجاذبية على اختيار نظام الوحدات، لذا فهو يساوي في النظام الدولي للوحدات: 
تم قياس ثابت الجاذبية لأول مرة تجريبيًا بواسطة الفيزيائي الإنجليزي هنري كافنديش. وفي عام 1798، قام ببناء ميزان الالتواء واستخدمه لقياس قوة الجذب بين كرتين، مما يؤكد قانون الجاذبية العالمية؛ تحديد ثابت الجاذبية والكتلة و متوسط الكثافةأرض.
إن مسألة طبيعة تفاعل الجاذبية معقدة للغاية. I. أعطى نيوتن نفسه إجابة مقتضبة على هذا السؤال: "أنا لا أخترع فرضيات"، وبالتالي رفض حتى مناقشة هذا الموضوع. ويكفي أن قانون الجاذبية العالمية درجة عاليةيصف بدقة تفاعل الجاذبية. نجاحات هائلة الميكانيكا النيوتونيةلما يقرب من قرنين من الزمان تم تحديد نهج مماثل للجميع مسبقًا العلم الفيزيائيليس فقط الميكانيكا: يكفي اكتشاف القوانين التي تصفها بشكل صحيح والعثور عليها الظواهر الفيزيائية، وتعلم كيفية تطبيقها الوصف الكميهذه الظواهر.
وهكذا، في دراسة الجاذبية، كان يعتقد أنه بطريقة غير مفهومة يمكن لجسم أن يؤثر على جسم آخر، وينتقل هذا التأثير على الفور، أي أن التغيير في موضع أحد الأجسام يغير على الفور القوى المؤثرة على الأجسام الأخرى بغض النظر عن المسافة التي تتواجد فيها هذه الأجسام . هذا النهج العامإلى الشخصية التفاعلات الجسديةتسمى نظرية العمل بعيد المدى. امتدت وجهة نظر مماثلة لتفاعلات الأجسام إلى الكهرباء و الظواهر المغناطيسية، والتي تم إجراء دراستها بنشاط خلال القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. فقط في الثلاثينيات السنوات التاسعة عشرةقرن فيزيائي إنجليزيم. فاراداي ل التفاعلات الكهرومغناطيسيةتمت صياغة الأحكام الرئيسية النظرية البديلةتفاعل قصير المدى: لنقل التفاعل، لا بد من وجود “وسيط”، وهو وسط معين ينقل هذه التفاعلات؛ يتطلب ذلك أن التفاعلات نفسها لا يمكن أن تنتقل على الفور وقت محددمن أجل أن "تشعر" الهيئات الأخرى المتفاعلة بالتغيير في موضع أحد الأجسام. في بداية القرن العشرين عالم فيزياء ألمانيبنى أ. أينشتاين نظرية جديدة للجاذبية - النظرية النسبية العامة. وفي إطار هذه النظرية، يتم شرح تفاعلات الجاذبية بالطريقة الآتية: كل جسم له كتلة يغير خصائص الزمكان حول نفسه (يخلق مجال جاذبية)، بينما تتحرك الأجسام الأخرى في هذا الزمكان المتغير (في مجال الجاذبية)، مما يؤدي إلى ظهور قوى يمكن ملاحظتها، والتسارع، الخ. ومن هذا المنظور، فإن عبارة "في مجال الجاذبية" تعادل عبارة "تعمل قوى الجاذبية".
وسننتقل إلى هذه الأسئلة لاحقًا عند دراسة المجال الكهرومغناطيسي.
إن أكثر ما يلفت الانتباه في ظاهرة الجاذبية هو أن قوى الجاذبية تتناسب طرديا مع كتل الأجسام. في الواقع، تحدثنا سابقًا عن الكتلة كمقياس لقصور الجسم. اتضح أن الكتلة تحدد أيضًا خاصية مختلفة جذريًا للأجسام المادية - فهي مقياس للقدرة على المشاركة في تفاعلات الجاذبية. لذلك، يمكننا التحدث عن كتلتين - القصور الذاتي والجاذبية. ينص قانون الجذب العام على أن هذه الكتل متناسبة مع بعضها البعض. لقد تم تأكيد هذا البيان منذ فترة طويلة حقيقة معروفة: جميع الأجسام تسقط على الأرض بنفس التسارع. جربت مع دقة عاليةتم تأكيد تناسب كتل الجاذبية والقصور الذاتي في أعمال الفيزيائي المجري لوراند إيوتفوس. وفي وقت لاحق، شكل التناسب بين كتل القصور الذاتي والجاذبية الأساس نظرية جديدةالجاذبية - النظرية العامةالنسبية لآينشتاين.
وفي الختام نلاحظ أنه يمكن استخدام قانون الجاذبية العامة كأساس لتحديد وحدة الكتلة (الجاذبية بالطبع). على سبيل المثال: أجسام نقطية للوحدة كتلة الجاذبية، الواقعة على مسافة متر واحد، تنجذب بقوة واحدة ن.
تكليف ل عمل مستقل : تحديد كتلتي جسمين نقطيين يقعان على مسافة 1.0 ممن بعضها البعض والتفاعل مع القوة 1.0 ن.
بالنسبة لقوى الجاذبية، يكون مبدأ التراكب صالحًا: القوة المؤثرة على جسم نقطي من عدة أجسام أخرى تساوي مجموع القوى المؤثرة من كل جسم. يعد هذا البيان أيضًا تعميمًا للبيانات التجريبية وخاصية أساسية لتفاعلات الجاذبية.
دعونا نلقي نظرة على مبدأ التراكب من وجهة نظر رياضية: وفقا لقانون الجاذبية العالمية، فإن قوة تفاعل الجاذبية تتناسب مع كتلة هذه الأجسام. إذا كان الاعتماد على الكتل غير خطي، فلن ينطبق مبدأ التراكب. في الواقع، السماح لجسم من الكتلة شهريتفاعل مع جسمين نقطيين مع الكتل م 1و م 2. دعونا نضع الجثث عقليا م 1و م 2إلى نقطة واحدة (فيمكن اعتبارهما جسدًا واحدًا). في هذه الحالة، القوة المؤثرة على الجسم شهر، مساوي ل:
يتم تقديمه على أنه مجموع القوى المؤثرة على جزء من جسمين - م 1و م 2.
في حالة وجود علاقة غير خطية بين القوة والكتلة، فإن مبدأ التراكب لن يكون صالحًا.
إن قانون الجذب العام للأجسام النقطية ومبدأ التراكب يجعل من الممكن، من حيث المبدأ، حساب قوى التفاعل بين الأجسام ذات الأحجام المحدودة (الشكل 113). 
أرز. 113
وللقيام بذلك، من الضروري تقسيم كل جسد عقليًا إلى أقسام صغيرة، يمكن اعتبار كل منها بمثابة نقطة مادية. ثم احسب المجموع المزدوج لقوى التفاعل بين جميع أزواج النقاط. في الحالة العامةحساب مثل هذا المبلغ هو مشكلة رياضية معقدة.
ونؤكد على أن قوة التفاعل بين الأجسام ذات الأحجام المحدودة لا يتم حسابها إلا بطريقة تفتيت الأجسام والجمع اللاحق. ومن الخطأ القول بأن قوة التفاعل بين الأجسام يمكن حسابها على أنها قوة التفاعل، يساوي القوةتفاعلات الأجسام النقطية الموجودة في مراكز الكتلة. لتأكيد هذا البيان، فكر في مثال بسيط.
ليعتبر أحد الأجسام المتفاعلة نقطة كتلة مادية شهرويمكن تمثيل الجسم الثاني كنقطتين ماديتين كتل متساوية م، تقع على مسافة ثابتة من بعضها البعض (الشكل 114). 
أرز. 114
جميع نقاط المادة تقع على نفس الخط المستقيم، ويرمز للمسافة من الجسم الأول إلى مركز الجسم الثاني بالرمز ص. قوة الجذب المؤثرة على الجسم شهر، مساوي ل: 
إذا قمنا بربط نقاط المادة التي يتكون منها الجسم الثاني في كتلة واحدة 2 مالموجودة في وسط الجسم فإن قوة التفاعل ستكون مساوية لـ: 
وهو مختلف عن التعبير (٣). فقط عندما ص >> أالتعبير (3) يدخل في الصيغة (2). لاحظ أنه في هذه الحالة ينبغي اعتبار الجسد الثاني بمثابة نقطة مادية.
سوكول كوتيلوفسكي أو.إل.
حول قوى تفاعل الجاذبية
إذا سألت أي طالب أو أستاذ في أقسام الفيزياء أو الميكانيكا والرياضيات في أي جامعة عن قوى تفاعل الجاذبية، والتي تبدو أنها الأكثر دراسة من بين جميع تفاعلات القوى المعروفة، فكل ما يمكنهم فعله هو كتابة صيغ للقوة النيوتونية وللقوة النيوتونية. قوة الطرد المركزي، والتي سوف يتذكرون قوة كوريوليس غير المفهومة ووجود بعض القوى الجيروسكوبية الغامضة. وكل هذا على الرغم من أنه يمكن الحصول على كل قوى الجاذبية منها المبادئ العامةالفيزياء الكلاسيكية.
1. ما يعرف عن قوى الجاذبية
1.1. ومن المعروف أن القوة الناشئة بين الأجسام في تفاعل الجاذبيةتتناسب طرديا مع كتلة هذه الأجسام وعكسيا مع مربع المسافة بينهما (قانون الجاذبية العامة أو قانون نيوتن):
| , | (1) |
أين ز" 6.6720H 10 -11 LF م 2H كجم -2 - ثابت الجاذبية، م, م- جماهير الهيئات المتفاعلة و ص- أقصر مسافة بين مراكز كتلة الأجسام المتفاعلة. بافتراض أن الجسم له كتلة معلى المسافة صيخلق مجال تسارع الجاذبية الموجه نحو مركز الكتلة،
القوة (1) المؤثرة على جسم له كتلة م، ويتم تقديمها أيضًا في النموذج:
حيث w هي السرعة الزاوية لدوران الجسم حول محور لا يمر بمركز كتلة الجسم، الخامس
– سرعة الحركة المستقيمة للجسم و ص
– ناقل شعاعي يربط محور الدوران بالجسيم أو بمركز كتلة الجسم الدوار. الحد الأول يقابل قوة الجاذبية (1)، والحد الثاني في الصيغة (3) يسمى قوة كوريوليس، والحد الثالث يسمى القوة الطاردة المركزية. تعتبر قوة كوريوليس والقوة الطاردة المركزية وهميتين، اعتماداً على النظام المرجعي، وهو ما يتعارض تماماً مع التجربة والمفاهيم الأولية. الفطرة السليمة. كيف يمكن اعتبار القوة وهمية إذا كانت قادرة على الأداء؟ وظيفة حقيقية؟ ومن الواضح أن هذه ليست وهمية القوة البدنيةوالمعارف والأفكار المتوفرة حاليًا حول هذه القوى.
أصل معامل عددي"2" في قوة كوريوليس أمر مشكوك فيه، حيث تم الحصول على هذا المعامل للحالة التي تتزامن فيها السرعة اللحظية لنقاط الجسم في إطار مرجعي دوار مع سرعة جسم متحرك أو موجهة ضده، أي مع الاتجاه الشعاعي لقوة كوريوليس. الحالة الثانية، عندما تكون سرعة الجسم متعامدة سرعة لحظيةنقاط النظام المرجعي الدوار، لا تعتبر. وفقا للطريقة الموضحة في، فإن حجم قوة كوريوليس في الحالة الثانية هو يساوي الصفر، بينما بالنسبة للزاوي و سرعات خطيةينبغي أن تكون هي نفسها.
1.3. السرعة الزاوية هي ناقل محوري، أي أنها تتميز بقيمة معينة ويتم توجيهها على طول محور واحد محدد. علامة الاتجاه السرعة الزاويةتحددها قاعدة المسمار الصحيح. يتم تعريف السرعة الزاوية للدوران على أنها التغير في زاوية الدوران لكل وحدة زمنية، ω( ر)=¶
φ/¶
ر. في هذا التعريف φ( ر) – وظيفة دوريةالوقت مع فترة 2π راديان. وفي الوقت نفسه، السرعة الزاوية وظيفة عكسيةوقت. وهذا يتبع، على وجه الخصوص، من بعده. ولهذه الأسباب مشتقة السرعة الزاوية بالنسبة للزمن: ¶ ω /¶ ر=-ω 2 .
المشتق الزمني للسرعة الزاوية يتوافق مع المتجه المحوري التسارع الزاوي. وفقا للتعريف التقليدي الوارد في المادية القاموس الموسوعي، يتم توجيه المتجه المحوري للتسارع الزاوي على طول محور الدوران، في نفس اتجاه السرعة الزاوية إذا كان الدوران متسارعًا، وضد السرعة الزاوية إذا كان الدوران بطيئًا.
2. قوى الجاذبية المؤثرة على مركز كتلة الجسم
الجاذبية و القوى الميكانيكيةتختلف عن بعضها البعض في طبيعة التفاعل: أثناء تفاعل "الاتصال" بين الأجسام، تنشأ قوى ميكانيكية، وأثناء تفاعل الجاذبية عن بعد بين الأجسام، تنشأ قوى الجاذبية.
2.1. دعونا نحدد جميع قوى الجاذبية المؤثرة على مركز كتلة الجسم المادي. تدوير الجسم حوله المحور الخاص، مروراً بمركز كتلتها، لن نأخذها بعين الاعتبار في الوقت الحالي. من المعروف من المبادئ العامة للميكانيكا أن القوة تنشأ عندما يتغير الزخم اللحظي لجسم ما. دعنا نقوم به بطريقة مماثلةكما هو الحال في تحديد القوى المرتبطة بها حركة مستقيمةالجسم، وعند تحديد القوى المرتبطة بدورانه بالنسبة للمحور الخارجي:
أو في شكل موسع:
أين ص
=ص·[ كوس(ω ر)· س
+ الخطيئة(ω ر)· ذ
], س
و ذ
- متجهات الوحدات في اتجاه محاور الإحداثيات المقابلة، ص– وحدة ناقلات شعاعية ص
, ص
1
=ص
/ ص- متجه الوحدة في اتجاه المتجه الشعاعي ص
, ر- الوقت ومحور الإحداثيات ض
يتزامن مع محور الدوران. حجم مشتق وحدة المتجهات ص
1
بالوقت، ¶ ص
1 /¶ ر=ω· ص
1^ حيث ص
1^ – متجه الوحدة يقع في مستوى الدوران ومتعامد مع المتجه الشعاعي ص
(رسم بياني 1).
انتبه على التغييرات المحتملةالمتجه الشعاعي، وفقا للمعادلة (7)، تأخذ الصيغة (6) الشكل:
| . | (8) |
أرز. 1. الترتيب المتبادلناقلات شعاعي ص
، السرعة الزاوية ω
وسرعة لحظية الخامس
مكتلة الجسم م,
في نظام الإحداثيات ( س, ذ, ض) مع توجيه محور الدوران على طول المحور ض. حتى النصر ص
1 =ص
/r متعامد حتى النصر ص
1^
.
2.2. جميع القوى المتضمنة في المعادلة (8) متساوية ومجموعها حسب قاعدة جمع المتجهات. يمكن تمثيل مجموع القوى (8) بأربعة مصطلحات:
F ز= F أ+F ω1 + F ω2 + F ω3.
قوة F
أيحدث عندما يكون مستقيما حركة متسارعةالجسم أو أثناء تفاعل الجاذبية الساكن لجسم مع جسم آخر. قوة F
ω1 يتوافق مع قوة كوريوليس للحالة عندما الجسم المادييتحرك في نظام دوار في الاتجاه الشعاعي (على طول نصف قطر الدوران). يتم توجيه هذه القوة نحو أو ضد السرعة اللحظية للجسم. قوة F
ω2 هي القوة المؤثرة على أي نقطة من الجسم الدوار. وتسمى قوة الطرد المركزي، ولكن نفس القوة تسمى قوة كوريوليس إذا تحرك جسم في نظام دوار في اتجاه السرعة اللحظية دون تغيير نصف قطر الدوران. قوة F
يتم توجيه ω2 دائمًا شعاعيًا. نظرا للمساواة ¶ ص
1 /¶ ر=ω· ص
1^، واتجاه المتجه الناتج منتج ناقلاتنجد أنه عندما تدور كل نقطة من نقاط الجسم بسرعة زاوية ω
هناك قوة تعمل عليها F
ω2 = م·ω 2 · ص
، والذي يتطابق مع قوة الطرد المركزي في الصيغة (3).
قوة F
ω3 هي قوة القصور الذاتي حركة دورانية. تنشأ قوة القصور الذاتي للحركة الدورانية عندما تتغير السرعة الزاوية للنظام الدوار والأجسام المرتبطة به ويتم توجيهها على طول متجه السرعة اللحظية للجسم عند دو/دت<0 и против вектора мгновенной скорости тела при دو/دت>0. يحدث هذا فقط أثناء العمليات العابرة، ومع الدوران المنتظم للجسم، تكون هذه القوة غائبة. اتجاه قوة الجاذبيةالقصور الدوراني
 |
(9) |
يظهر في الشكل. 2. هنا ص - متجه شعاعي يربط محور الدوران بمركز كتلة الجسم الدوار على طول أقصر مسار، ω - المتجه المحوري للسرعة الزاوية.
أرز. 2.اتجاه قوة الجاذبية للقصور الذاتي للحركة الدورانية، ف ω3,
عند نقل جسم من النقطة 1 إلى النقطة 2 عند dw /
dt<0; ص
- ناقل شعاعي ,
ربط محور الدوران بمركز كتلة الجسم المتحرك؛ إف تي
– قوة الجذب أو قوة شد الحبل . لا تظهر قوة الطرد المركزي.
مجموع المتجهات للقوى F
ω1 و F
ω2 تخلق قوة محصلة (قوة كوريوليس F
ك) عندما يتحرك جسم في اتجاه عشوائي في نظام دوار:
3.
قوى الجاذبية والميكانيكية الناشئة عند دوران محور دوران الجسم
لتحديد جميع قوى الجاذبية التي تعمل ليس فقط على مركز الكتلة، ولكن أيضًا على أي نقطة أخرى من الجسم المادي، بما في ذلك تلك التي تنشأ عندما يدور محور دوران هذا الجسم حول محور آخر، من الضروري العودة إلى الصيغة (5) ).
تظل الصيغة العامة لجميع قوى الجاذبية والميكانيكية التي تم الحصول عليها سابقًا سارية المفعول، ولكن حتى الآن كانت جميع القوى التي تم الحصول عليها تعتبر مطبقة على مركز كتلة الجسم. لم يؤخذ في الاعتبار تأثير دوران محور الدوران على نقاط معينة من الجسم لا تتطابق مع مركز الكتلة. ومع ذلك، فإن الصيغة (5)، التي تم الحصول عليها مسبقًا من المبادئ العامة للميكانيكا، تحتوي على جميع القوى المؤثرة على أي نقطة في الجسم الدوار، بما في ذلك القوى الناشئة أثناء الدوران المكاني لمحور دوران الجسم. لذلك، من الصيغة (5) يمكن استخلاص معادلة بشكل صريح للقوة المؤثرة على نقطة عشوائية لجسم مادي دوار عندما يدور محور دورانه خلال زاوية معينة في الفضاء. وللقيام بذلك نقدم المعادلة (5) بالصيغة التالية:
| (12) |
اين ره ث Ѕ
– وحدة المتجهات ر ث
، أ ( ر ث
) 1 – متجه الوحدة موجه على طول المتجه ر ث
. كما هو موضح، المشتق الزمني للمتجه ر ث
وعندما تتغير قيمة هذا المتجه فإنه يعطي قوى الجاذبية والدوران الميكانيكي، والتي يتم الحصول منها على قوة الطرد المركزي وقوة كوريوليس وقوة القصور الذاتي الدوراني:
حيث الحد الخامس هو القوة، أو بمعنى أدق هي مجموعة القوى التي تنشأ أثناء الدوران المكاني لمحور دوران جسم عند جميع نقاط هذا الجسم، وتعتمد القوة التي تنشأ عند كل نقطة على موقع هذه النقطة. باختصار، يمكن تمثيل المجموع الإجمالي لجميع قوى الجاذبية على النحو التالي:
 ,
|
(15) |
أين واو
– قوة نيوتن مع ناقل تسارع الجاذبية أ
, مهاجم
1 – مهاجم
3 – قوى الحركة الدورانية مع متجه الجاذبية للسرعة الزاوية w و e مهاجم دبليو اي
– مجموعة القوى التي تنشأ عند دوران محور دوران الجسم بشكل عام نالنقاط التي ينقسم إليها الجسم بالتساوي.
دعونا نقدم الحد الخامس في شكل موسع. بحكم التعريف، ناقلات شعاعي ص
متعامد مع متجه السرعة الزاوية w، وبالتالي حجم المتجه ر ث
يساوي ناتج معاملات المتجهات المكونة لها:
المشتق الزمني لمتجه الوحدة ( ر ث
) 1 عند تغيير الاتجاه بزاوية j يعطي متجه وحدة آخر، r 1، يقع بالتوازي مع مستوى الدوران S ( س، ض) ومتعامد مع المتجه ر ث
(تين. 3). علاوة على ذلك، كعامل، فإن معامله يساوي عدديًا المشتق الزمني لزاوية الدوران، W =¶ ي /¶ ر:
 .
|
(16) |
حيث أنه عند دوران محور الدوران تكون حركة نقاط الجسم المادي ثلاثية الأبعاد، ويحدث دوران المحور في مستوى معين S ( س، ض)، فإن وحدة متجه الوحدة بالنسبة لمستوى الدوران ليست ثابتة، وأثناء الدوران تختلف من صفر إلى واحد. لذلك، عند التمييز بين متجه الوحدة هذا، يجب أن يؤخذ حجمه بالنسبة إلى المستوى الذي يحدث فيه دوران متجه الوحدة هذا في الاعتبار. طول متجه الوحدة ( ر ث
) 1 نسبة إلى مستوى الدوران S ( س، ض) هو إسقاط متجه الوحدة هذا على مستوى الدوران. مشتق من متجه الوحدة ( ر ث
) 1 في مستوى الدوران S ( س، ض) يمكن تمثيلها على النحو التالي:
 ,
|
(17) |
حيث a هي الزاوية بين المتجه ر ث
ومستوى الدوران S ( س، ض).
القوة المؤثرة على أي نقطة من الجسم الدوار عند تدوير محور دورانه لا تنطبق على مركز كتلة هذا الجسم، ولكن مباشرة على كل نقطة معينة. ولذلك يجب تقسيم الجسم إلى عدة نقاط، ويفترض أن لكل نقطة كتلة م ط. تحت كتلة نقطة معينة من الجسم م ط، تعني الكتلة المركزة في حجم صغير نسبة إلى الجسم بأكمله السادسلذا:
في حالة كثافة الجسم المنتظمة r، تكون الكتلة، ونقطة تطبيق القوة هي مركز كتلة الحجم المحدد السادسيشغلها جزء من جسم مادي له كتلة م ط. القوة المؤثرة على أنا- تلك النقطة من الجسم الدوار عند دورانه حول محور دورانه تأخذ الشكل التالي:
| , | (18) |
أين م ط- كتلة نقطة معينة من الجسم، ص طهي أقصر مسافة من نقطة معينة (التي يتم عندها تحديد القوة) إلى محور دوران الجسم، w هي السرعة الزاوية لدوران الجسم، W هي وحدة السرعة الزاوية لدوران محور الدوران، a هي الزاوية بين المتجه ر ث ومستوى الدوران S ( س، ض) ، و r 1 هو متجه وحدة موجه بالتوازي مع مستوى الدوران ومتعامد مع متجه السرعة اللحظية ر ث .
أرز. 3.اتجاه القوة مهاجم دبليو
والذي يحدث عندما يدور محور دوران الجسم في المستوى S (س، ض)مع سرعة الدوران الزاوية W . عند هذه النقطة أمع ناقل نصف القطر المنبثق من النقطة معمحور الدوران، القوة مهاجم دبليو
=0; عند هذه النقطة بمع ناقل نصف قطر ينبثق من مركز الجسم، القوة مهاجم دبليو
لديه قيمة قصوى.
مجموع القوى (18) المؤثرة على كل شيء نالنقاط التي ينقسم إليها الجسم بالتساوي،
 |
(19) |
يخلق لحظة من القوى التي تدور الجسم في المستوى Y ( ذ، ض) ، متعامد مع مستوى الدوران S ( س، ض) (الشكل 4).
من خلال التجارب على الأجسام الدوارة، أصبح وجود القوى (19) معروفًا، لكن لم يتم تعريفها بوضوح. على وجه الخصوص، في نظرية الجيروسكوب، تسمى القوى المؤثرة على دعامات الجيروسكوب بالقوى "الجيروسكوبية"، ولكن لم يتم الكشف عن أصل هذه القوى الفيزيائية. في الجيروسكوب، عندما يدور محور دورانه، تؤثر القوة (18) على كل نقطة من الجسم، والتي تم الحصول عليها هنا من المبادئ العامة للفيزياء الكلاسيكية ويتم التعبير عنها كميًا في شكل معادلة محددة.
يترتب على خاصية التناظر أن كل نقطة من الجسم تتوافق مع نقطة أخرى تقع بشكل متماثل بالنسبة لمحور الدوران، حيث تعمل قوة بنفس الحجم، ولكن لها الاتجاه المعاكس (18). إن العمل المشترك لمثل هذه الأزواج المتماثلة من القوى عند تدوير محور جسم دوار يخلق لحظة قوة تدور هذا الجسم في المستوى الثالث Y ( ذ، ض) ، وهو متعامد مع مستوى الدوران S ( س، ض) والطائرات L (س، ص)، وفيها يحدث دوران نقاط الجسم:
| . | (20) |
أرز. 4. ظهور لحظة قوة تحت تأثير أزواج من القوى في نقاط من الجسم تقع بشكل متناظر بالنسبة لمركز الكتلة. 1 و 2 - نقطتان متماثلتان لجسم يدور بسرعة زاوية ث، حيث عندما يدور محور دوران الجسم بسرعة زاوية ث، تنشأ قوى متساوية الحجم مهاجم دبليو
1 و مهاجم دبليو
2 على التوالي.
في هذه الحالة، بالنسبة لمتجهات الوحدة للسرعات الزاوية التي تميز اتجاهها، عند أي نقطة من نقاط الجسم التي لا تتطابق مع مركز التماثل (مركز الكتلة)، يتم استيفاء هوية المتجه:
| , | (21) |
حيث Q 1 هو المتجه المحوري لوحدة السرعة الزاوية الناشئة في لحظة عمل القوة (18)، w 1 هو المتجه المحوري لوحدة السرعة الزاوية لدوران الجسم و W 1 هو المتجه المحوري للوحدة للسرعة الزاوية السرعة الزاوية لمحور الدوران (الشكل 2). بما أن محور الدوران، الذي يتزامن مع متجه السرعة الزاوية للدوران W، يكون دائمًا متعامدًا مع محور الدوران، ويتوافق مع متجه السرعة الزاوية لدوران الجسم، w، فإن متجه السرعة الزاوية Q يكون دائمًا متعامدًا إلى المتجهات w و W :.
من خلال تدوير نظام الإحداثيات في الفضاء، يمكن دائمًا تقليل مشكلة إيجاد القوة (18) إلى حالة مشابهة لتلك التي تم تناولها في الشكل. 3. فقط اتجاه المتجه المحوري للسرعة الزاوية w واتجاه المتجه المحوري لسرعة دوران محور الدوران W يمكن أن يتغير، ونتيجة لتغيرهما، يمكن أن يتغير إلى الاتجاه المعاكس اتجاه القوة مهاجم دبليو
.
يمكن إيجاد العلاقة بين القيم المطلقة للسرعات الزاوية أثناء الدوران الحر للجسم على طول ثلاثة محاور متعامدة بشكل متبادل من خلال تطبيق قانون الحفاظ على طاقة الحركة الدورانية. في أبسط الحالات، لجسم متجانس الكتلة معلى شكل كرة ذات نصف قطر صلدينا:
,
حيث نحصل على:
.
4. المجموع الكلي لقوى الجاذبية والميكانيكية الأولية المؤثرة على الجسم
4.1. مع الأخذ في الاعتبار القوى (19) الناشئة عندما يدور محور دوران الجسم، فإن المعادلة الكاملة لمجموع كل قوى الجاذبية المؤثرة على أي نقطة من جسم مادي تشارك في الحركة المستقيمة والدورانية، بما في ذلك الدوران المكاني لدورانها المحور له الشكل التالي:
 |
(22) |
أين أ
– ناقل التسارع المستقيم للجسم ذو الكتلة م, ص
- ناقل شعاعي يربط محور دوران الجسم بنقطة تطبيق القوة، ص– وحدة ناقلات شعاعية ص
,ص
1 – متجه الوحدة يتوافق في الاتجاه مع متجه نصف القطر ص
، ث – السرعة الزاوية لدوران الجسم، S ره ث Ѕ
- حجم متجه السرعة اللحظية ر ث
, (ر ث
) 1- متجه الوحدة يتطابق في الاتجاه مع المتجه ر ث
, ص
1^ – متجه الوحدة الموجود في مستوى الدوران ومتعامد مع المتجه ص
1, W – وحدة السرعة الزاوية لدوران محور الدوران, r 1 – ناقل الوحدة الموجه بالتوازي مع مستوى الدوران والمتعامد مع ناقل السرعة اللحظية ر ث
، أ – الزاوية بين المتجه ر ث
ومستوى الدوران، م ط- وزن أنا- تلك النقطة من الجسم تتركز في حجم صغير من الجسم السادس، ومركزها هو نقطة تطبيق القوة، و ن– عدد النقاط التي ينقسم إليها الجسم . في الصيغة (22) للقوى الثانية والثالثة والرابعة يمكن أخذ الإشارة موجبة، لأن هذه القوى في الصيغة العامة تقع تحت علامة القيمة المطلقة. يتم تحديد علامات القوى مع الأخذ في الاعتبار اتجاه كل قوة محددة. باستخدام القوى المضمنة في الصيغة (22)، من الممكن وصف الحركة الميكانيكية لأي نقطة في جسم مادي أثناء تحركها على طول مسار عشوائي، بما في ذلك الدوران المكاني لمحور دورانها.
4.2. لذلك، في تفاعل الجاذبية لا يوجد سوى خمس قوى فيزيائية مختلفة تؤثر على مركز الكتلة وعلى كل نقطة من نقاط الجسم المادي أثناء الحركة الانتقالية والدورانية لهذا الجسم، ويمكن لواحدة فقط من هذه القوى (قوة نيوتن) التأثير على جسم ساكن من جهة جسم آخر . إن معرفة جميع قوى تفاعل الجاذبية تجعل من الممكن فهم سبب استقرار الأنظمة الميكانيكية الديناميكية (على سبيل المثال، الكواكب)، ومع مراعاة القوى الكهرومغناطيسية، لتفسير استقرار الذرة.
الأدب:
1. Landau L. D., Akhiezer A. I., Lifshits E. M. دورة في الفيزياء العامة. الميكانيكا والفيزياء الجزيئية. م: ناوكا، 1969.
2. سافيليف آي.في. دورة الفيزياء العامة. T.1. علم الميكانيكا. الفيزياء الجزيئية. الطبعة الثالثة، مراجعة. م: ناوكا، 1987.
3. سوكول كوتيلوفسكي أو.إل. قوى الجاذبية والكهرومغناطيسية. ايكاترينبرج، 2005
سوكول-كوتيلوفسكي، حول قوى التفاعل الجاذبية // "أكاديمية التثليث"، م، العدد 77-6567، النشرة 13569، 18.07.2006
مقدمة
1. رحلة قصيرة إلى تطور نظرية الجاذبية
2. عن طبيعة قوى الجاذبية
3. ملامح تفاعل الجاذبية
خاتمة
فهرس
طلب
مقدمة
تقول إحدى بديهيات العلم الحديث: أي كائنات مادية في الكون مترابطة بواسطة قوى الجاذبية العالمية. بفضل هذه القوى، تتشكل وتوجد الأجرام السماوية - الكواكب والنجوم والمجرات وMetagalaxy ككل. يتم تحديد شكل وبنية هذه الأجسام والأنظمة المادية، وكذلك الحركة النسبية والتفاعل، من خلال التوازن الديناميكي بين قوى جاذبيتها وقوى القصور الذاتي للجماهير.
يشعر الإنسان طوال حياته بجاذبية جسده والأشياء التي عليه رفعها. ومع ذلك، قبل قرن ونصف من نيوتن وهوك، كتب العالم البولندي الشهير نيكولاس كوبرنيكوس عن الجاذبية: "الجاذبية ليست أكثر من رغبة طبيعية وهبها أبو الكون لجميع الجسيمات، وهي الاتحاد في كل واحد مشترك". وتكوين أجسام كروية." . أعرب علماء آخرون عن أفكار مماثلة. مكنت صيغ قانون الجاذبية التي اكتشفها نيوتن وهوك من حساب مدارات الكواكب بدقة كبيرة وإنشاء أول نموذج رياضي للكون. إن مسألة ما إذا كان العالم من حولنا موجودًا من تلقاء نفسه أم أنه نتاج نشاط العقل (ينتمي إلى كائن أعلى أو إلى كل فرد محدد) هو جوهر السؤال الرئيسي للفلسفة، والذي تمت صياغته بشكل كلاسيكي في الشكل من معضلة حول أولوية المادة أو الوعي. الأشياء الطبيعية من حولنا لها بنية داخلية، أي. وهي بدورها تتكون من أشياء أخرى (تتكون التفاحة من خلايا من الأنسجة النباتية، والتي تتكون من جزيئات، وهي عبارة عن مجموعات من الذرات، وما إلى ذلك). في هذه الحالة، تنشأ بشكل طبيعي مستويات تنظيم المادة ذات التعقيد المتفاوت: الكونية، الكوكبية، الجيولوجية، البيولوجية، الكيميائية، الفيزيائية.
هل يؤثر توزيع كل المادة في الكون على سير العمليات الفيزيائية؟ هل هناك أي علاقة بين تفاعل الجاذبية ومبدأ عدم اليقين؟ وبطبيعة الحال، في الفيزياء الحديثة هناك أسئلة أخرى لم تتم الإجابة عليها بعد.
جاذبيةهناك تفاعل من خلال تبادل النبضات بين الأنظمة المادية التي تتحرك في اتجاهات مختلفة.
ملامح تفاعل الجاذبيةيمكن فهمها من خلال دراسة ديناميكيات نظام الجاذبية الأكثر ملاءمة - كوكب الأرض، بناءً على وحدة القوانين التي تعمل في أي مجال من مجالات الواقع المادي. لكن من الضروري دراسة ديناميكيات الأرض كنظام نشط (حي) ثنائي القطب، وليس كنموذج رياضي مجرد متجانس، وإن كان متماثل الطبقات. ترجع قطبية قوى الجاذبية إلى العوامل التالية.
1. عالمية قوى الجاذبية في الطبيعة. في الواقع المادي لا توجد تفاعلات أخرى باستثناء الجاذبية.
2. مرة أخرى في 1936-1937، تم الحصول على إمكانية توزيع الكثافة من قبل بولين، ولكن تم اعتبارها غير مقبولة.
3. وجود تناقض لا لبس فيه بين الضغوط القصوى المتوقعة في مركز الأرض والحد الأدنى الحالي للجاذبية - وهو السبب الوحيد (وفقا للفيزياء الكلاسيكية) لحدوث الضغوط العالية.
4. يمكن أن تكون مؤشرات تخفيف الضغط عن الأصداف الداخلية هي الزيادة في الانتفاخ الاستوائي الحقيقي للكوكب (70 م) والتناقض بين تدرجات الجاذبية الطبيعية المرتبطة بالفرق بين نصف القطر الاستوائي والقطبي.
5. حتى الآن، لم يتم تسجيل الموجات الزلزالية المستعرضة التي تمر عبر النواة الداخلية.
6. تقييمات الحالة الفيزيائية للمادة الأساسية، المعروفة جيدًا لدى الجيوفيزيائيين، بناءً على حسابات عزم القصور الذاتي للنماذج المجوفة والصلبة للكوكب، ومقارنتها بالبيانات المستمدة من تحليل ديناميكيات الكوكب. تم تنفيذ نظام الأرض والقمر بشكل غير صحيح.
ومن المعروف أن الجزء الأكبر من النظام الشمسي (حوالي 99.8%) يقع في نجمه الوحيد – الشمس. تبلغ الكتلة الإجمالية للكواكب 0.13٪ فقط من المجموع. تمثل الأجسام المتبقية من النظام (المذنبات والأقمار الصناعية والكويكبات والنيازك) 0.0003٪ فقط من الكتلة. ويترتب على الأرقام المذكورة أعلاه أن قوانين كبلر لحركة الكواكب في نظامنا يجب أن تتحقق بشكل جيد للغاية، فالنظرية الجذابة للغاية حول الأصل المشترك للشمس والكواكب من سحابة غازية واحدة، مضغوطة تحت تأثير قوى الجاذبية، تبين أنه يتعارض مع التوزيع غير المتساوي الملحوظ لعزم الدوران (الزخم) بين النجم والكواكب.نماذج أصل الكواكب نتيجة أسر جاذبية الشمس للأجسام القادمة من الفضاء السحيق، والتأثيرات الناجمة عن المستعرات الأعظم تتم مناقشة الانفجارات. في معظم "سيناريوهات" تطور النظام الشمسي، يرتبط وجود حزام الكويكبات، بطريقة أو بأخرى، بقربه من الكوكب الأكثر ضخامة في النظام.
1. رحلة قصيرة إلى تطور نظرية الجاذبية في البداية، كان يعتقد أن الأرض كانت بلا حراك، ويبدو أن حركة الأجرام السماوية معقدة للغاية. كان جاليليو من أوائل الذين اقترحوا أن كوكبنا ليس استثناءً وأنه يتحرك أيضًا حول الشمس. وقد قوبل هذا المفهوم بالعداء الشديد. قرر تايكو براهي عدم المشاركة في المناقشات، بل إجراء قياسات مباشرة لإحداثيات الأجسام الموجودة على الكرة السماوية. لاحقًا، وصلت بيانات تايكو إلى كيبلر، الذي وجد تفسيرًا بسيطًا للمسارات المعقدة المرصودة، وصياغة ثلاثة قوانين لحركة الكواكب (والأرض) حول الشمس: 1. وتتحرك الكواكب في مدارات إهليلجية، حيث تكون الشمس في أحد بؤرتيها. تتغير سرعة حركة الكوكب بحيث تصبح المناطق التي يكتسحها ناقل نصف القطر في فترات زمنية متساوية متساوية.3. ترتبط الفترات المدارية لكواكب أحد النظام الشمسي والمحاور شبه الرئيسية لمداراتها بالعلاقة: نشأت الحركة المعقدة للكواكب على "المجال السماوي" التي يتم ملاحظتها من الأرض، وفقًا لكيبلر، نتيجة لذلك. من إضافة هذه الكواكب في مدارات إهليلجية مع حركة الراصد، مما يؤدي إلى حركة مدارية حول الشمس مع الأرض ودوران يومي حول محور الكوكب، والدليل المباشر على الدوران اليومي للأرض تجربة أجريت بواسطة فوكو، حيث تم تدوير مستوى تذبذب البندول بالنسبة لسطح الأرض الدوارة. وصفت قوانين كبلر الحركة المرصودة للكواكب بشكل مثالي، لكنها لم تكشف عن الأسباب التي تؤدي إلى مثل هذه الحركة (على سبيل المثال، يمكن الافتراض أن سبب حركة الأجسام في مدارات كبلر هو إرادة كائن ما أو رغبة الأجرام السماوية نفسها في الانسجام). أشارت نظرية نيوتن في الجاذبية إلى السبب الذي حدد حركة الأجسام الكونية وفقًا لقوانين كبلر، وتنبأت بشكل صحيح وشرحت ملامح حركتها في حالات أكثر تعقيدًا، ومكنت من وصف العديد من ظواهر المقاييس الكونية والأرضية بنفس المصطلحات. (حركة النجوم في العنقود المجري وسقوط التفاحة على سطح الأرض) وجد نيوتن التعبير الصحيح لقوة الجاذبية الناشئة عن تفاعل جسمين نقطيين (أجسام تكون أبعادها صغيرة مقارنة بالمسافة بينهما) (هم)، والتي، إلى جانب القانون الثاني في حالة ما إذا كانت كتلة الكوكب أقل بكثير من كتلة النجم، أدت إلى المعادلة التفاضلية، مما يسمح بحل تحليلي. دون الحاجة إلى أي أفكار فيزيائية إضافية، يمكن إثبات باستخدام أساليب رياضية بحتة أنه في ظل الظروف الأولية المناسبة (مسافة أولية صغيرة بما فيه الكفاية إلى النجم وسرعة الكوكب)، فإن الجسم الكوني سوف يدور في مدار بيضاوي مغلق ومستقر في الامتثال الكامل لقوانين كبلر (على وجه الخصوص، قانون كبلر الثاني هو نتيجة مباشرة لقانون الحفاظ على الزخم الزاوي، وهو صحيح أثناء تفاعلات الجاذبية، حيث أن لحظة القوة بالنسبة إلى مركز ضخم تكون دائمًا صفرًا). عند سرعة أولية عالية بما فيه الكفاية (تعتمد قيمتها على كتلة النجم والموضع الأولي)، يتحرك الجسم الكوني على طول مسار زائدي، ويتحرك في النهاية بعيدًا عن النجم إلى مسافة كبيرة بلا حدود. خاصية مهمة لقانون الجاذبيةهو الحفاظ على شكله الرياضي في حالة تفاعل الجاذبية للأجسام غير النقطية في حالة التوزيع المتماثل كرويًا لكتلتها على الحجم. وفي هذه الحالة تلعب المسافة بين مراكز هذه الأجسام دورًا. 2. عن طبيعة قوى الجاذبيةينتمي قانون الجاذبية العالمية الذي صاغه نيوتن إلى القوانين الأساسية للعلوم الطبيعية الكلاسيكية. كان الضعف المنهجي لمفهوم نيوتن هو رفضه مناقشة الآليات التي تؤدي إلى ظهور قوى الجاذبية ("أنا لا أخترع فرضيات"). بعد نيوتن، جرت محاولات متكررة لإنشاء نظرية الجاذبية، وترتبط الغالبية العظمى من المقاربات بما يسمى النماذج الهيدروديناميكية للجاذبية، في محاولة لتفسير ظهور قوى الجاذبية من خلال التفاعلات الميكانيكية للأجسام الضخمة مع مادة وسيطة. ، والذي تم تعيينه باسم أو آخر: "الأثير"، "تدفق الجرافيتونات"، "الفراغ" وما إلى ذلك. إن التجاذب بين الأجسام ينشأ نتيجة خلخلة الوسط، وذلك إما عندما تمتصه الأجسام الضخمة، أو عندما تحجب تدفقاته. كل هذه النظريات لها عيب كبير مشترك: التنبؤ بشكل صحيح باعتماد القوة على المسافة، فإنها تؤدي حتما إلى تأثير آخر لا يمكن ملاحظته: كبح الأجسام المتحركة نسبة إلى المادة المدخلة. وكانت خطوة جديدة إلى حد كبير في تطوير مفهوم تفاعل الجاذبية من صنع أ. أينشتاين، مخترع النظرية النسبية العامة.
نيوتن: "تتكون الجاذبية تجاه الشمس من الجاذبية تجاه جزيئاتها الفردية، ومع المسافة من الشمس، تتناقص تمامًا بما يتناسب مع مربعات المسافات حتى مدار زحل، الذي يتبع بقية الأوج في الكوكب". الكواكب وحتى إلى الأوج الأقصى للمذنبات، إذا كانت هذه الأوج في حالة سكون فقط." . إن خاصية تفاعل الجاذبية هذه، المطبقة على الظروف داخل الجسم، تؤدي إلى انخفاض الاعتماد على قوة الجاذبية مع انخفاض المسافة من مركز الجسم.
الجاذبية (الجاذبية العالمية، الجاذبية)(من الجاذبية اللاتينية - "الجاذبية") - تفاعل أساسي طويل المدى في الطبيعة، تخضع له جميع الأجسام المادية. ووفقا للبيانات الحديثة، فهو تفاعل عالمي، بمعنى أنه، على عكس أي قوى أخرى، يضفي نفس التسارع لجميع الأجسام دون استثناء، بغض النظر عن كتلتها. تلعب الجاذبية بشكل أساسي دورًا حاسمًا على المستوى الكوني. شرط جاذبيةيستخدم أيضًا كاسم لفرع الفيزياء الذي يدرس تفاعل الجاذبية. إن النظرية الفيزيائية الحديثة الأكثر نجاحًا في الفيزياء الكلاسيكية التي تصف الجاذبية هي النظرية النسبية العامة، ولم يتم بعد بناء النظرية الكمومية لتفاعل الجاذبية.
تفاعل الجاذبية
تفاعل الجاذبية هو أحد التفاعلات الأربعة الأساسية في عالمنا. في إطار الميكانيكا الكلاسيكية، يتم وصف تفاعل الجاذبية قانون الجاذبية العالميةنيوتن الذي ذكر أن قوة الجذب بين نقطتين ماديتين ذات كتلة م 1 و م 2 متباعدة المسافة ر، يتناسب مع كلتا الكتلتين ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة - أي
.هنا ز- ثابت الجاذبية، ويساوي تقريبا 
م³/(كجم ث²). تعني علامة الطرح أن القوة المؤثرة على الجسم تكون دائمًا مساوية في الاتجاه لمتجه نصف القطر الموجه للجسم، أي أن تفاعل الجاذبية يؤدي دائمًا إلى جذب أي أجسام.
قانون الجاذبية العامة هو أحد تطبيقات قانون التربيع العكسي، والذي يحدث أيضاً في دراسة الإشعاع (انظر مثلاً الضغط الضوئي)، وهو نتيجة مباشرة للزيادة التربيعية في مساحة الأرض. المجال مع زيادة نصف القطر، مما يؤدي إلى انخفاض تربيعي في مساهمة أي وحدة مساحة في مساحة الكرة بأكملها.
إن أبسط مشكلة في الميكانيكا السماوية هي تفاعل الجاذبية بين جسمين في الفضاء الفارغ. تم حل هذه المشكلة تحليليا حتى النهاية؛ غالبًا ما تتم صياغة نتيجة حلها على شكل قوانين كبلر الثلاثة.
ومع زيادة عدد الهيئات المتفاعلة، تصبح المهمة أكثر تعقيدا بشكل كبير. ومن ثم فإن مسألة الأجسام الثلاثة المشهورة بالفعل (أي حركة الأجسام الثلاثة ذات الكتل غير الصفرية) لا يمكن حلها تحليليا بشكل عام. مع الحل العددي، يحدث عدم استقرار الحلول بالنسبة للظروف الأولية بسرعة كبيرة. عند تطبيق عدم الاستقرار هذا على النظام الشمسي، فإنه يجعل من المستحيل التنبؤ بحركة الكواكب على نطاقات أكبر من مائة مليون سنة.
وفي بعض الحالات الخاصة، من الممكن إيجاد حل تقريبي. الحالة الأكثر أهمية هي عندما تكون كتلة أحد الأجسام أكبر بكثير من كتلة الأجسام الأخرى (أمثلة: النظام الشمسي وديناميكيات حلقات زحل). في هذه الحالة، كتقريب أولي، يمكننا أن نفترض أن الأجسام الخفيفة لا تتفاعل مع بعضها البعض وتتحرك على طول مسارات كبلر حول الجسم الضخم. ويمكن أخذ التفاعلات بينهما في الاعتبار في إطار نظرية الاضطراب، ومتوسطها مع مرور الوقت. وفي هذه الحالة قد تنشأ ظواهر غير تافهة، مثل الرنين والتجاذبات والفوضى وغيرها. ومن الأمثلة الواضحة على مثل هذه الظواهر البنية غير التافهة لحلقات زحل.
على الرغم من محاولات وصف سلوك نظام يتكون من عدد كبير من الأجسام الجاذبة التي لها نفس الكتلة تقريبًا، إلا أن ذلك لا يمكن القيام به بسبب ظاهرة الفوضى الديناميكية.
مجالات الجاذبية القوية
في مجالات الجاذبية القوية، عند التحرك بسرعات نسبية، تبدأ تأثيرات النسبية العامة في الظهور:
- انحراف قانون الجاذبية عن قانون نيوتن؛
- تأخير الإمكانات المرتبطة بالسرعة المحدودة لانتشار اضطرابات الجاذبية؛ ظهور موجات الجاذبية.
- التأثيرات اللاخطية: تميل موجات الجاذبية إلى التفاعل مع بعضها البعض، وبالتالي فإن مبدأ تراكب الموجات في المجالات القوية لم يعد صحيحًا؛
- تغيير هندسة الزمكان.
- ظهور الثقوب السوداء؛
إشعاع الجاذبية
أحد التنبؤات المهمة للنسبية العامة هو إشعاع الجاذبية، الذي لم يتم تأكيد وجوده بعد من خلال الملاحظات المباشرة. ومع ذلك، هناك أدلة رصدية غير مباشرة لصالح وجودها، وهي: فقدان الطاقة في النظام الثنائي مع النجم النابض PSR B1913+16 - نجم هولس-تايلور - يتوافق جيدًا مع النموذج الذي يتم فيه نقل هذه الطاقة بعيدًا. إشعاع الجاذبية.
لا يمكن توليد إشعاع الجاذبية إلا من خلال أنظمة ذات أقطاب رباعية متغيرة أو لحظات متعددة الأقطاب أعلى، وتشير هذه الحقيقة إلى أن إشعاع الجاذبية لمعظم المصادر الطبيعية هو إشعاع اتجاهي، مما يعقد اكتشافه بشكل كبير. قوة الجاذبية ل-مصدر الحقل متناسب (الخامس / ج) 2ل + 2 ، إذا كان متعدد الأقطاب من النوع الكهربائي، و (الخامس / ج) 2ل + 4 - إذا كان متعدد الأقطاب من النوع المغناطيسي، فأين الخامسهي السرعة المميزة لحركة المصادر في النظام المشع ج- سرعة الضوء. وبالتالي فإن العزم السائد سيكون العزم الرباعي من النوع الكهربائي، وقوة الإشعاع المقابل تساوي:
أين س أناي- موتر العزم الرباعي لتوزيع كتلة النظام المشع. ثابت 
(1/W) يسمح لنا بتقدير حجم قوة الإشعاع.
منذ عام 1969 (تجارب ويبر) حتى الوقت الحاضر (فبراير 2007)، جرت محاولات للكشف المباشر عن إشعاع الجاذبية. وفي الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا واليابان، يوجد حاليًا العديد من أجهزة الكشف الأرضية العاملة (GEO 600)، بالإضافة إلى مشروع كاشف الجاذبية الفضائية في جمهورية تتارستان.
تأثيرات خفية للجاذبية
بالإضافة إلى التأثيرات الكلاسيكية لجاذبية الجاذبية وتمدد الزمن، تتنبأ النظرية النسبية العامة بوجود مظاهر أخرى للجاذبية، والتي تكون في ظل الظروف الأرضية ضعيفة جدًا، وبالتالي يكون اكتشافها والتحقق منها تجريبيًا صعبًا للغاية. وحتى وقت قريب، كان التغلب على هذه الصعوبات يبدو أبعد من قدرات المجربين.
من بينها، على وجه الخصوص، يمكننا أن نذكر احتجاز الأطر المرجعية بالقصور الذاتي (أو تأثير لينس-ثيرينغ) والمجال الجاذبية المغناطيسي. وفي عام 2005، أجرى مسبار الجاذبية B غير المأهول التابع لناسا تجربة دقيقة غير مسبوقة لقياس هذه التأثيرات بالقرب من الأرض، لكن نتائجها الكاملة لم تُنشر بعد.
نظرية الكم للجاذبية
على الرغم من أكثر من نصف قرن من المحاولات، فإن الجاذبية هي التفاعل الأساسي الوحيد الذي لم يتم بعد بناء نظرية كم متسقة قابلة لإعادة التطبيع. ومع ذلك، عند الطاقات المنخفضة، وفقًا لروح نظرية المجال الكمي، يمكن تمثيل تفاعل الجاذبية كتبادل للجرافيتونات - بوزونات قياس مع دوران 2.
النظريات القياسية للجاذبية
نظرًا لحقيقة أن التأثيرات الكمومية للجاذبية صغيرة جدًا حتى في ظل الظروف التجريبية والرصدية الأكثر تطرفًا، فلا توجد حتى الآن ملاحظات موثوقة عنها. تظهر التقديرات النظرية أنه في الغالبية العظمى من الحالات يمكن للمرء أن يقتصر على الوصف الكلاسيكي لتفاعل الجاذبية.
هناك نظرية كلاسيكية حديثة للجاذبية - النظرية النسبية العامة، والعديد من الفرضيات والنظريات بدرجات متفاوتة من التطور التي توضحها، وتتنافس مع بعضها البعض (انظر المقال نظريات بديلة للجاذبية). كل هذه النظريات تقدم تنبؤات متشابهة جدًا ضمن التقريب الذي يتم من خلاله إجراء الاختبارات التجريبية حاليًا. فيما يلي العديد من نظريات الجاذبية الأساسية والأكثر تطورًا والمعروفة.
- الجاذبية ليست مجالًا هندسيًا، ولكنها مجال قوة فيزيائية حقيقية موصوفة بواسطة الموتر.
- ينبغي النظر في ظواهر الجاذبية في إطار فضاء مينكوفسكي المسطح، حيث يتم استيفاء قوانين الحفاظ على زخم الطاقة والزخم الزاوي بشكل لا لبس فيه. إذن فإن حركة الأجسام في فضاء مينكوفسكي تعادل حركة هذه الأجسام في الفضاء الريماني الفعال.
- في معادلات الموتر لتحديد القياس المتري، يجب أن تؤخذ كتلة الجرافيتون في الاعتبار، وينبغي استخدام شروط القياس المرتبطة بقياس مينكوفسكي الفضائي. وهذا لا يسمح بتدمير مجال الجاذبية حتى محليًا عن طريق اختيار إطار مرجعي مناسب.
كما هو الحال في النسبية العامة، تشير مادة RTG إلى جميع أشكال المادة (بما في ذلك المجال الكهرومغناطيسي)، باستثناء مجال الجاذبية نفسه. نتائج نظرية RTG هي كما يلي: الثقوب السوداء كأجسام مادية تنبأت بها النسبية العامة غير موجودة؛ الكون مسطح، متجانس، متناحي الخواص، ثابت وإقليدي.
ومن ناحية أخرى، لا توجد حجج أقل إقناعًا من جانب معارضي RTG، والتي تتلخص في النقاط التالية:
ويحدث شيء مشابه في RTG، حيث يتم تقديم معادلة الموتر الثانية لمراعاة الارتباط بين الفضاء غير الإقليدي وفضاء مينكوفسكي. ونظراً لوجود معامل ملاءمة بلا أبعاد في نظرية جوردان-برانس-ديكي، يصبح من الممكن اختياره بحيث تتطابق نتائج النظرية مع نتائج تجارب الجاذبية.
| نظريات الجاذبية | ||||||||
|
المصادر والملاحظات
الأدب
- فيزجين ف.ب.النظرية النسبية للجاذبية (الأصول والتكوين، 1900-1915). م: نوكا، 1981. - 352ج.
- فيزجين ف.ب.النظريات الموحدة في الثلث الأول من القرن العشرين. م: نوكا، 1985. - 304 ج.
- إيفانينكو د.د.، سارداناشفيلي ج.أ.الجاذبية، الطبعة الثالثة. م.: URSS، 2008. - 200 ص.
أنظر أيضا
- مقياس الجاذبية
روابط
- قانون الجاذبية الكونية أو "لماذا لا يسقط القمر على الأرض؟" - فقط عن الأشياء الصعبة
| الأقسام الفرعية الرئيسية في الفيزياء | |
|---|---|
| الفيزياء التجريبية · الفيزياء النظرية | |
| الفيزياء الزراعية · الصوتيات · الفيزياء الفلكية · الفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية · الفيزياء الحيوية · الجيوفيزياء · الديناميكيات (الهيدروديناميكية · الديناميكا الحرارية) · الفيزياء الرياضية · الفيزياء الطبية · الميتافيزيقا · الميكانيكا (الميكانيكا الكلاسيكية · ميكانيكا الكم · الميكانيكا الإحصائية) · الفيزياء الساذجة · الفيزياء العصبية · الإحصاء (الهيدروستاتيا) · نظرية المجال الكمي · النسبية (النظرية الخاصة · النظرية العامة) · فيزياء الغلاف الجوي · فيزياء المادة المكثفة · فيزياء البلازما · فيزياء التربة · | |
ويعتقد أن أي جسم مادي في الكون له مجال الجاذبية الخاص به. يتكون حقل الجاذبية هذا من مجموعة من مجالات الجاذبية لجميع الجزيئات والذرات والجزيئات التي يتكون منها هذا الجسم المادي. اعتمادًا على الكتلة والكثافة والخصائص الأخرى للجسم المادي، يختلف مجال الجاذبية لبعض الأجسام المادية عن غيرها. تتمتع الأجسام المادية الكبيرة بمجال جاذبية أقوى وأكثر اتساعًا، كما أنها قادرة على جذب أجسام مادية أخرى أصغر حجمًا. يتم تحديد قيمة قوة جاذبيتهم المتبادلة لبعضهم البعض من خلال قانون الجاذبية العالمي لنيوتن - الجاذبية. وهذا ينطبق على أي جسم مادي في الكون.
إذن ما هو المعنى المادي لجاذبية الأجسام المادية؟ ما الذي لم يكن لدى العبقري العظيم نيوتن الوقت ليخبرنا به؟
دعونا نحاول توضيح هذه المسألة. في نظريته، لم يأخذ نيوتن في الاعتبار الجسيمات، ولكن أولا وقبل كل شيء، الكواكب والنجوم. قبل أن ننتقل إلى النظر في تفاعلات الجاذبية بين الكواكب والنجوم في الكون، لدينا بالفعل فكرة عن تفاعل الجاذبية بين الجسيمات، سنحاول فهم تفاعل الجاذبية بين الأجسام المادية على الأرض وفهم المعنى المادي العام الجاذبية هي.
افتراض
أعتقد أن المعنى الجسدي للجاذبية بشكل عام، يتكون من الرغبة المستمرة للمنطقة الأثيرية المتخلخلة من الجسم المادي للانتقال إلى حالة التوازن مع البيئة الأثيرية المحيطة، مما يقلل من حالتها المتوترة، وذلك بسبب جذب المناطق الأثيرية المتخلخلة الأخرى من الأجسام المادية الأخرى إلى منطقة خلخلتها الأثيرية.
إذا أخذنا في الاعتبار تفاعل الجاذبية لكوكبنا وأي جسم مادي آخر يرتفع فوق الأرض أو يأتي إلينا من الفضاء، فيمكننا القول أن أي جسم مادي آخر يقع دائمًا على سطح الأرض. عادة، في هذه الحالة، نقول أن الأرض، بفضل الجاذبية، تجذب الأجسام المادية إلى نفسها. ومع ذلك، لم يتمكن أحد حتى الآن من فهم وشرح آلية هذا الجذب.
في الوقت نفسه، يتم تفسير الجوهر المادي لهذه الظاهرة الغامضة من خلال حقيقة أنها تخلخل وسط أثيريبالقرب من سطح الأرض يكون أكثر تخلخلًا منه على مسافة منه. وبعبارة أخرى، فإن مجال الجاذبية وقوة جذب الأرض على سطحها أقوى مما هي عليه على مسافة من الكوكب. لاحظ أننا نتحدث فقط عن البيئة الأثيرية، وليس عن الغلاف الجوي للأرض، الذي توجد فيه الذرات والجزيئات وأصغر جزيئات المواد الكيميائية المختلفة. إن امتلاء البيئة الأثيرية بهذه المواد الكيميائية هو الذي يمنح البيئة الأثيرية المتخلخلة في الغلاف الجوي للأرض كثافة إضافية.
لا يشكل الوسط الأثيري في حد ذاته الغلاف الجوي للأرض فحسب. إنه يتخلل كامل جسم الكوكب دون عوائق. إن جميع الجزيئات التي يتكون منها كل ما على الأرض وما تتكون منه من غلاف جوي وقشرة ووشاح ونواة، تدور في دوامة أثيرية لم تتوقف منذ مليارات السنين. في الوقت نفسه، يتم ضمان دوران الكوكب، وكذلك دوران جميع الكواكب والنجوم في الكون، من خلال تأثير دواماتهم الأثيرية. وتدور البيئة الأثيرية للأرض في انسجام معها ومع غلافها الجوي.
وتعتمد خلخلة الوسط الأثيري فقط على المسافة إلى مركز الأرض ولا تعتمد على كثافة القشرة الأرضية أو الوشاح. ولذلك فإن مؤشرات قوة الجاذبية الأرضية أيضاً لا تعتمد على كثافة الصخور أو الماء أو الهواء، بل فقط على المسافة من مركز الكوكب الذي نقيس فيه هذه القوة.
من السهل جدًا إثبات ذلك باستخدام البيانات المتعلقة بتسارع الجاذبية للأجسام المادية (تسارع الجاذبية) على مسافات مختلفة من سطح الكوكب. على سبيل المثال، على سطح الأرض سيكون مساوياً لـ 9.806 م/ث 2، على ارتفاع 5 كم - 9.791 م/ث 2، على ارتفاع 10 كم - 9.775 م/ث 2، 100 كم - 9.505 م/ث 2، 1000 كم - 7.36 م/ث 2،
10.000 كم - 1.5 م/ث 2، وعلى ارتفاع 400.000 كم - 0.002 م/ث 2 .
وتشير هذه البيانات إلى أنه مع زيادة المسافة من مركز الأرض، تزداد أيضا كثافة الوسط الأثيري، مما يؤدي إلى انخفاض تسارع الجاذبية وقوة جاذبية الأرض.
كلما اقتربنا من مركز الكوكب، تزداد ندرة البيئة الأثيرية. إن الزيادة في تخلخل البيئة الأثيرية تحدد مسبقًا زيادة في تسارع الجاذبية، وبالتالي وزن الجسم. وهذا يؤكد فهمنا للجوهر المادي للجاذبية في حد ذاته.
عندما يقع أي جسم مادي آخر في مجال الجاذبية لكوكب ما، فإنه يجد نفسه في وضع تكون فيه البيئة الأثيرية فوق الجسم الساقط دائمًا أكثر كثافة من البيئة الأثيرية الموجودة أسفل هذا الجسم. ثم ستؤثر البيئة الأثيرية الأكثر كثافة على الجسم، فتنقله من بيئة أكثر كثافة إلى بيئة أقل كثافة. يبدو أن الجسم يفقد الدعم باستمرار تحته و"يسقط" في الفضاء باتجاه الأرض.
ومن المعلوم أن قيمة تسارع جسم سقوط حر عند خط الاستواء هي 9.75 م/ث2 وهي أقل من قيمة هذا المؤشر عند قطبي الأرض والتي تصل إلى 9.81 م/ث2. ويفسر العلماء هذا الاختلاف بالدوران اليومي للأرض حول محورها، وانحراف شكل الأرض عن الشكل الكروي، والتوزيع غير المتجانس لكثافة الصخور الأرضية. في الواقع، يمكن أن يؤخذ في الاعتبار فقط الشكل المحدد للكوكب. أما كل ما عدا ذلك، إذا كان له تأثير على قيمة تسارع الجاذبية عند خط الاستواء وعند القطبين، فهو ضئيل للغاية.
ومع ذلك، فإن وجهات نظرنا حول الجاذبية وأسباب ظهورها سيتم تأكيدها جيدا إذا تخيلنا مجالا كلاسيكيا، فإن أبعد نقاطه عن مركز الأرض ستكون عند خط الاستواء. في هذه الحالة، عند القطبين من سطح هذا المجال التأملي الكلاسيكي إلى سطح الأرض، يتم تشكيل مسافة 21.3 كم. يمكن تفسير ذلك بسهولة من خلال الشكل المسطح إلى حد ما للكوكب. ولذلك فإن المسافة من سطح الأرض عند القطب إلى مركز الأرض أقل من نفس المسافة عند خط الاستواء. ولكن بعد ذلك، وفقا لوجهات نظرنا، فإن البيئة الأثيرية في أقطاب الكوكب أكثر تخلخلا، وبالتالي، فإن مجال جاذبيتها أقوى، مما يؤدي إلى معدلات أعلى من تسارع السقوط الحر.
يحدث هذا لأن المنطقة المتخلخلة لجسم مادي أكثر ضخامة تلتقط في البداية المنطقة الأثيرية المتخلخلة لجسم مادي آخر، ثم تجعل الجسم المادي نفسه، الذي لديه كتلة أصغر أو كمية أقل من الأثير الكثيف، أقرب إلى نفسه.
نظرًا لحقيقة أنه من المستحيل تخفيف توتر البيئة الأثيرية عن طريق جذب أجسام مادية جديدة إلى مجال الجاذبية لجسم مادي ضخم، لأنه في هذه الحالة ستزداد كتلته فقط، وبالتالي فإن مجال الجاذبية سوف يزداد فقط التوسع، هذه الرغبة سوف تستمر بشكل مستمر، وضمان ثبات الجاذبية للأجسام المادية.لذلك، فإن الجسم المادي، الذي يجذب الأجسام المادية الأخرى، لن يؤدي إلا إلى زيادة كتلته، وبالتالي مجال جاذبيته.
في الفضاء الأثيري للكون، ستحدث هذه العملية حتى تتوازن قوى الجاذبية لكوكب أو نجم واحد مع قوى الجاذبية للكواكب والنجوم الأخرى، وكذلك مع قلب مجرتها وجوهر الكون. في هذه الحالة، ستكون جميع الكواكب أو النجوم في حالة متوترة ولكن متوازنة فيما يتعلق ببعضها البعض.
تبدأ قوى الجاذبية بين الأجسام المادية في الظهور منذ اللحظة التي تتلامس فيها مجالات الجاذبية لهذه الأجسام. وبناءً على ذلك، يمكننا أن نعتقد أن الجاذبية موجودة بالفعل طويلة المدى. في الوقت نفسه، يبدأ تفاعل الجاذبية في الظهور على الفور تقريبًا، وبالطبع، دون أي مشاركة لأي جرافيتونات أو جزيئات أخرى غير معروفة.
ومن كل هذا يترتب على ذلك ليست الأجسام المادية هي التي تتفاعل، بل تتفاعل مجالات الجاذبية الخاصة بها، والتي عندما تتشوه، تجذب الأجسام المادية لبعضها البعض. عفوا ولكن هذا يخالف أحكام قوانين نيوتن المحترمة التي تفترض قوة الجذب الجماهيرالهيئات المادية والذين خدموا الإنسانية بضمير حي ويخدمونها لأكثر من قرن!
لن أقوم بتهويل الوضع كثيرًا. تصريحاتنا لا ترفض قوانين العالم الذي يحظى باحترام كبير. إنهم يكشفون فقط عن جوهرهم المادي، تاركين مسألة ظهور هذه القوانين دون مساس على الإطلاق.
وهذا هو الحال بالضبط. ولكن وفقًا لقانون نيوتن، فإن أي جسم مادي له مجال جاذبيته الخاصة ويتفاعل مع الأجسام المادية الأخرى وفقًا لكتلتها والمسافات بين مراكزها. في الوقت نفسه، كان I. Newton يعني في المقام الأول تفاعل الكواكب والنجوم. قام أتباعه العلميون بنقل ميزات تفاعل الكواكب والنجوم ميكانيكيًا إلى تفاعل أي أجسام مادية، بناءً على عالمية قانون الجاذبية العالمية.
في الوقت نفسه، لم يتجاهلوا حقيقة أن الأرض تجتذب بانتظام أي أجسام مادية على كوكبنا، لكن الأجسام المادية نفسها لا تسعى جاهدة من أجل بعضها البعض. باستثناء المغناطيس بالطبع. على ما يبدو، من أجل عدم انتهاك الشاعرة العلمية وعدم التشكيك في قانون الجاذبية العالمية، افترض العلماء أن كتل الأجسام المادية المحيطة بنا على كوكبنا على نطاق عالمي صغيرة للغاية وبالتالي قوة الجاذبية عندما تقترب بعضهم البعض ضعيف جدًا جدًا.
ومع ذلك، يمكننا أن نحاول تقريب الأجسام المادية المصقولة بضمير حي من أي مادة من بعضها البعض، مما يلغي عمليا وجود المسافة بينهما. يبدو أنه وفقًا للقانون، يجب أن تندلع قوى الجاذبية وتفاجئنا بحضورها الكامل وقوتها الجريئة. لكن هذا لا يحدث. إن قوى الجاذبية، بشكل متواضع وبدون الكثير من الحماس، تراقب جهودنا بهدوء من أبعد زاوية في كل جسم مادي متفاعل. ماذا جرى؟ كيفية الخروج من هذا الوضع اللزج. بعد كل شيء، هناك قانون؟ يأكل. هل يعمل؟ صالح. إذن كل شيء على ما يرام؟!
لا، هذا ليس طبيعيا. إذا التزمنا بهذا البيان، فإن العديد من الأشياء الموجودة بجانب بعضها البعض سوف "تلتصق ببعضها البعض" في لحظة، مما يملأ حياتنا بمثل هذه المشاكل التي كانت البشرية، دون مقاومة طويلة، قد توقفت منذ فترة طويلة عن وجودها الكابوسي.
يمكن للمرء أن يعترض ويشير إلى حقيقة أن هذه الأجسام المادية صغيرة جدًا. لهذا السبب لا ينجذبون. ولكن هذا ليس مقنعا جدا. لماذا؟ لأن سلسلة جبال التبت الضخمة، حتى على نطاق الأرض، كانت ستجمع منذ فترة طويلة على قممها القاسية جميع الطائرات التي تحلق في الماضي ولن تسمح للمسافرين والمتسلقين الدؤوبين، بسبب المظهر القوي لقوى الجاذبية، برفع حتى أخف المعدات. ومن غير المرجح أن يشك أي شخص في أن التبت القاسية ذات حجم أو كثافة أو كتلة غير كافية.
ما يجب القيام به؟ جاءت المعاملات المشكوك فيها تمامًا مرة أخرى لمساعدة أتباع الصيغ المطلقة في شكل "ثابت الجاذبية" - السيدة "G" غير المقنعة تمامًا ، أي ما يعادل حوالي 6.67 × 10 -11 كجم -1 م 3 ثانية -2. إن وجود هذا الثابت في صيغة نيوتن أدى على الفور إلى تحويل قيمة أي قوة إلى لا شيء عمليًا. لماذا هذا الرقم بالذات؟ ببساطة لأن البشرية ببساطة لا تستطيع تقديم مؤشرات قابلة للمقارنة لكتلة أي جسم مادي على كوكبنا. لذلك، انطلاقا من قيمة هذا الثابت، فإن قوة جذب أي أجسام مادية على الأرض ستكون صغيرة للغاية. وهذا سوف يفسر تمامًا عدم وجود تفاعل مرئي بين الأجسام المادية على الأرض.
لماذا 10 -11 كجم -1؟ نعم، لأن كتلة الأرض التي تجذب بالتأكيد جميع الأجسام المادية دون استثناء (لا يمكن إخفاء ذلك) تبلغ حوالي 6 × 10 24 كجم. لذلك، فقط لها 10 -11 كجم -1 يمكن التغلب عليها بسهولة. هنا الحل الأصلي للمشكلة. (((
غير قادر على شرح جوهر المشكلة، قدم العلماء، كما يحدث في كثير من الأحيان، قيمة ثابتة معينة في الصيغة، والتي، دون حل المشكلة، جعلت من الممكن إعطاء عملية فيزيائية أو ظاهرة طبيعية بعض الوضوح العلمي الزائف.
بالمناسبة، يبدو أن نيوتن لا علاقة له بهذا. في أعماله عند تطوير قانون الجاذبية الشاملة، لم يذكر أبدًا أي ثابت جاذبية. ولم يذكره معاصروه أيضًا. تم إدخال ثابت الجاذبية لأول مرة في قانون الجاذبية العالمية فقط في بداية القرن التاسع عشر من قبل الفيزيائي وعالم الرياضيات والميكانيكي الفرنسي إس.دي. بواسون. ومع ذلك، لم يسجل التاريخ عالمًا واحدًا يتولى مسؤولية طريقة حسابه وقيمه المقبولة عمومًا.
تشير القصة إلى الفيزيائي الإنجليزي هنري كافنديش، الذي أجرى في عام 1798 تجربة فريدة باستخدام ميزان الالتواء. ولكن تجدر الإشارة إلى أن كافنديش أجرى تجربته فقط بهدف تحديد متوسط كثافة الأرض ولم يتحدث أو يكتب عن أي ثابت جاذبية. علاوة على ذلك، لم أحسب أيًا من قيمها العددية.
يُزعم أن المؤشر العددي لثابت الجاذبية قد تم حسابه في وقت لاحق على أساس حسابات ج. كافنديش لمتوسط كثافة الأرض، لكن من ومتى تم حسابه ظل لغزًا، كما هو الحال بالنسبة للغرض من كل هذا.
وعلى ما يبدو، من أجل إرباك البشرية تمامًا والخروج بطريقة أو بأخرى من غابة التناقضات والتناقضات، فقد أُجبروا في العالم العلمي الحديث، تحت ستار الانتقال إلى نظام متري موحد للقياسات، على قبول ثوابت جاذبية مختلفة للأنظمة الكونية المختلفة. لذلك، عند حساب مدارات الأقمار الصناعية، على سبيل المثال، بالنسبة للأرض، يتم استخدام ثابت الجاذبية الأرضية الذي يساوي GE = 3.98603x10 14 م 3 ثانية -2 مضروبًا في كتلة الأرض، ولحساب مدارات الأجرام السماوية الأجسام بالنسبة للشمس، يتم استخدام ثابت جاذبية آخر - مركزية الشمس، يساوي GS = 1.32718x10 20 م 3 ثانية -2 أضعاف كتلة الشمس. ومن المثير للاهتمام أن القانون واحد وعالمي، لكن المعاملات الثابتة مختلفة! كيف يمكن لمثل هذا "الثابت" المحترم أن يكون غير ثابت إلى هذه الدرجة المدهشة؟!!
اذا ماذا يجب ان نفعل؟ هل الوضع ميؤوس منه وبالتالي يجب علينا قبوله؟ لا. كل ما عليك فعله هو العودة إلى الأساسيات وتحديد المفاهيم. الحقيقة انه فكل ما هو موجود على كوكب الأرض جاء منها وينتمي إليها وسيدخل فيها. كل شيء - الجبال والبحار والمحيطات والأشجار والمنازل والمصانع والسيارات وأنا وأنت - كل هذا تم استخراجه ورعايته ورعايته وتربيته على الأرض وخلقه من الأرض. كل هذه مجرد واقع افتراضي مختلف همجموعات متغيرة من عدد كبير من الذرات والجزيئات التي تنتمي إلى كوكبنا فقط.
لقد خلقت الأرض من جزيئات وذرات وهي نظام مستقل تماما ومغلق تماما تقريبا. أثناء تكوينه، قام كل جسيم وكل ذرة، بإنشاء مجال جاذبية واحد للكوكب، "بنقل" كل قوى الجاذبية إليه.
لذلك، هناك مجال جاذبية واحد على الأرض، والذي يقف بضمير حي على جميع الموارد الأرضية المتاحة، دون إطلاق سراح الكوكب الذي تم إحضاره مرة واحدة إلى هذا الكوكب. لذلك كل الأشياء وكل ما هو موجود على الأرض ليست مواد جاذبية مستقلةولا يمكنهم أن يقرروا ما إذا كانوا سيستخدمون قدراتهم الجاذبية أم لا عند التواصل مع الأجسام المادية الأخرى. لذلك، فإن الأجسام المادية الموجودة على الأرض تسقط فقط على سطحها، وليس لأعلى، يسارًا أو يمينًا، لتنضم إلى أجسام ضخمة أخرى. لذلك، لا يمكن تسمية أي جسم مادي على الأرض، من وجهة نظر الجاذبية، بأنه مستقل.
ماذا عن الصواريخ؟ هل يمكن أن يطلق عليهم هيئات مادية مستقلة؟ أثناء وجودهم هنا على الأرض، لا، هذا مستحيل. لكن إذا تغلبوا على جاذبية الأرض وتجاوزوا مجال جاذبية الكوكب، فنعم، هذا ممكن. فقط في هذه الحالة سيكونون قادرين على أن يصبحوا أجسامًا مادية مستقلة فيما يتعلق بالأرض، مع أخذ الجزء الفردي الخاص بهم من مجال الجاذبية معهم. سوف يتناقص حجم الأرض وكتلتها بمقدار حجم الصاروخ وكتلته. كما سينخفض مجال جاذبيته بشكل متناسب. بطبيعة الحال، سوف تنقطع علاقة الجاذبية بين الصاروخ والأرض.
وماذا عن النيازك المختلفة التي تزور أرضنا غالبًا؟ هل هي أجسام مادية مستقلة أم لا؟ وطالما أنها خارج مجال الجاذبية الأرضية، فهي مستقلة. ولكن عندما يدخلون مجال الجاذبية للكوكب، فإنهم، الذين لديهم بيئة أثيرية أقل تخلخلًا، سوف يتفاعلون مع البيئة الأثيرية الأكثر تخلخلًا للأرض.
إلا أن تفاعل مجالات جاذبية الأرض والنيزك يختلف عن تفاعل مجالات جاذبية جلطات الدوامة الأثيرية التي تكاد تكون متساوية في الحجم مع بعضها البعض. ويرجع ذلك إلى الاختلاف الكبير في أحجام مجالات الجاذبية للأرض والنيزك. إن مجال الجاذبية للنيزك، عند التفاعل مع مجال الجاذبية للأرض، لا يتشوه عمليا، ولكن، الجزء المتبقي من النيزك، يمتصه مجال الجاذبية للأرض.
يبدو أن مجال الجاذبية للنيزك يقع في مجال الجاذبية للأرض، لأنه يقترب من سطح الأرض، تصبح بيئته الأثيرية النادرة أكثر وأكثر نادرة. وكلما اقتربنا من الأرض، أصبحت بيئتها النادرة أكثر تخلخلًا وكلما تحرك النيزك نحو الكوكب بشكل أسرع. تسعى الأرض إلى استبدال بيئتها النادرة بكائن فضائي غير متوقع من الفضاء الخارجي، مما يخلق تأثير انجذاب نيزك إلى سطحها.
بعد وصوله إلى سطح الأرض، لا يفقد النيزك مجال جاذبيته، وإذا تم نقله إلى الفضاء الخارجي، فسوف يترك الأرض مع مجال جاذبيته. لكنه على الأرض يفقد استقلاله عن الجسد المادي. وهي الآن تنتمي إلى الأرض، ويضاف مجال جاذبيتها إلى مجال جاذبية الأرض، وتزداد كتلة الأرض بمقدار كتلة النيزك.
لذلك، نحن مضطرون إلى القول أنه، كوننا على الكواكب، فإن جميع الهيئات المادية من وجهة نظر الجاذبية لا يمكن أن تكون هيئات مادية مستقلة. قدراتها الجاذبية تقع ضمن قدرات جاذبية الكواكب، وهي المولدات الرئيسية لتفاعل الجاذبية.
ولذلك، فإن قانون الجاذبية العالمية عادل تمامًا للنظام العالمي بأكمله ولا يتطلب أي ثوابت إضافية، حتى ثوابت الجاذبية.
افتراض
هكذا، مجال الجاذبية للجسم المادي- هذه منطقة أثيرية متخلخلة متوترة بشكل غير متساو، وهي جزء من الجسم المادي ونشأت نتيجة لتركيز الوسيلة الأثيرية الدوارة في الجسم المادي نفسه.
يميل مجال الجاذبية لأي جسم مادي، من أجل تحقيق التوازن مع البيئة الأثيرية المرنة المحيطة، إلى زيادة كثافته، وجذب مناطق أثيرية متخلخلة من الأجسام المادية الأخرى. إن تفاعل مجالات الجاذبية للأجسام المادية مع بعضها البعض يخلق تأثير جذب الأجسام المادية. هذا التأثير هو عمل قوى الجاذبية أو تفاعل الجاذبية للأجسام المادية المستقلة.
يسعى الفضاء الأثيري المخلخل دائمًا إلى استعادة الحالة المتجانسة الأولية للبيئة الأثيرية بسبب إضافة البيئة الأثيرية للأجسام المادية الأخرى. عندما يظهر جسم مادي أو أي جسم مادي آخر في مجال الجاذبية الأثيرية، ويمتلك أيضًا مجال الجاذبية الأثيري الخاص به، ولكن بكتلة أقل، يميل الجسم المادي الأول إلى "امتصاصه" والاحتفاظ به بقوة تعتمد على كتلته. هذه الهيئات والمسافة بينهما.
وبالتالي، في مجال الجاذبية الأثيرية، عندما يظهر فيه جسمان ماديان أو أكثر، أ عملية الجاذبية الخاصة بهم التفاعلات,الذي يوجههم نحو بعضهم البعض. تعمل قوى الجاذبية فقط على تقريب بعض الأجسام أو الأجسام المادية من أجسام أخرى.
مرة أخرى، يجب أن أعترف بأن كل هذا ممكن فقط في ظل الظروف المثالية، عندما تكون الأجسام المادية لا تتأثر بقوى الجاذبية للكوكب. على الأرض، تعد مجالات الجاذبية لجميع الأجسام المادية مجرد جزء لا يتجزأ من مجال الجاذبية الوحيد للكوكب ولا يمكنها إظهار نفسها فيما يتعلق ببعضها البعض.
لذلك، على هذا الكوكب، ليس لدى الهيئات المادية مجال جاذبية فردي خاص بها ولها تفاعل الجاذبية فقط مع الأرض.
عند رفع الجسم المادي إلى أي ارتفاع، نقوم ببعض الأعمال وننفق قدرًا معينًا من الطاقة. يعتقد البعض أننا برفع الجسم ننقل إليه طاقة تعادل الطاقة المستهلكة في رفعه إلى ارتفاع معين. بالسقوط، يطلق الجسم المادي هذه الطاقة.
ولكن هذا ليس صحيحا.
نحن لا ننقل الطاقة إليها، بل ننفق طاقتنا للتغلب على قوة الجاذبية للأرض. علاوة على ذلك، يبدو أننا نعطل المسار المعتاد للأحداث على الأرض، ونغير موقع الجسم المادي بالنسبة للكوكب. تتفاعل الأرض بحق مع هذا العار الذي لا يتوافق معها وتسعى جاهدة لإعادة أي جسم إلى سطحها، مما يؤدي إلى تشغيل قوى جاذبيتها على الفور.
تؤثر قوة الجاذبية على جسم مرتفع بنفس الطريقة التي تؤثر بها عندما يكون هذا الجسم على الأرض، ولكن مع زيادة المسافة عن سطح الأرض، سيكون حجمه أقل من قوة الجاذبية الأولية. صحيح أنه لن يكون من السهل ملاحظة ذلك بسبب عدم أهمية التغييرات في معلمات هذه القوة. وإذا رفعنا هذا الجسم إلى ارتفاع 450 كيلومتراً فوق الأرض، فإن قوة الجاذبية ستنخفض بشكل كبير وسيكون الجسم في حالة انعدام الوزن.
وهنا نلتقي بالجاذبية، أي. مع تأثير بيئة أثيرية الجاذبيةكوكبنا على الجسم المادي. يقع الجسم المرتفع في مجال الجاذبية الأثيري للكوكب، والذي يتم توجيه ناقله نحو مركز الأرض. كلما كان الجسم المادي أقرب إلى الأرض، كان التأثير تفاعل الجاذبيةأقوى. أبعد، أقل. لذلك، على مسافات طويلة، سيظهر تفاعل الجاذبية أيضا، ولكن ليس بشكل واضح.
ولكن، عند السقوط على الأرض، يتفاعل الجسم المادي معها بنفس الطريقة التي يتفاعل بها جسدان في الفضاء. تعمل قوى الجاذبية الأرضية على الجسم، وتحركه في الفضاء، وتعيده إلى الأرض الفانية.
ماذا سيحدث إذا أثرنا على الجسم لفترة طويلة، وحركناه بعيدًا عن الأرض، وأخرجناه أخيرًا خارج النظام الشمسي؟ فهل هذا يعني أن تفاعل الجاذبية بينهما سيختفي؟ وإذا كان الأمر كذلك، فهل هناك احتمال أن تفقد الأرض بعضًا من قدراتها الجاذبية؟
نعم، هذا بالضبط كيف سيحدث. جزء من جاذبية الأرض سيتركها مع الجسد المادي. وستصبح الأرض أصغر بمقدار كتلة هذا الجسم. وإذا أصبحت كتلة الأرض أصغر، فمن الواضح تمامًا أن قوة جاذبيتها ستتغير نسبيًا إلى حد أقل، وسوف يختفي تفاعل جاذبيتها مع هذا الجسم المادي.
ولكن إذا سقط نيزك على سطح الأرض، فسيتم "امتصاص" مجال جاذبيته بواسطة مجال الجاذبية للأرض، وسيصبح هو نفسه، بعد أن فقد استقلاله، جزءًا من الأرض، مما يزيد بشكل متناسب من قدراته الجاذبة.
لذلك، فإن الأجسام المادية الأكبر حجمًا، بما في ذلك الكواكب والنجوم، تتمتع بجاذبية أقوى وتجذب الأجسام الأصغر حجمًا، وتمتصها. من خلال جذب الأجسام المادية الأصغر لأنفسهم، فإنهم يزيدون من كتلتهم، وبالتالي يزيدون من مجال جاذبيتهم. سوف ينشأ تفاعل الجاذبية بين الأجسام.
لذلك، حول أي جسم مادي على كوكبنا هناك مجال الجاذبية الخاص به، ولكن بشكل مشروط فقط. يدخل مجال الجاذبية هذا إلى مجال الجاذبية الوحيد للأرض ويدور معه. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن أي جسم مادي، بما في ذلك جميع الأجسام المادية التي تم إنشاؤها على الأرض أو نقلها من الفضاء الخارجي، هو بالفعل أو في المستقبل ينتمون إلى كوكبنا. أي جسم مادي على الأرض نشأ منها وإليها وسيعود. مجال الجاذبية الخاص بهم هو جزء من مجال الجاذبية الوحيد للأرض، والذي يدور حول الكوكب. ولذلك فإن الأجسام تسقط على الأرض بدلاً من أن تلتصق ببعضها البعض. إنهم يسقطون بدلاً من التحرك بالتوازي مع الأرض. بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرات الجاذبية للأرض أقوى بما لا يقاس من قدرات الجاذبية لأي جسم مادي على هذا الكوكب، بغض النظر عن حجمه أو حجمه أو كثافته. لذلك، فإن أي جسم مادي ينجذب إلى الأرض، وليس إلى إيفرست.
تتمتع جميع الأجسام المادية بمجال جاذبية، ولكن لا يمكن اعتباره إلا بالاقتران مع مجال الجاذبية العام للأرض. ولا يمكن فصله عن مجال جاذبية الأرض إلا على مسافة تتجاوز حدود مجال جاذبية الكوكب. عند هذه المسافة، سيكون مجال الجاذبية لجسم مادي، مثل الصاروخ، مستقلاً تمامًا وسيدور حول الجسم المادي، بغض النظر عن حجمه.
وتجدر الإشارة إلى أن سرعة دوران الوسط الأثيري بالقرب من سطح الجسم المادي تساوي سرعة دوران الجسم المادي نفسه. فيما يتعلق بالجسم المادي، فإن البيئة ثابتة. بالقرب من الجسم المادي، تكون قوة الجاذبية أعلى بكثير منها على مسافة منه. دعونا نتذكر تجربتنا مع الدائرة المطاطية (الشكل 2). عندما تبتعد عن الجسم المادي، تنخفض سرعة دوران الوسط الأثيري والجاذبية.
في الوقت نفسه، نحن نفهم أن تركيز الأثير تحت تأثير الدوامات الأثيرية وقوى الجاذبية يؤدي إلى ظهور منطقة أثيرية نادرة حول الجسم المادي. هذه المنطقة الأثيرية النادرة أكبر، كلما زادت كمية الأثير المركزة في الجسم المادي في شكل مجموعة من الجزيئات الأثيرية الأساسية - جلطات دوامة أثيرية، والتي تتكون على التوالي من كسور الطاقة، الفوتونات، النيوترينوات، النيوترينوات المضادة، البوزيترونات، الإلكترونات، البروتونات والنيوترونات والذرات والجزيئات والأجسام المادية الأخرى. فالمنطقة الأثيرية المتخلخلة، على سبيل المثال، لكوكب الأرض أكبر بكثير من حيث الحجم من المنطقة المتخلخلة للقمر، لأن الأرض أكبر بكثير من القمر. وكل منطقة متخلخلة تتوافق مع كمية الأثير المركزة في الجسم المادي.
المناطق المتخلخلة في الوسط الأثيري واسعة للغاية. يحددون الأبعاد مجالات الجاذبيةالهيئات المادية، أي. تلك المناطق التي تعمل فيها قوى الجاذبية. تبدأ تصرفات هذه القوى من الحدود الخارجية للمنطقة المتخلخلة من الجسم المادي. وبما أن حدود المنطقة المتخلخلة تقع بعيدًا تمامًا عن مركز الجسم المادي، فيمكن وصف هذه القوى بأنها قوى بعيدة المدى أو تفاعل طويل المدى.
عندما تتلامس المناطق المتخلخلة في جسدين ماديين أو أكثر، يسعى كل واحد منهم، وفقا لقانون توازن الأضداد، إلى تحقيق التوازن في بيئته المتخلخلة الأثيرية، مما يؤدي إلى تجاذب الأجساد وجمعها معا..
وبالتالي، ليست كتل الأجسام المادية هي التي تتجاذب، بل مجالات الجاذبية لهذه الأجسام المادية تتفاعل مع بعضها البعض، مما يؤدي إلى تحريك الأجسام المادية تجاه بعضها البعض.
علاوة على ذلك، كلما كانت الأجسام أقرب إلى بعضها البعض، كان هذا الانجذاب أكثر وضوحًا وكثافة. لذلك، على سبيل المثال، عندما تسقط الأجسام على الأرض، يكون هناك تسارع ثابت لهذا السقوط. ويسمى هذا التسارع بتسارع الجاذبية ويقدر بحوالي 9.806 م/ث 2 .
جوهر هذا التسارع هو أنه كلما اقترب الوسط المخلخل من الجسم، كلما كان أقل كثافة، وبالتالي، كلما زادت رغبة الجسم المادي في موازنة بيئته الأثيرية المتخلخلة، زادت قوة تفاعل الجاذبية. لقد تحدثنا بالفعل عن هذا في وقت سابق. مع اقتراب المرء من حدود الوسط المخلخل مع مساحة أثيرية مرنة، يتناقص هذا التوتر، وأخيرًا، عند الحدود يبدأ في التوافق تمامًا مع كثافة الفضاء الأثيري. في هذه الحالة، يفقد تفاعل الجاذبية للجسم المادي قوته تمامًا، ويختفي مجال الجاذبية لهذا الجسم المادي.
وهذا ما يفسر حقيقة أنه منذ بداية إطلاقه، ينفق الصاروخ كمية هائلة من الطاقة للتغلب على قوة الجاذبية الأرضية، ولكن عندما يطير ويبتعد عن الكوكب، يدخل المدار ولا يضيع عمليا طاقته. طاقة.
وهنا من الضروري أن نفهم أن كثافة الغلاف الجوي للأرض وكثافة مجال جاذبيتها مفهومان مختلفان. كثافة الغلاف الجوي للأرض لها قيم أعلى على سطحها منها على الارتفاع. على سبيل المثال، تبلغ كثافة الغلاف الجوي على سطح الأرض حوالي 1.225 كجم/م3، وعلى ارتفاع 2 كيلومتر - 1.007 كجم/م3، وعلى ارتفاع 3 كم - 0.909 كجم/م3، أي. ومع زيادة الارتفاع، تقل كثافة الغلاف الجوي.
لكننا نؤكد أن مجال الجاذبية لأي جسم مادي يكون أكثر تخلخلًا على وجه التحديد عند سطحه، ويتناقص هذا التخلخل مع زيادة المسافة من الجسم المادي. تناقض؟ مُطْلَقاً. وهذا تأكيد لمنطقنا! والحقيقة هي أن مجال الجاذبية الأثيري المخلخل سيسعى جاهداً لجذب كل ما هو ممكن إلى فضاءه لتقليل توتره. ولذلك فإن مجال الجاذبية الأرضية مملوء بجزيئات النيتروجين والأكسجين والهيدروجين وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، بالقرب من سطح الأرض في الغلاف الجوي لا توجد جزيئات الغاز فحسب، بل توجد أيضًا جزيئات الغبار والماء وبلورات الجليد وملح البحر وما إلى ذلك. كلما كنت أعلى من سطح الأرض، كلما كان مجال الجاذبية أقل تخلخلًا، وقل عدد الجزيئات والجسيمات التي يمكنه الاحتفاظ بها في الغلاف الجوي للأرض، وبالتالي، انخفضت كثافة الغلاف الجوي للكوكب. كل شيء يتطابق. كل شيء صحيح.
لإثبات هذا البيان، نستشهد بأفكار أرسطو وتجارب جاليليو وإي نيوتن. وذهب أرسطو العظيم إلى أن الأجسام الأثقل تسقط على الأرض بشكل أسرع من الأجسام الخفيفة، وأعطى مثال الحجر وريشة الطير اللذين يسقطان من نفس الارتفاع. على عكس أرسطو، اقترح جاليليو أن سبب الاختلاف في سرعة الأجسام المتساقطة هو مقاومة الهواء. يُزعم أنه أسقط في نفس الوقت رصاصة بندقية ونواة مدفعية من برج بيزا المائل، والتي وصلت أيضًا إلى الأرض في وقت واحد تقريبًا، على الرغم من الاختلاف الكبير في الوزن.
لتأكيد استنتاجات G. Galileo، قام I. Newton بضخ الهواء من أنبوب زجاجي طويل وفي نفس الوقت ألقى ريشة طائر وعملة ذهبية في الأعلى. سقطت كل من الريشة والعملة المعدنية في قاع الأنبوب في وقت واحد تقريبًا. بعد ذلك، ثبت تجريبيا أنه في الهواء، وفي الفراغ، كان هناك تسارع في السقوط الحر للأجسام على الأرض.
ومع ذلك، فإن العلماء، بعد أن سجلوا وجود تسارع السقوط الحر للأجسام على الأرض، اقتصروا على استخلاص التبعيات الرياضية المعروفة فقط، والتي تجعل من الممكن قياس حجم هذا التسارع بدقة تامة. لكن الجوهر المادي لهذا التسارع ظل غير معلن.
أعتقد أن الجوهر المادي لهذه الظاهرة يكمن في وجود بيئة أثيرية نادرة حول الأرض. كلما اقترب الجسم الذي يسقط عليه من سطح الأرض، كلما كانت البيئة الأثيرية للكوكب أكثر تخلخلا وأسرع سقوط الجسم على سطحه. يمكن اعتبار هذا تأكيدًا واضحًا لمنطقنا حول طبيعة مجالات الجاذبية وآلية تفاعلاتها في الكون.
بالطبع، بياننا حول تفاعل مجالات الجاذبية للأجسام المادية، وليس حول التأثير المتبادل لجماهيرها، يتعارض مع آراء I. Newton التي تحظى باحترام كبير والمجتمع العلمي الحديث. ومع ذلك، تكريمًا للعبقرية العظيمة، فإننا ندرك بوضوح حقيقة أن الصيغة التي اشتقها هي إرشادية تمامًا وتسمح لنا بحق بحساب قوة تفاعل الجاذبية بين جسمين ماديين. وينبغي أيضًا الاعتراف بأن الصيغة النيوتونية تصف نتيجة الظاهرة، ولكنها لا تمس جوهرها المادي على الإطلاق.
وهكذا توصلنا إلى أن الرغبة المستمرة للمنطقة الأثيرية المتخلخلة لأي جسم مادي في الانتقال إلى حالة التوازن مع البيئة الأثيرية المحيطة بها، تقلل من حالتها المتوترة، بسبب انجذاب المناطق الأثيرية المتخلخلة الأخرى للأجسام المادية الأخرى إلى المنطقة. تشكل منطقة تخلخلها الأثيري منطقة مشتركة المعنى المادي للجاذبية أو تفاعل الجاذبية.
أي جسم مادي له خاصته مجال الجاذبية، ولكنها ليست مستقلة. يجري على الأرض، يتم دمج مجال الجاذبية هذا في مجال جاذبية واحد للكوكب. لا يمكن اعتبار مجال الجاذبية لأي جسم مادي إلا جزءًا من مجال الجاذبية للكوكب.