Човекот одамна ја знае силата што ги тера сите тела да паднат на Земјата. Но, до 17 век. Се веруваше дека само Земјата има посебна особина да привлекува тела лоцирани во близина на нејзината површина. Во 1667 година, Њутн сугерираше дека генерално силите на взаемна привлечност дејствуваат помеѓу сите тела. Тој ги нарече овие сили сили универзална гравитација.
Newутн ги открил законите за движење на телата. Според овие закони, движењето со забрзување е можно само под влијание на сила. Бидејќи телата што паѓаат се движат со забрзување, врз нив мора да се делува со сила насочена надолу кон Земјата.
Зошто не ја забележуваме взаемната привлечност помеѓу телата околу нас? Можеби ова се објаснува со фактот дека привлечните сили меѓу нив се премали?
Њутн можеше да покаже дека силата на привлекување помеѓу телата зависи од масите на двете тела и, како што се испостави, достигнува забележлива вредност само кога телата кои содејствуваат (или барем едно од нив) имаат доволно голема маса.
Забрзување слободен падсе одликува со iousубопитната карактеристика што ја има ова местоИстото за сите тела, за тела од која било маса. На прв поглед ова е многу чудна сопственост. На крајот на краиштата, од формулата што го изразува вториот Њутнов закон,
произлегува дека забрзувањето на телото треба да биде поголемо, колку е помала неговата маса. Телата со мала маса мора да паѓаат со поголемо забрзување од телата со голема маса. Искуството покажа (види § 20) дека забрзувањата на телата кои слободно паѓаат не зависат од нивната маса. Единственото објаснувањешто може да се најде во ова неверојатно
факт е дека самата сила со која Земјата привлекува тело е пропорционална на неговата маса т.е.
Навистина, во овој случај, на пример, удвојувањето на масата ќе ја удвои и силата, но забрзувањето, што е еднакво на односот, ќе остане непроменето. Њутн го направи овој единствен правилен заклучок: силата на универзалната гравитација е пропорционална на масата на телото на кое таа дејствува. Но, телата се привлекуваат едни со други. И според третиот закон на Њутн, силите со еднаква апсолутна вредност дејствуваат на двете привлечни тела. Ова значи дека силата на меѓусебната привлечност мора да биде пропорционална со масите на секое од привлечните тела. Тогаш двете тела ќе добијат забрзувања кои не зависат од нивните маси.
Ако силата е пропорционална со масите на секоја од телата за интеракција, тогаш ова значи дека е пропорционална со производот на масите на обете тела.
Од што друго зависи силата на взаемна привлечност помеѓу две тела? Њутн сугерираше дека тоа треба да зависи од растојанието помеѓу телата. Од искуството е добро познато дека во близина на земјата забрзувањето на слободниот пад е еднакво и истото е за телата што паѓаат од висина од 1, 10 или 100 м. Но, од ова сè уште не можеме да заклучиме дека забрзувањето не зависи од растојанието до Земјата. Њутн верувал дека растојанијата не треба да се бројат од површината на Земјата, туку од нејзиниот центар. Но, радиусот на Земјата е 6400 км. Затоа е јасно дека неколку десетици или стотици метри над површината на Земјата не можат значително да го променат забрзувањето на гравитацијата.
За да откриете како растојанието помеѓу телата влијае на силата на нивната меѓусебна привлечност, треба да знаете со кои тела за забрзување се движат на големи растојанија од површината на земјата.
Јасно е дека е тешко да се измери вертикалното забрзување на слободниот пад на телата лоцирани на надморска височина од неколку илјади километри над површината на земјата. Погодно е да се измери центрипеталното забрзување на телото што се движи низ земјата во круг под влијание на силата на гравитација кон земјата. Да потсетиме дека истата техника ја користевме и при проучувањето на еластичната сила. Го измеривме центрипеталното забрзување на цилиндар кој се движи во круг под влијание на оваа сила.
При проучувањето на силата на универзалната гравитација, самата природа им дојде на помош на физичарите и овозможи да се одреди забрзувањето на телото што се движи во круг околу Земјата. Такво тело е природен сателитЗемја - Месечина. На крајот на краиштата, ако претпоставката на Њутн е точна, тогаш мора да претпоставиме дека центрипеталното забрзување на Месечината додека се движи во круг околу Земјата е дадено од силата на нејзиното привлекување кон Земјата. Ако силата на гравитација помеѓу Месечината и Земјата не зависи од растојанието меѓу нив, тогаш центрипеталното забрзување на Месечината би било исто како и забрзувањето
слободен пад на телата во близина на површината на Земјата. Всушност, центрипеталното забрзување со кое Месечината се движи во својата орбита е еднакво, како што веќе знаеме (види вежба 16, задача 9), . И ова е приближно 3600 пати помалку од забрзувањето на телата што паѓаат во близина на Земјата. Во исто време, познато е дека растојанието од центарот на Земјата до центарот на Месечината е 384.000 km. Ова е 60 пати поголем од радиусотЗемјата, односно растојанието од центарот на Земјата до нејзината површина. Така, зголемувањето на растојанието помеѓу привлекувачките тела за 60 пати доведува до намалување на забрзувањето за 602 пати. Од ова можеме да заклучиме дека забрзувањето што им се дава на телата со силата на универзалната гравитација, а со тоа и самата оваа сила, е обратно пропорционално на квадратот на растојанието помеѓу телата кои содејствуваат.
Њутн дојде до овој заклучок.
Затоа, можеме да напишеме дека две масовни тела се привлекуваат едно кон друго со сила абсолутна вредностшто се изразува со формулата
каде е растојанието помеѓу телата, y е коефициентот на пропорционалност, ист за сите тела во природата. Овој коефициент на универзална гравитација се нарекува гравитациона константа.
Горенаведената формула го изразува законот за универзална гравитација откриен од Њутн:
Сите тела се привлекуваат едно кон друго со сила директно пропорционална на производот на нивните маси и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив.
Под влијание на универзалната гравитација, и двете планети се движат околу Сонцето и вештачки сателитиоколу Земјата.
Но, што треба да се разбере со растојанието помеѓу телата кои содејствуваат? Да земеме две тела со произволна форма (сл. 109). Веднаш се поставува прашањето: кое растојание треба да се замени во формулата за законот за универзална гравитација? Растојание помеѓу
најоддалечените точки на површината на двете тела или, обратно, растојанието помеѓу најблиските точки? Или можеби растојанието помеѓу некои други точки на телото?
Излегува дека формулата (1), изразувајќи го законот за универзална гравитација, е валидна кога растојанието помеѓу телата е толку големо во споредба со нивните големини што телата може да се сметаат за материјални точки. Кога се пресметува гравитационата сила меѓу нив, Земјата и Месечината, планетите и Сонцето може да се сметаат за материјални точки.
Ако телата имаат форма на топки, тогаш дури и ако нивните големини се споредливи со растојанието меѓу нив, тие се привлекуваат едни со други како материјални точки, кој се наоѓа во центрите на топчињата (сл. 110). Во овој случај, ова е растојанието помеѓу центрите на топчињата.
Формулата (1) може да се користи и при пресметување на силата на привлекување помеѓу топка со голем радиус и тело со произволна форма мали димензиисе наоѓа блиску до површината на топката (сл. 111). Тогаш димензиите на телото може да се занемарат во споредба со радиусот на топката. Токму тоа го правиме кога ќе ја земеме предвид привлечноста на различни тела кон земјината топка.
Силата на гравитацијата е уште еден пример за сила која зависи од положбата (координатите) на телото на кое дејствува оваа сила, во однос на телото кое го има ефектот. На крајот на краиштата, силата на гравитацијата зависи од растојанието помеѓу телата.
Сите ние чекориме по Земјата затоа што таа не привлекува. Ако Земјата не ги привлече сите тела на нејзината површина, тогаш ние би се оттурнале од неа и би летале во вселената. Но, тоа не се случува, и секој знае за постоењето на гравитацијата.
Дали ја привлекуваме Земјата? Месечината привлекува!
Дали ја привлекуваме Земјата кон себе? Смешно прашање, нели? Но, ајде да го сфатиме. Дали знаете што се плимата и осеката во морињата и океаните? Секој ден водата ги напушта бреговите, виси наоколу некаде непознато неколку часа, а потоа, како ништо да не се случило, се враќа назад.
Значи, водата во овој момент не е некаде непознато, туку приближно во средината на океанот. Таму се формира нешто како планина од вода. Неверојатно, нели? Водата, која има својство да се шири, не само што тече надолу, туку формира и планини. И во овие планини е концентрирана огромна маса на вода.
Само проценете го целиот волумен на вода што се оддалечува од бреговите за време на плимата и осеката и ќе го разберете тоа ние зборуваме заза огромни количини. Но, ако тоа се случи, мора да има некоја причина. И има причина. Причината лежи во фактот што оваа вода ја привлекува Месечината.
Додека Месечината се врти околу Земјата, таа минува над океаните и привлекува океанските води. Месечината се врти околу Земјата бидејќи е привлечена од Земјата. Но, излегува дека и таа самата ја привлекува Земјата кон себе. Земјата, сепак, е преголема за неа, но нејзиното влијание е доволно за да се движи водата во океаните.
Сила и закон на универзална гравитација: концепт и формула
Сега да одиме понатаму и да размислиме: ако две огромни тела, кои се во близина, се привлекуваат едно со друго, зарем не е логично да се претпостави дека и помалите тела ќе се привлекуваат? Дали тие се едноставно многу помали и нивната привлечна сила ќе биде мала?
Излегува дека оваа претпоставка е апсолутно точна. Помеѓу апсолутно сите тела во универзумот има сили на привлечност или, со други зборови, сили на универзална гравитација.
Исак tonутн беше првиот што го откри овој феномен и го формулира во форма на закон. Законот за универзална гравитација вели: сите тела се привлекуваат едно кон друго, а силата на нивното привлекување е директно пропорционална на масата на секое од телата и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив:
F = G * (m_1 * m_2) / r^2,
каде што F е големината на векторот на привлечност помеѓу телата, m_1 и m_2 се масите на овие тела, r е растојанието помеѓу телата, G е гравитациската константа.
Гравитационата константа е нумерички еднаква на силата што постои помеѓу телата на масата 1 кг лоцирана на растојание од 1 метар. Оваа вредност беше пронајдена експериментално: G=6,67*〖10〗^(-11) N* m^2⁄〖kg〗^2.
Враќајќи се на нашето првобитно прашање: „дали ја привлекуваме Земјата?“, можеме со сигурност да одговориме: „да“. Според третиот Њутнов закон, Земјата ја привлекуваме токму со истата сила со која Земјата не привлекува. Оваа сила може да се пресмета од законот за универзална гравитација.
И според вториот закон на Њутн, влијанието на телата едно врз друго со која било сила се изразува во форма на забрзување што тие си го даваат едни на други. Но, даденото забрзување зависи од масата на телото.
Масата на Земјата е голема и ни дава забрзување на гравитацијата. И нашата маса е занемарлива во споредба со Земјата, и затоа забрзувањето што и го даваме на Земјата е практично нула. Затоа сме привлечени од Земјата и одиме по неа, а не обратно.
Апсолутно сите материјални тела, и оние кои се наоѓаат директно на Земјата и оние кои постојат во Универзумот, постојано се привлекуваат едно кон друго. Фактот дека оваа интеракција не може секогаш да се види или почувствува само укажува дека привлечноста е во податоците конкретни случаирелативно слаб.
Интеракцијата помеѓу материјалните тела, која се состои од нивни постојан стремежедни на други, според основните физички термини, се нарекува гравитациона, додека самиот феномен на привлечност се нарекува гравитација.
Феноменот на гравитација е можен затоа што има гравитационо поле околу апсолутно секое материјално тело (вклучително и околу личност). Ова поле е посебен вид материја, од чие дејство ништо не може да се заштити и со помош на која едно тело дејствува на друго, предизвикувајќи забрзување кон центарот на изворот на ова поле. Токму тоа послужи како основа за универзалната гравитација, формулирана во 1682 година од англискиот натуралист и филозоф И.
Главниот концепт на овој закон е силата на гравитацијата, која, како што беше споменато погоре, не е ништо повеќе од резултат на влијанието гравитациско полеза ова или она материјално тело. лежи во фактот дека силата со која се јавува меѓусебното привлекување на телата и на Земјата и во вселена, директно зависи од производот на масата на овие тела и е во обратна врскаод растојанието што ги одвојува овие објекти.
Така, силата на гравитација, чија дефиниција ја дал самиот Њутн, зависи само од два главни фактори - масата на телата кои содејствуваат и растојанието меѓу нив.
Потврда дека овој феномензависи од масата на супстанцијата, може да се открие со проучување на интеракцијата на Земјата со телата што ја опкружуваат. Набргу по Њутн, друг познат научник, Галилео, убедливо покажа дека кога нашата планета на сите тела им дава исто забрзување. Ова е можно само ако телото кон Земјата директно зависи од масата на ова тело. Навистина, во овој случај, со неколкукратно зголемување на масата, силата на дејствувачката гравитација ќе се зголеми исто толку, додека забрзувањето ќе остане непроменето.
Ако продолжиме со оваа мисла и ја разгледаме интеракцијата на кои било две тела на површината на „сината планета“, можеме да дојдеме до заклучок дека на секое од нив дејствува истата сила од нашата „Мајка Земја“. Во исто време, потпирајќи се на познатиот закон формулиран од истиот Њутн, можеме со сигурност да кажеме дека големината на оваа сила директно ќе зависи од масата на телото, затоа гравитационата сила помеѓу овие тела е директно зависна од производот. на нивните маси.
За да докаже дека зависи од големината на јазот меѓу телата, Њутн морал да ја вклучи Месечината како „сојузник“. Одамна е утврдено дека забрзувањето со кое телата паѓаат на Земјата е приближно еднакво на 9,8 m/s^2, но Месечината во однос на нашата планета, како резултат на голем број експерименти, се покажа дека е еднаква на само 0,0027 m/s^2.
Така, силата на гравитацијата е најважна физичката количина, што објаснува многу процеси што се случуваат и на нашата планета и во околниот вселена.
Сер Исак Њутн, удрен со јаболко по глава, го изведе законот за универзална гравитација, кој вели:
Било кои две тела се привлекуваат едно кон друго со сила директно пропорционална на производот на масите на телото и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив:
F = (Gm 1 m 2)/R 2, каде
м1, м2- телесни маси
Р- растојание помеѓу центрите на телата
G = 6,67 10 -11 Nm 2 / kg- постојана
Дозволете ни да го одредиме забрзувањето на слободниот пад на површината на Земјата:
F g = m тело g = (Gm тело m Земја)/R 2
R (радиус на Земјата) = 6,38 10 6 m
m Земја = 5,97 10 24 kg
m тело g = (Gm тело m Земја)/R 2или g = (Gm Земја)/R 2
Ве молиме имајте предвид дека забрзувањето поради гравитацијата не зависи од масата на телото!
g = 6,67 10 -11 5,97 10 24 /(6,38 10 6) = 398,2/40,7 = 9,8 m/s 2
Претходно рековме дека гравитацијата ( гравитациска привлечност) се нарекуваат Тежина.
На површината на Земјата, тежината и масата на едно тело имаат иста вредност. Но, како што се оддалечувате од Земјата, тежината на телото ќе се намалува (бидејќи растојанието помеѓу центарот на Земјата и телото ќе се зголеми), а масата ќе остане константна (бидејќи масата е израз на инерцијата на тело). Масата се мери во килограми, тежина - во њутни.
Благодарение на силата на гравитацијата, небесните тела ротираат едно на друго: Месечината околу Земјата; Земјата околу Сонцето; Сонцето околу центарот на нашата галаксија, итн. Во овој случај, телата се држат со центрифугална сила, која е обезбедена од силата на гравитацијата.
Истото важи и за вештачки тела(сателити) кои орбитираат околу Земјата. Кругот околу кој се врти сателитот се нарекува орбита.
Во овој случај, центрифугална сила дејствува на сателитот:
F c = (m сателит V 2)/R
Сила на гравитација:
F g = (Gm сателит m Земјата)/R 2
F c = F g = (m сателит V 2)/R = (Gm сателит m Земјата)/R 2
V2 = (Gm Земја)/R; V = √(Gm Земја)/R
Користејќи ја оваа формула, можете да ја пресметате брзината на кое било тело што ротира во орбита со радиус Роколу Земјата.
Природен сателит на Земјата е Месечината. Да ја одредиме неговата линеарна брзина во орбитата:
Маса на земјата = 5,97 10 24 kg
Ре растојанието помеѓу центарот на Земјата и центарот на Месечината. За да го одредиме ова растојание, треба да додадеме три величини: радиусот на Земјата; радиус на Месечината; растојание од Земјата до Месечината.
R месечина = 1738 km = 1,74 10 6 m
R земја = 6371 km = 6,37 10 6 m
R zł = 384400 km = 384,4 10 6 m
Вкупно растојание помеѓу центрите на планетите: R = 392,5·10 6 m
Линеарна брзина на Месечината:
V = √(Gm Земја)/R = √6,67 10 -11 5,98 10 24 /392,5 10 6 = 1000 m/s = 3600 km/h
Месечината се движи во кружна орбита околу Земјата со линеарна брзинаВ 3600 km/h!
Сега да го одредиме периодот на револуција на Месечината околу Земјата. За време на нејзиниот орбитален период, Месечината патува далечина еднаква на должинатаорбити - 2πR. Орбитална брзинаМесечини: V = 2πR/T; на другата страна: V = √(Gm Земја)/R:
2πR/T = √(Gm Земја)/R оттука T = 2π√R 3 /Gm Земја
Т = 6,28 √(60,7 10 24)/6,67 10 -11 5,98 10 24 = 3,9 10 5 секунди
Периодот на обиколување на Месечината околу Земјата е 2.449.200 секунди или 40.820 минути или 680 часа или 28,3 дена.
1. Вертикална ротација
Претходно, во циркусите имаше многу популарен трик во кој велосипедист (мотоциклист) правеше целосен пресвртвнатре во круг лоциран вертикално.
Која минимална брзина треба да има каскадерот за да избегне паѓање на врвот?
За да ја помине горната точка без да падне, телото мора да има брзина што создава центрифугална сила која би ја компензирала силата на гравитацијата.
Центрифугална сила: F c = mV 2 / R
Гравитација: F g = mg
F c = F g; mV2/R = mg; V = √Rg
Повторно, забележете дека телесната тежина не е вклучена во пресметките! Ве молиме имајте предвид дека ова е брзината што телото треба да ја има на врвот!
Да претпоставиме дека во циркуската арена има круг со радиус од 10 метри. Ајде да ја пресметаме сигурната брзина за трикот:
V = √Rg = √10 9,8 = 10 m/s = 36 km/h
Не само најмистериозните од силите на природата, но и најмоќниот.
Човек на патот на напредокот
Историски се покажа дека Човечкидодека се движи напред начини на напредокги совладал сè помоќните сили на природата. Почна кога немаше ништо друго освен стап стегнат во тупаница и сопствена физичка сила.
Но, тој беше мудар и ја внесе физичката сила на животните во својата служба, правејќи ги припитомени. Коњот го забрза трчањето, камилата ја направи пустината проодна, слонот ја направи мочурливата џунгла. Но физичка силадури и најсилните животни се неизмерно слаби пред силите на природата.
Човекот беше првиот што го потчини елементот на оган, но само во неговите најослабени верзии. Отпрвин - многу векови - користел само дрво како гориво - многу нискоенергетски тип на гориво. Нешто подоцна, тој научи да го користи овој извор на енергија за да ја користи енергијата на ветрот, човекот го подигна белото крило на едрото во воздух - и лесниот брод полета како птица по брановите.
Едрилица на брановите
Тој ги изложи сечилата на налетите на ветрот ветерница- и тешките камења на воденичките камења почнаа да се вртат, а толчниците на жито водениците почнаа да штракаат. Но, на сите им е јасно дека енергијата на воздушните млазници е далеку од концентрирана. Покрај тоа, и едрото и ветерницата се плашеа од ударите на ветрот: бурата ги скина едрата и ги потопи бродовите, бурата ги скрши крилјата и ги преврте водениците.
Дури и подоцна, човекот почна да освојува проточна вода. Тркалото не е само најпримитивните уреди способни да ја претворат водената енергија во ротационо движење, но и најмалку моќни во споредба со различните.
Човекот одеше секогаш напред по скалата на напредокот и му требаше сè големи количиниенергија.
Тој почна да користи нови видови гориво - веќе се префрли на согорување јагленго подигна енергетскиот интензитет на килограм гориво од 2500 kcal на 7000 kcal - речиси три пати. Тогаш дојде време за нафта и гас. Енергетската содржина на секој килограм фосилно гориво повторно се зголеми за еден и пол до два пати.
Пареата мотори ги заменија турбините со пареа; Милските тркала беа заменети со хидраулични турбини. Потоа, човекот ја подаде раката кон атомот на ураниум што се расцепува. Сепак, првата употреба на нов вид енергија имаше трагични последици - нуклеарниот пожар на Хирошима во 1945 година изгоре 70 илјади човечки срца за неколку минути.
Во 1954 година, првиот советски свет во светот нуклеарна централа, трансформирајќи ја моќта на ураниумот во силата на зрачењето на електричната струја. И треба да се забележи дека килограм ураниум содржи два милиони пати повеќе енергија од килограм најдобра нафта.
Ова беше фундаментално нов пожар, кој може да се нарече физички, бидејќи физичарите ги проучуваа процесите што водат до раѓање на такви чудесни количини на енергија.
Ураниумот не е единственото нуклеарно гориво. Веќе се користи помоќен тип на гориво - водородни изотопи.
За жал, човекот сè уште не можел да го потчини нуклеарниот пламен водород-хелиум. Тој знае како да го запали својот сеопфатен оган за момент, разгорувајќи ја реакцијата хидрогенска бомбаблесок на експлозија на ураниум. Но, се чини дека се поблиску и поблиску до научниците и водороден реакторкој ќе роди електрична енергијакако резултат на фузија на јадрата на водородниот изотоп во јадра на хелиум.
Повторно, количината на енергија што едно лице може да ја земе од секој килограм гориво ќе се зголеми речиси десет пати. Но, дали овој чекор ќе биде последен во претстојната историја на моќта на човештвото над силите на природата?
Не! Напред е совладување на гравитациската форма на енергија. Таа е уште попретпазливо спакувана по природа дури и од енергијата на фузија на водород-хелиум. Денес ова е најконцентрираната форма на енергија што човек може дури и да ја замисли.
Ништо понатаму не е видливо таму, надвор од најсовремената наука. И иако можеме со сигурност да кажеме дека електраните ќе работат за луѓето, претворајќи ја гравитационата енергија во електрична струја (а можеби и во млаз гас што излегува од млазницата млазен мотор, или во планираните трансформации на сеприсутните атоми на силициум и кислород во атоми на ултра-ретки метали), сè уште не можеме да кажеме ништо за деталите за таква електрана (ракетен мотор, физички реактор).
Силата на универзалната гравитација на почетокот на раѓањето на галаксиите
Силата на универзалната гравитација е во потеклото на раѓањето на галаксиитеод престеларна материја, како во Академик е убеденВ.А. Амбарцумјан. Ги гасне ѕвездите кои го потрошиле своето време, откако го потрошиле ѕвезденото гориво што им било дадено при раѓањето.
Погледнете околу себе: сè овде на Земјата е во голема мера контролирано од оваа сила.
Токму тоа ја одредува слоевитата структура на нашата планета - алтернацијата на литосферата, хидросферата и атмосферата. Таа е таа што држи дебел слој воздушни гасови, на чие дно и благодарение на сите ние постоиме.
Без гравитација, Земјата веднаш би испаднала од својата орбита околу Сонцето, а самата земјина топка би се распаднала, растргната од центрифугалните сили. Тешко е да се најде нешто што не би било, до еден или друг степен, зависно од силата на универзалната гравитација.
Се разбира, античките филозофи, многу внимателни луѓе, не можеа а да не забележат дека каменот фрлен нагоре секогаш се враќа. Платон во 4 век п.н.е. река се пробива кон морето, чадот од огнот брза кон нејзините сродни облаци.
Ученикот на Платон, Аристотел, појасни дека сите тела имаат посебни својстватежина и леснотија. Тешки тела - камења, метали - брзаат кон центарот на Универзумот, лесни тела - оган, чад, испарувања - кон периферијата. Оваа хипотеза, која објаснува некои феномени поврзани со силата на универзалната гравитација, постои повеќе од 2 илјади години.
Научниците за силата на универзалната гравитација
Веројатно првиот што го постави прашањето сила на универзална гравитацијанавистина научно, постоел гениј од ренесансата - Леонардо да Винчи. Леонардо објави дека гравитацијата не е единствена само за Земјата, дека има многу центри на гравитација. И тој исто така ја изрази идејата дека силата на гравитација зависи од растојанието до центарот на гравитација.
Делата на Коперник, Галилео, Кеплер, Роберт Хук се поблиску и поблиску до идејата за законот за универзална гравитација, но во својата конечна формулација овој закон е засекогаш поврзан со името на Исак Њутн.
Исак Њутн за силата на универзалната гравитација
Роден на 4 јануари 1643 година. Cumshot Универзитетот во Кембриџ, станал дипломец, па магистер на науки.
Исак Њутн Сè понатаму е бескрајно богатство научни трудови. Но, неговото главно дело е „Математички принципи на природната филозофија“, објавено во 1687 година и обично се нарекува едноставно „Принципи“. Во нив се формулира големото. Веројатно сите го паметат од средно училиште.
Сите тела се привлекуваат со сила директно пропорционална на производот на масите на овие тела и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив...
Некои од одредбите на оваа формулација можеа да ги предвидат претходниците на Њутн, но никој никогаш не успеал да го постигне во целост. На генијалноста на Њутн му требаше да ги собере овие фрагменти во една целина за да ја прошири гравитацијата на Земјата до Месечината, а Сонцето до целиот планетарен систем.
Од законот за универзална гравитација, Њутн ги заклучил сите закони за планетарно движење кои претходно ги открил Кеплер. Тие се покажаа едноставно како нејзини последици. Згора на тоа, Њутн покажа дека не само законите на Кеплер, туку и отстапувањата од овие закони (во светот на три или повеќе тела) се последица на универзалната гравитација... Ова беше голем триумф на науката.
Се чинеше дека конечно е откриено и математички опишано главната силаприродата, која ги движи световите, силата што ги контролира молекулите на воздухот, јаболката и Сонцето. Чекорот што го направи Њутн беше гигантски, неизмерно огромен.
Првиот популаризатор на делата на брилијантниот научник, францускиот писател Франсоа Мари Аруе, светски познат под псевдонимот Волтер, рече дека Њутн одеднаш сфатил дека постои законот именуван по него кога погледнал во јаболко што паѓа.
Самиот Њутн никогаш не го спомнал ова јаболко. И едвај вреди да се губи време денес за да се побие ова убава легенда. И, очигледно, до разбирање голема моќЊутн дошол во природата со логично размислување. Веројатно, тоа беше вклучено во соодветното поглавје на „Почетоци“.
Силата на универзалната гравитација влијае на летот на јадрото
Да претпоставиме дека многу висока планина, толку високо што нејзиниот врв е веќе надвор од атмосферата, поставивме џиновско артилериско парче. Нејзиното барел беше поставено строго паралелно со површината глобуси пукал. Откако го опишав лакот, јадрото паѓа на Земјата.
Го зголемуваме полнењето, го подобруваме квалитетот на барутот и на еден или друг начин го принудуваме топовското ѓубре да се движи со поголема брзина по следниот истрел. Лакот опишан од јадрото станува порамен. Јадрото паѓа многу подалеку од подножјето на нашата планина.
Го зголемуваме полнењето и пукаме. Јадрото лета по толку рамна траекторија што се спушта паралелно со површината на земјината топка. Јадрото повеќе не може да падне на Земјата: со истата брзина со која се намалува, Земјата бега од под неа. И, откако го опиша прстенот околу нашата планета, јадрото се враќа на точката на поаѓање.
Пиштолот може да се отстрани во меѓувреме. На крајот на краиштата, летот на јадрото околу земјината топка ќе трае повеќе од еден час. И тогаш јадрото брзо ќе прелета над врвот на планината и ќе тргне на нов лет околу Земјата. Ако, како што се договоривме, јадрото не доживее никаков воздушен отпор, тоа никогаш нема да може да падне.
За ова, основната брзина треба да биде блиску до 8 km/s. Што ако ја зголемиме брзината на летот на јадрото? Прво ќе лета во лак, порамно од кривината површината на земјата, и ќе почне да се оддалечува од Земјата. Во исто време, неговата брзина ќе се намали под влијание на гравитацијата на Земјата.
И конечно, свртувајќи се, ќе почне да паѓа назад на Земјата, но ќе прелета покрај неа и ќе затвори не круг, туку елипса. Јадрото ќе се движи околу Земјата точно на ист начин како што Земјата се движи околу Сонцето, имено по елипса, во едно од жариштата на кои ќе се наоѓа центарот на нашата планета.
Ако дополнително ја зголемите почетната брзина на јадрото, елипсата ќе стане повеќе растегната. Можете да ја истегнете оваа елипса така што јадрото ќе достигне лунарната орбитаили уште многу подалеку. Но до Почетна брзинаова јадро нема да надмине 11,2 км/сек, ќе остане сателит на Земјата.
Јадрото, кое доби брзина од над 11,2 км/сек при пукање, засекогаш ќе одлета од Земјата по параболична траекторија. Ако елипсата е затворена крива, тогаш параболата е крива која има две гранки кои одат до бесконечност. Движејќи се по елипса, колку и да е издолжена, неизбежно ќе се вратиме систематски на почетната точка. Движејќи се по парабола, во Почетна точкаНикогаш нема да се вратиме.
Но, откако ја напушти Земјата со оваа брзина, јадрото сè уште нема да може да лета до бесконечност. Моќната гравитација на Сонцето ќе ја свитка траекторијата на неговиот лет, затворајќи ја околу себе како траекторија на планета. Јадрото ќе стане сестра на Земјата, независна мала планета во нашето семејство на планети.
Со цел да се насочи јадрото подалеку Планетарниот систем, за да се надмине сончевата гравитација, треба да му дадете брзина од над 16,7 км/сек, и да ја насочите така што брзината ќе се додаде на оваа брзина сопствено движењеЗемјата.
Брзината од околу 8 км/сек (оваа брзина зависи од висината на планината од која пука нашиот топ) се нарекува кружна брзина, брзините од 8 до 11,2 км/сек се елипсовидни, од 11,2 до 16,7 км/сек се параболични, а над оваа бројка - со ослободувачки брзини.
Овде треба да се додаде дека дадените вредности на овие брзини важат само за Земјата. Кога би живееле на Марс, кружната брзина би била многу полесно остварлива за нас - таа е само околу 3,6 км/сек, а параболичната брзина е само малку поголема од 5 км/сек.
Но, испраќањето на јадрото во вселената од Јупитер би било многу потешко отколку од Земјата: кружната брзина на оваа планета е 42,2 км/сек, а параболичната брзина е дури 61,8 км/сек!
На жителите на Сонцето би им било најтешко да го напуштат својот свет (ако, се разбира, таков би можел да постои). Кружната брзина на овој гигант треба да биде 437,6, а брзината на отцепување - 618,8 км/сек!
Па tonутн крајот на XVIIвек, сто години пред првиот лет исполнет со топол воздух балон на топол воздухБраќата Монтголфие, двесте години пред првите летови на авионот на браќата Рајт и речиси четвртина милениум пред полетувањето на првите ракети со течно гориво, го покажаа патот кон небото за сателити и вселенски летала.
Силата на универзалната гравитација е вродена во секоја сфера
Со користење на закон за универзална гравитацијабеа отворени непознати планети, создаден космогониски хипотезипотекло сончев систем. Главната сила на природата, која ги контролира ѕвездите, планетите, јаболката во градината и молекулите на гасот во атмосферата, е откриена и математички опишана.
Но, не го знаеме механизмот на универзалната гравитација. Њутновата гравитација не објаснува, туку јасно претставува моментална состојбапланетарните движења.
Не знаеме што ја предизвикува интеракцијата на сите тела во Универзумот. И не може да се каже дека Њутн не бил заинтересиран за оваа причина. Долги години размислуваше за неговиот можен механизам.
Патем, ова е навистина исклучително мистериозна моќ. Сила која се манифестира низ стотици милиони километри простор, лишена на прв поглед од какви било материјални формации со чија помош би можело да се објасни преносот на интеракцијата.
Хипотези на Newутн
И Њутнприбегнат кон хипотезаза постоењето на одреден етер кој наводно го исполнува целиот универзум. Во 1675 година, тој ја објасни привлечноста кон Земјата со фактот дека етерот, кој го исполнува целиот универзум, ита во непрекинати текови кон центарот на Земјата, заробувајќи ги сите предмети во ова движење и создавајќи ја силата на гравитација. Истиот проток на етер ита кон Сонцето и, носејќи со него планети и комети, ги обезбедува нивните елипсовидни траектории...
Ова не беше многу убедлива хипотеза, иако беше апсолутно математички логична. Но, тогаш, во 1679 година, Њутн создаде нова хипотеза објаснувајќи го механизмот на гравитацијата. Овој пат тој му дава на етерот својство да има различни концентрации во близина на планетите и далеку од нив. Колку подалеку од центарот на планетата, етерот наводно е погуст. И има својство да ги истисне сите материјални тела од нивните погусти слоеви во помалку густи. И сите тела се истиснати на површината на Земјата.
Во 1706 година, Њутн остро го негирал самото постоење на етерот. Во 1717 година, тој повторно се вратил на хипотезата за екструдирање на етер.
Брилијантниот мозок на Њутн се бореше со решението голема тајнаи не ја најде. Ова го објаснува таквото остро фрлање од страна на страна. Newутн сакаше да каже:
Јас не правам хипотези.
И иако, штом успеавме да потврдиме, тоа не е сосема точно, нешто друго може да се каже со сигурност: Њутн знаел јасно да прави разлика помеѓу неспорните работи и нестабилните и контроверзни хипотези. И во „Принципи“ има формула за големиот закон, но нема обиди да се објасни неговиот механизам.
Големиот физичар оваа загатка му ја остави во аманет на човекот на иднината. Починал во 1727 година.
До денес не е решено.
Дискусијата за физичката суштина на Њутновиот закон траеше два века. И можеби оваа дискусија не би се однесувала на самата суштина на законот ако одговори точно на сите прашања поставени од него.
Но, факт е дека со текот на времето се покажа дека овој закон не е универзален. Дека има случаи кога не може да ја објасни оваа или онаа појава. Ајде да дадеме примери.
Силата на универзалната гравитација во пресметките на Силигер
Првиот од нив е парадоксот на Силигер. Сметајќи дека Универзумот е бесконечен и рамномерно исполнет со материја, Зелигер се обидел да ја пресмета, користејќи го Њутновиот закон, силата на универзалната гравитација создадена од целата бесконечно голема маса. Бесконечен универзумВо одреден момент од тоа.
Ова не беше лесна задача од гледна точка на чиста математика. Откако ги надмина сите тешкотии на најсложените трансформации, Зелигер утврди дека саканата сила на универзалната гравитација е пропорционална со радиусот на Универзумот. И бидејќи овој радиус е еднаков на бесконечноста, тогаш гравитационата сила мора да биде бесконечно голема. Сепак, во пракса ние не го набљудуваме ова. Ова значи дека законот за универзална гравитација не важи за целиот универзум.
Сепак, можни се и други објаснувања за парадоксот. На пример, можеме да претпоставиме дека материјата не го исполнува рамномерно целиот универзум, но нејзината густина постепено се намалува и, конечно, некаде многу далеку, воопшто нема материја. Но, да се замисли таква слика значи да се признае можноста за постоење на простор без материја, што е генерално апсурдно.
Можеме да претпоставиме дека силата на универзалната гравитација слабее побрзо отколку што се зголемува квадратот на растојанието. Но, ова ја доведува во прашање неверојатната хармонија на Њутновиот закон. Не, и ова објаснување не ги задоволи научниците. Парадоксот остана парадокс.
Набљудувања на движењето на Меркур
Друг факт, дејството на силата на универзалната гравитација, необјаснето со Њутновиот закон, донесе набљудување на движењето на Меркур- најблиску до планетата. Точните пресметки со Њутновиот закон покажаа дека перхелот - точката на елипсата по која Меркур се движи најблиску до Сонцето - треба да се поместува за 531 лачна секунда на 100 години.
А астрономите утврдиле дека ова поместување е еднакво на 573 лачни секунди. Овој вишок - 42 лак секунди - исто така не можеше да се објасни од научниците, користејќи само формули кои произлегуваат од Њутновиот закон.
Тој го објасни парадоксот на Силигер, поместувањето на перихелот на Меркур и многу други парадоксални феномени и необјаснети факти Алберт Ајнштајн, еден од најголемите, ако не и најголем голем физичарна сите времиња и народи. Меѓу досадните ситници беше и прашањето за етеричен ветер.
Експериментите на Алберт Мајкелсон
Се чинеше дека ова прашање не се однесува директно на проблемот со гравитацијата. Тој се поврза со оптика, со светлина. Поточно, да се одреди неговата брзина.
Брзината на светлината прв ја одредил дански астроном Олаф Ромер, набљудување на затемнувањето на сателитите на Јупитер. Ова се случило во 1675 година.
американски физичар Алберт МајкелсонВ крајот на XVIIIвек, извршил низа определувања на брзината на светлината под копнени услови, користејќи го апаратот што тој го дизајнирал.
Во 1927 година, тој и даде на брзината на светлината вредност од 299796 + 4 км/сек - ова беше одлична точност за тие времиња. Но, поентата е поинаква. Во 1880 година, тој одлучи да го истражи етеричниот ветер. Тој сакаше конечно да го утврди постоењето на самиот тој етер, чие присуство се обидоа да го објаснат и преносот на гравитациската интеракција и преносот на светлосните бранови.
Мајкелсон беше веројатно највпечатливиот експерименталист во своето време. Имаше одлична опрема. И тој беше речиси сигурен во успехот.
Суштината на искуството
Искуствобеше наменет на овој начин. Земјата се движи во својата орбита со брзина од околу 30 км/сек. Се движи низ етерот. Ова значи дека брзината на светлината од изворот што стои пред приемникот во однос на движењето на Земјата мора да биде поголема отколку од изворот што стои на другата страна. Во првиот случај, брзината на етеричниот ветер мора да се додаде на брзината на светлината; во вториот случај, брзината на светлината мора да се намали за оваа количина.
Се разбира, брзината на орбитата на Земјата околу Сонцето е само десет илјадити дел од брзината на светлината. Многу е тешко да се открие толку мал термин, но не е за ништо што Мајкелсон беше наречен крал на точноста. Тој користел паметен метод за да ја долови „суптилната“ разлика во брзината на светлосните зраци.
Тој го подели зракот на два еднакви струи и ги насочи во меѓусебно нормални насоки: по меридијанот и по паралелата. Откако се рефлектираа од огледалата, зраците се вратија. Ако зракот што патува по паралела бил под влијание на етеричниот ветер, кога ќе се додаде на меридијалниот зрак, би се појавиле интерферентни рабови, а брановите на двата зраци би биле надвор од фаза.
Сепак, на Мајкелсон му беше тешко да ги измери патеките на двата зраци со толку голема точност, така што тие беа апсолутно идентични. Така, тој го направи апаратот така што нема пречки, а потоа го ротира за 90 степени.
Меридијалниот зрак стана географски широчински и обратно. Ако има етеричен ветер, под окуларот треба да се појават црни и светли ленти! Но, тие не беа таму. Можеби, при вртење на апаратот, научникот го поместил.
Го постави напладне и го обезбеди. На крајот на краиштата, покрај тоа што ротира и околу оската. И затоа во различно времеден, снопот на географската широчина зазема различна позиција во однос на етеричниот ветер што доаѓа. Сега, кога уредот е строго неподвижен, може да се увери во точноста на експериментот.
Повторно немаше пречки. Експериментот бил изведен многу пати, а Мајкелсон, а со него и сите тогашни физичари биле воодушевени. Не е откриен етеричен ветер! Светлината се движеше во сите правци со иста брзина!
Никој не можеше да го објасни ова. Мајкелсон го повторуваше експериментот повторно и повторно, ја подобруваше опремата и конечно постигна речиси неверојатна прецизност на мерењето, ред на големина поголем од она што беше неопходно за успех на експериментот. И повторно ништо!
Експериментите на Алберт Ајнштајн
Следниот голем чекор во познавање на силата на универзалната гравитацијаправеше Алберт Ајнштајн.
Еднаш го прашале Алберт Ајнштајн:
Како дојдовте до вашиот посебна теоријарелативност? Под кои околности ве погоди брилијантната идеја? Научникот одговорил: „Отсекогаш си замислував дека е така“.
Можеби не сакаше да биде искрен, можеби сакаше да се ослободи од досадниот соговорник. Но, тешко е да се замисли откриени од АјнштајнИдејата за врските помеѓу времето, просторот и брзината беше вродена.
Не, се разбира, прво блесна претпоставка, светла како молња. Потоа започна неговиот развој. Не, нема противречности со познатите појави. И тогаш се појавија тие пет страници, исполнети со формули кои беа објавени во физички дневник. Отворени страници нова ераво физиката.
Замислете ѕвезден брод како лета во вселената. Веднаш да ве предупредиме: вселенскиот брод е многу уникатен, истиот за кој зборувате фантастични приказнине го прочитав. Неговата должина е 300 илјади километри, а брзината е, да речеме, 240 илјади км/сек. И овој вселенски брод лета покрај една од средните платформи во вселената, без да застане на неа. Со полна брзина.
Еден од неговите патници стои на палубата на ѕвездениот брод со часовник. А јас и ти, читателу, стоиме на платформа - нејзината должина мора да одговара на големината на ѕвездениот брод, односно 300 илјади километри, бидејќи во спротивно нема да може да слета на неа. А во рацете имаме и часовник.
Забележуваме: во тој момент, кога носот на вселенскиот брод стигна до задниот раб на нашата платформа, на него светна фенер, осветлувајќи го просторот што го опкружува. Една секунда подоцна, зракот светлина стигна до предниот раб на нашата платформа. Не се сомневаме во ова, бидејќи ја знаеме брзината на светлината и успеавме точно да го откриеме соодветниот момент на часовникот. И на ѕвездениот брод...
Но, кон зракот светлина леташе и ѕвезден брод. И дефинитивно видовме дека светлината ја осветли својата строга во моментот кога беше некаде блиску до средината на платформата. Дефинитивно видовме дека зракот светлина не помина 300 илјади километри од лакот до задниот дел на бродот.
Но, патниците на палубата на ѕвездата се сигурни во нешто друго. Тие се уверени дека нивниот сноп го поминал целото растојание од лакот до крмата од 300 илјади километри. На крајот на краиштата, тој потроши цела секунда на ова. Тие, исто така, апсолутно точно го открија ова на нивниот часовник. А како би можело да биде поинаку: на крајот на краиштата, брзината на светлината не зависи од брзината на изворот...
Како тоа? Ние гледаме едно нешто од стационарна платформа, а тие гледаат нешто друго на палубата на ѕвездата? Што е проблемот?
Ајнштајновата теорија на релативноста
Треба веднаш да се забележи: Ајнштајновата теорија на релативностана прв поглед, тоа апсолутно е во спротивност со нашето воспоставено разбирање за структурата на светот. Можеме да кажеме дека тоа е во спротивност и со здравиот разум, како што сме навикнати да го претставуваме. Ова се случило повеќе од еднаш во историјата на науката.
Но, откривањето на сферичната форма на Земјата исто така противречи на здравиот разум. Како можат да живеат спротивна страналуѓе и да не падне во бездна?
За нас сферичноста на Земјата е несомнен факт и од гледна точка Здрав разумсекоја друга претпоставка е бесмислена и дива. Но, отстапете од вашето време, замислете го првото појавување на оваа идеја и ќе ви стане јасно колку би било тешко да се прифати.
Па, дали би било полесно да се признае дека Земјата не е неподвижна, туку лета по својата траекторија десетици пати побрзо од топовско ѓубре?
Сето тоа беа неуспеси на здравиот разум. Затоа современите физичариникогаш не се повикуваат на тоа.
Сега да се вратиме на специјалната теорија на релативноста. Светот првпат ја препозна во 1905 година од една статија потпишана од малкумина познато име- Алберт Ајнштајн. А тој тогаш имаше само 26 години.
Ајнштајн направил многу едноставна и логична претпоставка од овој парадокс: од гледна точка на набљудувач на платформата, поминало помалку време во кочија во движење отколку што е мерено со вашиот рачен часовник. Во кочијата, текот на времето забави во споредба со времето на стационарната платформа.
Апсолутно неверојатни работи логично произлегоа од оваа претпоставка. Се испостави дека човек кој оди на работа во трамвај, во споредба со пешак кој оди на ист начин, не само што заштедува време поради брзината, туку му оди и побавно.
Сепак, не се обидувајте на овој начин да ја зачувате вечната младост: дури и ако станете возач на трамвај и поминете третина од животот на трамвај, тешко дека ќе добиете за 30 години повеќе од милиондел од секундата. За добивката на време да стане забележлива, треба да се движите со брзина блиска до брзината на светлината.
Излегува дека зголемувањето на брзината на телата се рефлектира во нивната маса. Како поблиска брзинатело со брзина на светлината, толку е поголема неговата маса. Кога брзината на едно тело е еднаква на брзината на светлината, неговата маса е еднаква на бесконечноста, т.е е поголема од масата на Земјата, Сонцето, Галаксијата, целиот наш универзум... Ова е масата што може да се концентрира во едноставна калдрма, забрзувајќи ја до брзина
Света!
Ова наметнува ограничување што не дозволува ниту едно материјално тело да развие брзина, еднаква на брзинатаСвета. На крајот на краиштата, како што расте масата, станува сè потешко да се забрза. И бесконечна маса не може да се помести од нејзиното место со никаква сила.
Сепак, природата направи многу важен исклучок од овој закон за цела класа на честички. На пример, за фотоните. Тие можат да се движат со брзина на светлината. Поточно, тие не можат да се движат со друга брзина. Незамисливо е да се замисли неподвижен фотон.
Кога е во мирување, нема маса. Неутрините исто така немаат маса за одмор, а исто така се осудени на вечен неконтролиран лет низ вселената со максимална можна брзина во нашиот Универзум, без да ја претекнат светлината или да заостанат зад неа.
Зарем не е вистина дека секоја од последиците на специјалната теорија на релативноста што ја наведовме е изненадувачка и парадоксална! И секој, се разбира, е во спротивност со „здравиот разум“!
Но, еве што е интересно: не во нивната специфична форма, туку како широка филозофска позиција, сите овие неверојатни последици беа предвидени од основачите на дијалектичкиот материјализам. Што укажуваат овие резултати? За врските што меѓусебно ги поврзуваат енергијата и масата, масата и брзината, брзината и времето, брзината и должината на објектот во движење...
Откритието на Ајнштајн за меѓусебната зависност, како цементот (повеќе детали:), поврзувајќи ги заедно арматурата или камен-темелникот, ги спои нештата и феномените кои претходно изгледаа независни едни од други и ја создаде основата врз која, за прв пат во историјата на науката , се чинеше можно да се изгради хармонична зграда. Оваа зграда е идеја за тоа како функционира нашиот Универзум.
Но, прво, барем неколку зборови за општата теорија на релативноста, исто така создадена од Алберт Ајнштајн.
Алберт Ајнштајн Ова име е општа теоријарелативност - не соодветствува сосема со содржината на теоријата за која ќе разговараме. Ја воспоставува меѓусебната зависност помеѓу просторот и материјата. Очигледно би било поправилно да се нарече простор-време теорија, или теорија на гравитација.
Но, ова име стана толку испреплетено со теоријата на Ајнштајн што дури и покренувањето на прашањето за негова замена сега изгледа непристојно за многу научници.
Општата теорија на релативноста ја утврди меѓузависноста помеѓу материјата и времето и просторот што ја содржат. Се покажа дека просторот и времето не само што не можат да се замислат дека постојат одделно од материјата, туку нивните својства зависат и од материјата што ги исполнува.
Почетна точка за расудување
Затоа, можеме само да укажеме Почетна точкаи да даде некои важни заклучоци.
Прво патување во вселенатаНеочекувана катастрофа ја уништи библиотеката, колекцијата филмови и другите складишта на умот и меморијата на луѓето кои летаат низ вселената. И природата на родната планета беше заборавена во промената на вековите. Дури и законот за универзална гравитација е заборавен, бидејќи ракетата лета во меѓугалактичкиот простор, каде што речиси и не се чувствува.
Сепак, моторите на бродот работат одлично, а снабдувањето со енергија во батериите е практично неограничено. ПовеќетоСо текот на времето, бродот се движи по инерција, а неговите жители се навикнати на бестежинска состојба. Но, понекогаш тие ги вклучуваат моторите и го успоруваат или забрзуваат движењето на бродот. Кога млазните млазници пламнуваат во празнината со безбоен пламен и бродот се движи со забрзано темпо, жителите чувствуваат дека нивните тела стануваат тешки, тие се принудени да шетаат околу бродот и да не летаат по ходниците.
И сега летот е блиску до завршување. Бродот лета до една од ѕвездите и паѓа во орбитата на најпогодната планета. Вселенските бродови излегуваат надвор, шетаат по земја покриена со свежо зеленило, постојано доживувајќи го истото чувство на тежина, познато од времето кога бродот се движеше со забрзано темпо.
Но, планетата се движи рамномерно. Таа не може да лета кон нив со постојано забрзување z 9,8 m/s2! И тие ја имаат првата претпоставка дека гравитационото поле (гравитациона сила) и забрзувањето го даваат истиот ефект, а можеби и имаат заедничка природа.
Никој од нашите земски современици не беше на толку долг лет, но многумина го почувствуваа феноменот на „тежина“ и „осветлување“ на нивното тело. Дури и обичен лифт, кога се движи со забрзано темпо, го создава ова чувство. Како што се спуштате се чувствувате ненадејна загубатежина, при кревање, напротив, подот ги притиска вашите стапала со поголема сила од вообичаеното.
Но, едно чувство не докажува ништо. На крајот на краиштата, сензациите се обидуваат да не убедат дека Сонцето се движи по небото околу неподвижната Земја, дека сите ѕвезди и планети се на исто растојание од нас, на сводот итн.
Научниците подложени на сензации експериментално тестирање. Њутн размислувал и за чудниот идентитет на двата феномени. Тој се обиде да им даде нумерички карактеристики. Измерувајќи ја гравитацијата и , тој беше убеден дека нивните вредности секогаш се строго еднакви една со друга.
Нишалата на пилот-погонот ги направил од секакви материјали: сребро, олово, стакло, сол, дрво, вода, злато, песок, пченица. Резултатот беше ист.
Принцип на еквивалентност, за која зборуваме, е основата на општата теорија на релативноста, иако модерна интерпретацијана теоријата повеќе не и е потребен овој принцип. Прескокнувајќи ги математичките заклучоци што произлегуваат од овој принцип, да преминеме директно на некои последици од општата теорија на релативноста.
Достапност големи масиматеријата во голема мера влијае на околниот простор. Тоа доведува до такви промени во него што може да се дефинираат како хетерогеност на просторот. Овие нехомогености го насочуваат движењето на сите маси кои се наоѓаат во близина на телото кое привлекува.
Обично тие прибегнуваат кон оваа аналогија. Замислете платно испружено цврсто на рамка паралелна со површината на земјата. Ставете голема тежина на неа. Ова ќе биде нашата голема привлечна маса. Тоа, се разбира, ќе го свитка платното и ќе заврши во некаква депресија. Сега тркалајте ја топката по ова платно, така што дел од нејзината патека лежи веднаш до привлечната маса. Во зависност од тоа како е лансирана топката, постојат три можни опции.
- Топката ќе лета доволно далеку од вдлабнатината создадена од отклонувањето на платното и нема да го промени своето движење.
- Топката ќе ја допре вдлабнатината, а линиите на нејзиното движење ќе се наведнуваат кон привлечната маса.
- Топката ќе падне во оваа дупка, нема да може да излезе од неа и ќе направи една или две вртежи околу гравитирачката маса.
Зарем не е вистина дека третата опција многу убаво го моделира фаќањето од ѕвезда или планета на туѓо тело кое безгрижно лета во нивното поле на привлечност?
А вториот случај е свиткување на траекторијата на тело кое лета со брзина поголема од можна брзинаФаќање! Првиот случај е сличен на летање надвор од практичниот дофат на гравитационото поле. Да, токму практично, бидејќи теоретски гравитационото поле е неограничено.
Се разбира, ова е многу далечна аналогија, пред се затоа што никој навистина не може да го замисли отклонувањето на нашата тридимензионален простор. Во што физичко значењеНикој не го знае ова отклонување, или искривување, како што често велат.
Од општата теорија на релативноста произлегува дека секое материјално тело може да се движи во гравитационото поле само по криви линии. Само приватно посебни случаикривата се претвора во права линија.
Зракот светлина исто така го почитува ова правило. На крајот на краиштата, тој се состои од фотони кои имаат одредена маса во лет. И гравитационото поле го врши своето влијание врз него, исто како на молекула, астероид или планета.
Друга важен заклучоке дека гравитационото поле го менува и текот на времето. Во близина на голема привлечна маса, во силното гравитационо поле што го создава, текот на времето треба да биде побавно отколку далеку од него.
Гледате, општата теорија на релативноста е полна со парадоксални заклучоци кои можат уште еднаш да ги поништат нашите идеи за „здравиот разум“!
Гравитациски колапс
Ајде да разговараме за неверојатен феномен, кој има космички карактер, станува збор за гравитациски колапс (катастрофална компресија). Овој феномен се јавува во џиновски кластериматерија, каде гравитационите сили достигнуваат толку огромни магнитуди што ниту една друга сила што постои во природата не може да им одолее.
Запомнете ја познатата формула на Њутн: колку е поголема гравитационата сила, толку е поголема помалку квадратрастојанија помеѓу гравитирачките тела. Така, колку материјалната формација станува погуста, колку е помала нејзината големина, толку побрзо се зголемуваат силите на гравитацијата, толку е понеизбежна нивната деструктивна прегратка.
Постои лукава техника со која природата се бори против навидум неограничената компресија на материјата. За да го направите ова, го запира самото минување на времето во сферата на дејство на суперџиновите гравитациски сили, а врзаните маси на материја се чини дека се исклучени од нашиот Универзум, замрзнати во чуден летаргичен сон.
Првата од овие „црни дупки“ во вселената веројатно е веќе откриена. Според претпоставката на советските научници О. Х. Гусеинов и А. Ш. Новрузова, тоа е делтата Близнаци - двојна ѕвездасо една невидлива компонента.
Видливата компонента има маса од 1,8 соларни, а нејзиниот невидлив „придружник“ треба да биде четири пати помасивен од видливиот, според пресметките. Но, нема траги од тоа: невозможно е да се види најневеројатната креација на природата, „црната дупка“.
советски научник професорК. П. Станјукович, како што велат, „на врвот на пенкалото“, чисто теоретски конструкциипокажа дека честичките од „замрзната материја“ можат да бидат многу различни по големина.
- Неговите џиновски формации се можни, слични на квазарите, кои постојано емитуваат онолку енергија колку што испуштаат сите 100 милијарди ѕвезди на нашата Галаксија.
- Можни се многу поскромни купчиња, еднакви на само неколку сончеви маси. И двата предмети можат сами да настанат од обична, незаспана материја.
- Можни се и формации од сосема друга класа, споредливи по маса со елементарните честички.
За да се појават, материјата што ги сочинува прво мора да биде подложена на огромен притисок и да се доведе до границите на сферата на Шварцшилд - сфера каде времето целосно застанува за надворешниот набљудувач. И дури и ако после ова се отстрани притисокот, честичките за кои времето запре ќе продолжат да постојат независно од нашиот Универзум.
Планкони
Планкони - апсолутно специјална класачестички. Тие имаат, според К. П. Станјукович, исклучително интересен имот: носи материја во непроменета форма, како што била пред милиони и милијарди години. Гледајќи во планкеонот, ќе можеме да ја видиме материјата како што беше во моментот на раѓањето на нашиот Универзум. Според теоретските пресметки, во Универзумот има околу 10 80 планкеони, приближно еден планкеон во коцка простор со страна од 10 сантиметри. Патем, истовремено со Станјукович и (независно од него), хипотезата за планкеоните ја изнесе академик М.А. Марков. Само Марков им даде поинакво име - максимони.
Може да се обидеме да ги објасниме понекогаш парадоксалните трансформации на елементарните честички користејќи ги специјалните својства на планкеоните. Познато е дека кога се судираат две честички, никогаш не се формираат фрагменти, туку се појавуваат други елементарни честички. Ова е навистина неверојатно: обичен светСо кршење на вазна, никогаш нема да добиеме цели чаши, па дури и розети. Но, да претпоставиме дека во длабочините на секоја елементарна честичка се крие планкеон, еден или неколку, а понекогаш и многу планкеони.
Во моментот на судир на честички, цврсто врзаната „торба“ на планкеонот малку се отвора, некои честички ќе „паднат“ во неа, а за возврат ќе „изникнат“ оние за кои сметаме дека настанале при судирот. Во исто време, планкеонот, како внимателен сметководител, ќе ги обезбеди сите „закони на зачувување“ прифатени во светот на елементарните честички.
Па, каква врска има механизмот на универзалната гравитација?
„Одговорни“ за гравитацијата, според хипотезата на К. Гравитоните се многу помали од вторите, колку што танцува прашина сончев зрак, помал од земјината топка.
Емисијата на гравитони почитува голем број закони. Особено, тие полесно летаат во таа област на просторот. Која содржи помалку гравитони. Тоа значи дека ако има два во просторот небесни тела, и двете ќе испуштаат гравитони претежно „надвор“, во насоки спротивни еден на друг. Ова создава импулс што предизвикува телата да се доближат и да се привлечат едни со други.
Оставајќи ги своите елементарни честички, гравитоните земаат дел од масата со себе. Колку и да се мали, губењето на масата не може а да не биде забележливо со текот на времето. Но, овој пат е незамисливо огромен. Ќе бидат потребни околу 100 милијарди години за целата материја во Универзумот да се претвори во гравитациско поле.
Но, дали е тоа сè? Според К.П. Станјукович, околу 95 проценти од масата на материјата е скриена во штици со различни големини и е во состојба на летаргичен сон, но со текот на времето планкеоните се отвораат, а количината на „нормална“ материја се зголемува.