Mvuto ni nguvu yenye nguvu zaidi katika Ulimwengu, mojawapo ya kanuni nne za msingi za ulimwengu, ambayo huamua muundo wake. Hapo zamani, shukrani kwa hilo, sayari, nyota na galaksi nzima ziliibuka. Leo hii huiweka Dunia katika obiti katika safari yake isiyoisha kuzunguka Jua.
Kuvutia pia ni muhimu sana kwa maisha ya kila siku ya mtu. Shukrani kwa nguvu hii isiyoonekana, bahari ya dunia yetu hupiga, mito inapita, na matone ya mvua huanguka chini. Tangu utoto, tunahisi uzito wa mwili wetu na vitu vinavyozunguka. Ushawishi wa mvuto kwenye shughuli zetu za kiuchumi pia ni mkubwa.
Nadharia ya kwanza ya mvuto iliundwa na Isaac Newton mwishoni mwa karne ya 17. Sheria yake ya Universal Gravitation inaelezea mwingiliano huu ndani ya mfumo wa mechanics ya classical. Jambo hili lilielezewa zaidi na Einstein katika nadharia yake ya jumla ya uhusiano, ambayo ilichapishwa mwanzoni mwa karne iliyopita. Michakato inayotokea kwa nguvu ya mvuto katika kiwango cha chembe za msingi inapaswa kuelezewa na nadharia ya quantum ya mvuto, lakini bado haijaundwa.
Tunajua mengi zaidi kuhusu asili ya uvutano leo kuliko tulivyojua wakati wa Newton, lakini licha ya uchunguzi wa karne nyingi, bado unabaki kuwa kikwazo cha kweli kwa fizikia ya kisasa. Kuna sehemu nyingi tupu katika nadharia iliyopo ya mvuto, na bado hatuelewi ni nini hasa huizalisha na jinsi mwingiliano huu unavyohamishwa. Na, kwa kweli, tuko mbali sana na uwezo wa kudhibiti nguvu ya mvuto, kwa hivyo antigravity au levitation itakuwepo kwa muda mrefu tu kwenye kurasa za riwaya za hadithi za kisayansi.
Ni nini kilianguka kwenye kichwa cha Newton?
Watu wamewahi kujiuliza juu ya asili ya nguvu inayovutia vitu duniani, lakini ilikuwa tu katika karne ya 17 ambapo Isaac Newton aliweza kuinua pazia la siri. Msingi wa mafanikio yake uliwekwa na kazi za Kepler na Galileo, wanasayansi mahiri ambao walisoma mienendo ya miili ya mbinguni.
Hata karne moja na nusu kabla ya Sheria ya Newton ya Uvutano wa Ulimwenguni Pote, mwanaastronomia wa Poland Copernicus aliamini kwamba kivutio ni “... si chochote zaidi ya tamaa ya asili ambayo baba wa Ulimwengu aliijaalia chembe zote, yaani kuungana kuwa kitu kimoja cha kawaida, kutengeneza miili ya duara.” Descartes alizingatia kivutio kuwa matokeo ya usumbufu katika etha ya ulimwengu. Mwanafalsafa wa Uigiriki na mwanasayansi Aristotle alikuwa na hakika kwamba wingi huathiri kasi ya miili inayoanguka. Na tu Galileo Galilei mwishoni mwa karne ya 16 alithibitisha kuwa hii sio kweli: ikiwa hakuna upinzani wa hewa, vitu vyote vinaharakisha sawa.
Kinyume na hadithi maarufu ya kichwa na tufaha, Newton alichukua zaidi ya miaka ishirini kuelewa asili ya mvuto. Sheria yake ya uvutano ni moja ya uvumbuzi muhimu wa kisayansi wa wakati wote. Ni ya ulimwengu wote na inakuwezesha kuhesabu trajectories ya miili ya mbinguni na kuelezea kwa usahihi tabia ya vitu karibu nasi. Nadharia ya classical ya mvuto iliweka misingi ya mechanics ya mbinguni. Sheria tatu za Newton ziliwapa wanasayansi fursa ya kugundua sayari mpya kihalisi "kwenye ncha ya kalamu yao"; mwisho, shukrani kwao, mwanadamu aliweza kushinda mvuto wa Dunia na kuruka angani. Walileta msingi madhubuti wa kisayansi kwa dhana ya kifalsafa ya umoja wa nyenzo wa ulimwengu, ambapo matukio yote ya asili yanaunganishwa na kutawaliwa na sheria za jumla za mwili.
Newton hakuchapisha tu formula inayomruhusu mtu kuhesabu nguvu inayovutia miili kwa kila mmoja, aliunda mfano kamili, ambao pia ulijumuisha uchambuzi wa hisabati. Hitimisho hizi za kinadharia zimethibitishwa mara kwa mara katika mazoezi, ikiwa ni pamoja na kutumia mbinu za kisasa zaidi.
Katika nadharia ya Newtonian, kitu chochote cha nyenzo hutoa uwanja wa kuvutia, unaoitwa mvuto. Kwa kuongezea, nguvu ni sawia na wingi wa miili yote miwili na inalingana na umbali kati yao:
F = (G m1 m2)/r2
G ni nguvu ya uvutano isiyobadilika, ambayo ni sawa na 6.67 × 10−11 m³/(kg s²). Henry Cavendish alikuwa wa kwanza kuhesabu mnamo 1798.
Katika maisha ya kila siku na katika taaluma zinazotumika, nguvu ambayo dunia inavutia mwili inasemwa kuwa uzito wake. Mvuto kati ya vitu vyovyote viwili katika Ulimwengu ndivyo mvuto ulivyo kwa maneno rahisi.
Nguvu ya mvuto ni dhaifu zaidi kati ya mwingiliano nne wa kimsingi wa fizikia, lakini kwa sababu ya mali yake ina uwezo wa kudhibiti harakati za mifumo ya nyota na galaksi:
- Kivutio hufanya kazi kwa umbali wowote, hii ndiyo tofauti kuu kati ya mvuto na mwingiliano wa nguvu na dhaifu wa nyuklia. Kadiri umbali unavyoongezeka, athari yake hupungua, lakini haijawahi kuwa sawa na sifuri, kwa hivyo tunaweza kusema kwamba hata atomi mbili ziko kwenye ncha tofauti za gala zina ushawishi wa pande zote. Ni ndogo sana;
- Mvuto ni wa ulimwengu wote. Uwanja wa kivutio ni wa asili katika mwili wowote wa nyenzo. Wanasayansi bado hawajagundua kitu kwenye sayari yetu au angani ambacho hakingeshiriki katika mwingiliano wa aina hii, kwa hivyo jukumu la mvuto katika maisha ya Ulimwengu ni kubwa. Hii inatofautisha mvuto kutoka kwa mwingiliano wa sumakuumeme, ushawishi ambao juu ya michakato ya ulimwengu ni ndogo, kwani kwa asili miili mingi haina upande wowote wa umeme. Nguvu za uvutano haziwezi kuwekewa mipaka au kulindwa;
- Mvuto haufanyi tu juu ya jambo, bali pia juu ya nishati. Kwa yeye, muundo wa kemikali wa vitu haijalishi, ni muhimu tu kwa wingi wao.
Kwa kutumia formula ya Newton, nguvu ya kivutio inaweza kuhesabiwa kwa urahisi. Kwa mfano, mvuto kwenye Mwezi ni mara kadhaa chini ya ile ya Duniani, kwa sababu satelaiti yetu ina misa ndogo. Lakini inatosha kuunda ebbs mara kwa mara na mtiririko katika Bahari ya Dunia. Duniani, kasi inayotokana na mvuto ni takriban 9.81 m/s2. Kwa kuongezea, kwenye miti ni kubwa kidogo kuliko ikweta.
Licha ya umuhimu wao mkubwa kwa maendeleo zaidi ya sayansi, sheria za Newton zilikuwa na udhaifu kadhaa ambao uliwasumbua watafiti. Haikuwa wazi jinsi mvuto hutenda kupitia nafasi tupu kabisa kwa umbali mkubwa, na kwa kasi isiyoeleweka. Kwa kuongezea, data polepole ilianza kujilimbikiza ambayo ilipingana na sheria za Newton: kwa mfano, kitendawili cha mvuto au kuhamishwa kwa perihelion ya Mercury. Ikawa dhahiri kwamba nadharia ya uvutano wa ulimwengu wote inahitaji uboreshaji. Heshima hii iliangukia kwa mwanafizikia mahiri wa Ujerumani Albert Einstein.
Kivutio na nadharia ya uhusiano
Kukataa kwa Newton kujadili asili ya mvuto (“Sina dhahania yoyote”) ilikuwa udhaifu wa wazi wa dhana yake. Haishangazi kwamba nadharia nyingi za mvuto ziliibuka katika miaka iliyofuata.
Wengi wao walikuwa wa kinachojulikana mifano ya hydrodynamic, ambayo ilijaribu kuthibitisha tukio la mvuto kwa mwingiliano wa mitambo ya vitu vya nyenzo na dutu fulani ya kati kuwa na mali fulani. Watafiti waliita tofauti: "utupu", "ether", "mtiririko wa graviton", nk Katika kesi hiyo, nguvu ya kivutio kati ya miili ilitokea kutokana na mabadiliko katika dutu hii, wakati ilichukuliwa na vitu au mtiririko wa ngao. Kwa kweli, nadharia zote kama hizo zilikuwa na shida moja kubwa: kutabiri kwa usahihi kabisa utegemezi wa nguvu ya mvuto kwa umbali, zingesababisha kupungua kwa miili iliyosogea kuhusiana na "ether" au "mtiririko wa mvuto".
Einstein alishughulikia suala hili kutoka kwa mtazamo tofauti. Katika nadharia yake ya jumla ya uhusiano (GTR), mvuto hauonekani kama mwingiliano wa nguvu, lakini kama mali ya wakati wa nafasi yenyewe. Kitu chochote ambacho kina wingi husababisha kuinama, ambayo husababisha mvuto. Katika kesi hii, mvuto ni athari ya kijiometri ambayo inazingatiwa ndani ya mfumo wa jiometri isiyo ya Euclidean.
Kuweka tu, kuendelea kwa muda wa nafasi huathiri jambo, na kusababisha harakati zake. Na yeye, kwa upande wake, huathiri nafasi, "kuiambia" jinsi ya kuinama.
Nguvu za kuvutia pia hutenda katika microcosm, lakini kwa kiwango cha chembe za msingi ushawishi wao, ikilinganishwa na mwingiliano wa umeme, haukubaliki. Wanafizikia wanaamini kwamba mwingiliano wa mvuto haukuwa duni kuliko wengine katika dakika za kwanza (sekunde 10 -43) baada ya Big Bang.
Hivi sasa, dhana ya mvuto iliyopendekezwa katika nadharia ya jumla ya uhusiano ni nadharia kuu ya kufanya kazi inayokubaliwa na wengi wa jamii ya kisayansi na kuthibitishwa na matokeo ya majaribio mengi.
Einstein katika kazi yake aliona mapema athari za kushangaza za nguvu za uvutano, ambazo nyingi tayari zimethibitishwa. Kwa mfano, uwezo wa miili mikubwa kupiga miale ya mwanga na hata kupunguza kasi ya mtiririko wa wakati. Jambo la mwisho lazima lizingatiwe wakati wa kutumia mifumo ya urambazaji ya satelaiti kimataifa kama vile GLONASS na GPS, vinginevyo baada ya siku chache kosa lao litakuwa makumi ya kilomita.
Kwa kuongeza, tokeo la nadharia ya Einstein ni kile kinachoitwa athari hafifu za mvuto, kama vile uga wa sumaku-umeme na uvutaji wa viunzi vya marejeleo ajizi (pia hujulikana kama athari ya Lense-Thirring). Maonyesho haya ya mvuto ni dhaifu sana kwamba hayakuweza kugunduliwa kwa muda mrefu. Ni mwaka wa 2005 tu, kutokana na ujumbe wa kipekee wa NASA Gravity Probe B, athari ya Lense-Thirring ilithibitishwa.
Mionzi ya mvuto au ugunduzi wa kimsingi zaidi wa miaka ya hivi karibuni
Mawimbi ya mvuto ni mitetemo ya muundo wa muda wa nafasi ya kijiometri unaosafiri kwa kasi ya mwanga. Uwepo wa jambo hili pia ulitabiriwa na Einstein katika Uhusiano Mkuu, lakini kutokana na udhaifu wa nguvu ya mvuto, ukubwa wake ni mdogo sana, hivyo haukuweza kugunduliwa kwa muda mrefu. Ushahidi usio wa moja kwa moja pekee uliunga mkono kuwepo kwa mionzi.
Mawimbi yanayofanana yanazalishwa na vitu vyovyote vya nyenzo vinavyotembea kwa kasi ya asymmetric. Wanasayansi wanazielezea kama "ripples katika nafasi ya muda." Vyanzo vyenye nguvu zaidi vya mionzi hiyo ni galaksi zinazogongana na mifumo inayoanguka inayojumuisha vitu viwili. Mfano wa kawaida wa kesi ya mwisho ni kuunganishwa kwa mashimo nyeusi au nyota za neutron. Wakati wa taratibu hizo, mionzi ya mvuto inaweza kuhamisha zaidi ya 50% ya jumla ya wingi wa mfumo.
Mawimbi ya mvuto yaligunduliwa kwa mara ya kwanza mnamo 2015 na uchunguzi wa LIGO mbili. Karibu mara moja, tukio hili lilipokea hali ya ugunduzi mkubwa zaidi katika fizikia katika miongo ya hivi karibuni. Mnamo 2017, alitunukiwa Tuzo ya Nobel. Baada ya hayo, wanasayansi waliweza kugundua mionzi ya mvuto mara kadhaa zaidi.
Nyuma katika miaka ya 70 ya karne iliyopita - muda mrefu kabla ya uthibitisho wa majaribio - wanasayansi walipendekeza kutumia mionzi ya mvuto kwa mawasiliano ya umbali mrefu. Faida yake isiyo na shaka ni uwezo wake wa juu wa kupitisha dutu yoyote bila kufyonzwa. Lakini kwa sasa hii haiwezekani, kwa sababu kuna matatizo makubwa katika kuzalisha na kupokea mawimbi haya. Na bado hatuna maarifa ya kutosha kuhusu asili ya mvuto.
Leo, mitambo kadhaa inayofanana na LIGO inafanya kazi katika nchi tofauti za ulimwengu na mpya inajengwa. Kuna uwezekano kwamba tutajifunza zaidi kuhusu mionzi ya mvuto katika siku za usoni.
Nadharia mbadala za mvuto wa ulimwengu wote na sababu za uumbaji wao
Kwa sasa, dhana kuu ya mvuto ni uhusiano wa jumla. Safu nzima iliyopo ya data ya majaribio na uchunguzi inalingana nayo. Wakati huo huo, ina idadi kubwa ya udhaifu wa wazi na masuala ya utata, hivyo majaribio ya kuunda mifano mpya inayoelezea asili ya mvuto haiacha.
Nadharia zote za uvutano wa ulimwengu zilizotengenezwa hadi sasa zinaweza kugawanywa katika vikundi kadhaa kuu:
- kiwango;
- mbadala;
- quantum;
- nadharia ya umoja wa shamba.
Majaribio ya kuunda dhana mpya ya mvuto wa ulimwengu wote yalifanywa nyuma katika karne ya 19. Waandishi mbalimbali walijumuisha ndani yake etha au nadharia ya corpuscular ya mwanga. Lakini kuonekana kwa General Relativity kukomesha tafiti hizi. Baada ya kuchapishwa, lengo la wanasayansi lilibadilika - sasa juhudi zao zililenga kuboresha mfano wa Einstein, pamoja na matukio mapya ya asili ndani yake: spin ya chembe, upanuzi wa Ulimwengu, nk.
Kufikia mapema miaka ya 1980, wanafizikia walikuwa wamekataa kwa majaribio dhana zote isipokuwa zile zilizojumuisha uhusiano wa jumla kama sehemu muhimu. Kwa wakati huu, "nadharia za kamba" zilikuja kwa mtindo, zikionekana kuahidi sana. Lakini dhana hizi hazijawahi kuthibitishwa kwa majaribio. Katika miongo kadhaa iliyopita, sayansi imefikia urefu mkubwa na kukusanya idadi kubwa ya data ya majaribio. Leo, majaribio ya kuunda nadharia mbadala za mvuto yanaongozwa na utafiti wa ulimwengu unaohusiana na dhana kama vile "jambo la giza", "mfumko wa bei", "nishati ya giza".
Moja ya kazi kuu za fizikia ya kisasa ni umoja wa mwelekeo mbili kuu: nadharia ya quantum na uhusiano wa jumla. Wanasayansi wanajaribu kuunganisha kivutio na aina zingine za mwingiliano, na hivyo kuunda "nadharia ya kila kitu." Hivi ndivyo mvuto wa quantum hufanya - tawi la fizikia ambalo hujaribu kutoa maelezo ya quantum ya mwingiliano wa mvuto. Chipukizi la mwelekeo huu ni nadharia ya mvuto wa kitanzi.
Licha ya bidii na juhudi za miaka mingi, lengo hili bado halijafikiwa. Na sio hata ugumu wa shida hii: ni kwamba nadharia ya quantum na uhusiano wa jumla ni msingi wa dhana tofauti kabisa. Quantum mechanics inahusika na mifumo ya kimwili inayofanya kazi dhidi ya usuli wa muda wa kawaida wa nafasi. Na katika nadharia ya uhusiano, muda wa nafasi yenyewe ni sehemu ya nguvu, kulingana na vigezo vya mifumo ya classical iko ndani yake.
Pamoja na dhana za kisayansi za mvuto wa ulimwengu wote, pia kuna nadharia ambazo ziko mbali sana na fizikia ya kisasa. Kwa bahati mbaya, katika miaka ya hivi karibuni, "opuses" kama hizo zimefurika kwenye mtandao na rafu za duka la vitabu. Waandishi wengine wa kazi kama hizo kwa ujumla hufahamisha msomaji kwamba nguvu ya uvutano haipo, na sheria za Newton na Einstein ni hadithi na uwongo.
Mfano ni kazi za "mwanasayansi" Nikolai Levashov, ambaye anadai kwamba Newton hakugundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, na ni sayari tu na satelaiti yetu ya Mwezi ina nguvu ya mvuto katika mfumo wa jua. "Mwanasayansi wa Urusi" anatoa ushahidi wa kushangaza. Mojawapo ni safari ya probe ya Amerika ya karibu na Shoemaker hadi Eros ya asteroid, ambayo ilifanyika mnamo 2000. Levashov anazingatia ukosefu wa kivutio kati ya uchunguzi na mwili wa mbinguni kuwa uthibitisho wa uwongo wa kazi za Newton na njama ya wanafizikia kuficha ukweli juu ya mvuto kutoka kwa watu.
Kwa kweli, chombo hicho kilikamilisha kazi yake kwa mafanikio: kwanza kiliingia kwenye obiti ya asteroid, na kisha kutua laini kwenye uso wake.
Mvuto wa bandia na kwa nini inahitajika
Kuna dhana mbili zinazohusiana na mvuto ambazo, licha ya hali yao ya sasa ya kinadharia, inajulikana kwa umma kwa ujumla. Hizi ni antigravity na mvuto wa bandia.
Antigravity ni mchakato wa kukabiliana na nguvu ya mvuto, ambayo inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa au hata kuchukua nafasi yake kwa kukataa. Kujua teknolojia kama hiyo kunaweza kusababisha mapinduzi ya kweli katika usafiri, anga, uchunguzi wa anga na kungebadilisha maisha yetu yote. Lakini kwa sasa, uwezekano wa antigravity hauna hata uthibitisho wa kinadharia. Kwa kuongezea, kwa kuzingatia uhusiano wa jumla, jambo kama hilo haliwezekani hata kidogo, kwani hakuwezi kuwa na misa hasi katika Ulimwengu wetu. Inawezekana kwamba katika siku zijazo tutajifunza zaidi kuhusu mvuto na kujifunza kujenga ndege kulingana na kanuni hii.
Mvuto wa bandia ni badiliko lililofanywa na mwanadamu katika nguvu iliyopo ya mvuto. Leo hatuhitaji sana teknolojia hiyo, lakini hali itabadilika baada ya kuanza kwa safari ya muda mrefu ya nafasi. Na hoja ni katika fiziolojia yetu. Mwili wa mwanadamu, "umezoea" zaidi ya mamilioni ya miaka ya mageuzi kwa mvuto wa mara kwa mara wa Dunia, huona athari za mvuto uliopunguzwa vibaya sana. Kukaa kwa muda mrefu hata katika hali ya mvuto wa mwezi (mara sita dhaifu kuliko Dunia) kunaweza kusababisha matokeo mabaya. Udanganyifu wa kivutio unaweza kuundwa kwa kutumia nguvu nyingine za kimwili, kama vile hali ya hewa. Hata hivyo, chaguzi hizo ni ngumu na za gharama kubwa. Kwa sasa, mvuto wa bandia hauna hata uhalali wa kinadharia; ni dhahiri kwamba utekelezaji wake wa vitendo unaowezekana ni suala la siku zijazo za mbali sana.
Mvuto ni dhana inayojulikana kwa kila mtu tangu shuleni. Inaweza kuonekana kuwa wanasayansi walipaswa kuchunguza jambo hili kwa kina! Lakini mvuto unabaki kuwa kitendawili kirefu zaidi kwa sayansi ya kisasa. Na hii inaweza kuitwa kielelezo bora cha jinsi ujuzi wa kibinadamu ulivyo mdogo kuhusu ulimwengu wetu mkubwa na wa ajabu.
Ikiwa una maswali yoyote, waache katika maoni chini ya makala. Sisi au wageni wetu tutafurahi kuwajibu
Neno "mvuto" linakuja kwetu kutoka kwa lugha ya Kilatini; hutafsiri kama "uzito". Hata kama hujui mvuto ni nini, uwe na uhakika kwamba unaupata kila siku, hata sasa hivi.
Hebu jaribu kuelewa neno hili.
Maana ya dhana
Mvuto, au kama vile pia huitwa kivutio au uvutano, humaanisha mwingiliano kamili kati ya miili yote ya kimaada duniani. Jambo hili la kipekee limeelezewa na wanasayansi wengi. Kwa mfano, Isaac Newton alilipa kipaumbele maalum kwa suala hili. Hata alijenga nadharia ambayo leo inaitwa nadharia ya Newton ya mvuto.
Ndani yake, Newton alibainisha kuwa mvuto unahusishwa na nguvu ya mvuto. Newton alielezea kiini cha jambo hili kama ifuatavyo: nguvu ya mvuto inatumika kwa mwili, chanzo chake ni mwili mwingine. Katika Sheria yake ya Uvutano, Newton aliamua kwamba miili yote inaingiliana kwa nguvu inayolingana moja kwa moja na bidhaa ya wingi wa miili hii na sawia na mraba wa umbali kati yao.
Inashangaza, bila kujali ukubwa wa mwili, unaweza kuunda uwanja wa mvuto. Kwa mfano, vitu vilivyo angani, kama vile galaksi, nyota na sayari, vinaweza kuunda uwanja mkubwa wa uvutano.
Mvuto huathiri vitu vyote katika Ulimwengu. Shukrani kwake, athari kubwa kama hizo hutokea kama upanuzi wa ukubwa wa Ulimwengu, malezi na hatua ya shimo nyeusi na muundo wa galaxies.
Nadharia nyingine
Jambo la mvuto lilielezewa kwa njia ya hisabati na Aristotle. Aliamini kwamba kasi ambayo miili inaanguka huathiriwa na wingi wao. Kadiri kitu kinavyozidi kuwa na uzito, ndivyo kinaanguka haraka. Ilikuwa ni mamia ya miaka tu baadaye ambapo Galileo Galilei alithibitisha kupitia majaribio kwamba nadharia hii haikuwa sahihi. Wakati hakuna upinzani wa hewa, miili yote huharakisha kwa usawa.
Mwanzoni mwa karne ya 20, Albert Einstein anayejulikana sasa alianza kuzungumza juu ya mvuto. Aliunda Nadharia ya Jumla ya Uhusiano, ambayo ilianza kuelezea kwa usahihi zaidi jambo la mvuto. Einstein alieleza kuwa athari za mvuto ni kutokana na deformation ya spacetime, ambayo inahusiana na uwepo wa masstime. Nadharia hii kwa sasa ndiyo sahihi zaidi, imethibitishwa kimajaribio.
Juni 14, 2015, 12:24 jioni
Sote tulisoma sheria ya uvutano wa ulimwengu wote shuleni. Lakini tunajua nini hasa kuhusu mvuto zaidi ya yale ambayo walimu wetu wa shule waliweka katika vichwa vyetu? Tusasishe maarifa yetu...
Ukweli wa kwanza: Newton hakugundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote
Kila mtu anajua mfano maarufu kuhusu apple iliyoanguka juu ya kichwa cha Newton. Lakini ukweli ni kwamba Newton hakugundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote mzima, kwa kuwa sheria hiyo haipo katika kitabu chake “Mathematical Principles of Natural Philosophy.” Hakuna fomula au uundaji katika kazi hii, kama mtu yeyote anaweza kujionea mwenyewe. Kwa kuongezea, kutajwa kwa mara ya kwanza kwa nguvu ya mvuto kunaonekana tu katika karne ya 19 na, ipasavyo, fomula haikuweza kuonekana mapema. Kwa njia, mgawo G, ambayo hupunguza matokeo ya mahesabu kwa mara bilioni 600, haina maana ya kimwili na ilianzishwa ili kuficha utata.
Ukweli wa pili: kughushi jaribio la mvuto wa mvuto
Inaaminika kuwa Cavendish alikuwa wa kwanza kuonyesha mvuto wa mvuto katika ingo za maabara, kwa kutumia usawa wa torsion - boriti ya usawa yenye uzito kwenye ncha zilizosimamishwa kwenye kamba nyembamba. Rocker inaweza kuwasha waya mwembamba. Kulingana na toleo rasmi, Cavendish alileta jozi ya tupu za kilo 158 kutoka pande tofauti hadi uzani wa rocker na mwanamuziki huyo akageuka kwa pembe ndogo. Walakini, mbinu ya majaribio haikuwa sahihi na matokeo yalikuwa ya uwongo, ambayo yalithibitishwa kwa hakika na mwanafizikia Andrei Albertovich Grishaev. Cavendish alitumia muda mrefu kufanya kazi upya na kurekebisha usakinishaji ili matokeo yalingane na wastani wa msongamano wa dunia wa Newton. Mbinu ya jaribio yenyewe ilihusisha harakati za nafasi zilizo wazi mara kadhaa, na sababu ya kuzunguka kwa mkono wa rocker ilikuwa mitetemo kutoka kwa harakati za nafasi zilizoachwa wazi, ambazo zilipitishwa kwa kusimamishwa.
Hii inathibitishwa na ukweli kwamba usanikishaji rahisi kama huu wa karne ya 18 kwa madhumuni ya kielimu ulipaswa kusanikishwa, ikiwa sio katika kila shule, basi angalau katika idara za fizikia za vyuo vikuu, ili kuonyesha wanafunzi kwa vitendo matokeo ya masomo. sheria ya mvuto wa ulimwengu wote. Walakini, usakinishaji wa Cavendish hautumiwi katika programu za masomo, na watoto wa shule na wanafunzi huchukua neno kwamba nafasi mbili zilizo wazi huvutia kila mmoja.
Jambo la tatu: Sheria ya uvutano haifanyi kazi wakati wa kupatwa kwa jua
Ikiwa tutabadilisha data ya kumbukumbu juu ya dunia, mwezi na jua katika fomula ya sheria ya uvutano wa ulimwengu, basi wakati Mwezi unaruka kati ya Dunia na Jua, kwa mfano, wakati wa kupatwa kwa jua, nguvu. ya mvuto kati ya Jua na Mwezi ni zaidi ya mara 2 kuliko kati ya Dunia na Mwezi!Kulingana na fomula, Mwezi ungelazimika kuondoka kwenye mzunguko wa dunia na kuanza kulizunguka jua.
Mvuto usiobadilika - 6.6725×10−11 m³/(kg s²).
Uzito wa Mwezi ni 7.3477 × 1022 kg.
Uzito wa Jua ni 1.9891 × 1030 kg.
Uzito wa Dunia ni 5.9737 × 1024 kg.
Umbali kati ya Dunia na Mwezi = 380,000,000 m.
Umbali kati ya Mwezi na Jua = 149,000,000,000 m.
Dunia na Mwezi:
6.6725×10-11 x 7.3477×1022 x 5.9737×1024 / 3800000002 = 2.028×1020 H
Mwezi na jua:
6.6725 × 10-11 x 7.3477 1022 x 1.9891 1030 / 1490000000002 = 4.39 × 1020 H
2.028×1020H<< 4,39×1020 H
Nguvu ya mvuto kati ya Dunia na Mwezi<< Сила притяжения между Луной и Солнцем
Mahesabu haya yanaweza kukosolewa na ukweli kwamba mwezi ni mwili wa mashimo bandia na wiani wa kumbukumbu ya mwili huu wa mbinguni unawezekana kuamua vibaya.
Hakika, ushahidi wa majaribio unaonyesha kwamba Mwezi si mwili imara, lakini shell nyembamba-imefungwa. Jarida lenye mamlaka la Sayansi laeleza matokeo ya kazi ya vitambuzi vya mitetemo baada ya hatua ya tatu ya roketi iliyoharakisha chombo cha anga za juu cha Apollo 13 kugonga uso wa mwezi: “mlio wa tetemeko uligunduliwa kwa zaidi ya saa nne. Duniani, ikiwa kombora lingepiga kwa umbali sawa, ishara hiyo ingedumu kwa dakika chache tu.
Mitetemo ya mitetemo ambayo huoza polepole sana ni mfano wa resonator tupu, sio mwili thabiti.
Lakini Mwezi, kati ya mambo mengine, hauonyeshi sifa zake za kuvutia kuhusiana na Dunia - jozi ya Dunia-Mwezi haizunguki katikati ya kawaida ya molekuli, kama itakuwa kulingana na sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, na ellipsoidal. obiti ya Dunia, kinyume na sheria hii, haifanyi zigzag.
Kwa kuongezea, vigezo vya mzunguko wa Mwezi yenyewe havibaki sawa; obiti, katika istilahi ya kisayansi, "hubadilika", na hufanya hivi kinyume na sheria ya mvuto wa ulimwengu.
Ukweli wa nne: upuuzi wa nadharia ya ebb na mtiririko
Hii inawezaje kuwa, wengine watapinga, kwa sababu hata watoto wa shule wanajua juu ya mawimbi ya bahari duniani, ambayo hutokea kwa sababu ya mvuto wa maji kwa Jua na Mwezi.Kulingana na nadharia, nguvu ya uvutano ya Mwezi huunda ellipsoid ya baharini, yenye nundu mbili za mawimbi ambazo husogea kwenye uso wa Dunia kwa sababu ya mzunguko wa kila siku.
Hata hivyo, mazoezi yanaonyesha upuuzi wa nadharia hizi. Baada ya yote, kulingana na wao, nundu ya urefu wa mita 1 inapaswa kupita kupitia Njia ya Drake kutoka Bahari ya Pasifiki hadi Atlantiki katika masaa 6. Kwa kuwa maji hayashikiki, wingi wa maji ungeinua kiwango hadi urefu wa mita 10, ambayo haifanyiki kwa mazoezi. Kwa mazoezi, matukio ya mawimbi hutokea kwa uhuru katika maeneo ya kilomita 1000-2000.
Laplace pia alishangazwa na kitendawili: kwa nini katika bandari za Ufaransa maji kamili huja kwa mlolongo, ingawa kulingana na dhana ya ellipsoid ya mawimbi inapaswa kuja huko wakati huo huo.
Ukweli wa tano: nadharia ya mvuto wa wingi haifanyi kazi
Kanuni ya vipimo vya mvuto ni rahisi - gravimeters hupima vipengele vya wima, na upungufu wa mstari wa bomba huonyesha vipengele vya usawa.
Jaribio la kwanza la kujaribu nadharia ya mvuto mkubwa lilifanywa na Waingereza katikati ya karne ya 18 kwenye mwambao wa Bahari ya Hindi, ambapo, kwa upande mmoja, kuna mwamba wa juu zaidi wa mwamba wa Himalaya, na kwa upande mwingine. , bakuli la bahari lililojaa maji mengi sana. Lakini, ole, njia ya timazi haigeuki kuelekea Himalaya! Zaidi ya hayo, ala nyeti zaidi - gravimita - hazitambui tofauti katika uzito wa mwili wa majaribio kwa urefu sawa, juu ya milima mikubwa na juu ya bahari ndogo ya kina cha kilomita.
Ili kuokoa nadharia ambayo imeota mizizi, wanasayansi walikuja na msaada kwa ajili yake: wanasema sababu ya hii ni "isostasy" - miamba yenye mnene iko chini ya bahari, na miamba huru iko chini ya milima, na wiani wao ni. sawa kabisa na kurekebisha kila kitu kwa thamani inayotakiwa.
Pia ilianzishwa kwa majaribio kwamba gravimeters katika migodi ya kina zinaonyesha kuwa nguvu ya mvuto haipungui kwa kina. Inaendelea kukua, kutegemea tu mraba wa umbali wa katikati ya dunia.
Ukweli wa sita: mvuto hautoleshwi na mada au wingi
Kulingana na fomula ya sheria ya uvutano wa ulimwengu, misa mbili, m1 na m2, saizi ambayo inaweza kupuuzwa kwa kulinganisha na umbali kati yao, inadaiwa kuvutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu inayolingana moja kwa moja na bidhaa za watu hawa. na kinyume chake sawia na mraba wa umbali kati yao. Hata hivyo, kwa kweli, hakuna uthibitisho mmoja unaojulikana kwamba maada ina athari ya kuvutia ya mvuto. Mazoezi yanaonyesha kuwa nguvu ya uvutano haitolewi na maada au misa; inajitegemea na miili mikubwa hutii tu mvuto.Uhuru wa mvuto kutoka kwa maada unathibitishwa na ukweli kwamba, isipokuwa nadra, miili ndogo ya mfumo wa jua haina uwezo wa kuvutia wa kuvutia kabisa. Isipokuwa Mwezi, zaidi ya satelaiti dazeni sita za sayari hazionyeshi dalili za mvuto wao wenyewe. Hii imethibitishwa na vipimo visivyo vya moja kwa moja na vya moja kwa moja; kwa mfano, tangu 2004, uchunguzi wa Cassini karibu na Zohali umekuwa ukiruka karibu na satelaiti zake mara kwa mara, lakini hakuna mabadiliko katika kasi ya uchunguzi ambayo yamerekodiwa. Kwa msaada wa Casseni huyo huyo, geyser iligunduliwa kwenye Enceladus, mwezi wa sita kwa ukubwa wa Zohali.
Ni michakato gani ya kimwili inapaswa kutokea kwenye kipande cha barafu ili ndege za mvuke ziruke angani?
Kwa sababu hiyo hiyo, Titan, mwezi mkubwa zaidi wa Zohali, ina mkia wa gesi kama matokeo ya mtiririko wa anga.
Hakuna satelaiti zilizotabiriwa na nadharia ambazo zimepatikana kwenye asteroids, licha ya idadi yao kubwa. Na katika ripoti zote kuhusu asteroids mbili au paired ambazo eti zinazunguka katikati ya molekuli ya kawaida, hakukuwa na ushahidi wa mzunguko wa jozi hizi. Wenzake walikuwa karibu, wakisogea katika mizunguko ya nusu-synchronous kuzunguka jua.
Majaribio ya kuweka satelaiti bandia kwenye obiti ya asteroid yalimalizika bila mafanikio. Mifano ni pamoja na uchunguzi wa KARIBU, ambao ulitumwa kwa asteroid ya Eros na Wamarekani, au uchunguzi wa HAYABUSA, ambao Wajapani waliutuma kwa asteroidi ya Itokawa.
Ukweli wa saba: Asteroidi za Zohali hazitii sheria ya uvutano
Wakati mmoja, Lagrange, akijaribu kutatua tatizo la miili mitatu, alipata suluhisho imara kwa kesi fulani. Alionyesha kwamba mwili wa tatu unaweza kusonga katika obiti ya pili, wakati wote kuwa katika moja ya pointi mbili, moja ambayo ni 60 ° mbele ya mwili wa pili, na pili ni kiasi sawa nyuma.
Hata hivyo, vikundi viwili vya asteroidi shiriki vilivyopatikana nyuma na mbele katika obiti ya Zohali, ambayo wanaastronomia waliita Trojans kwa furaha, vilihama kutoka katika maeneo yaliyotabiriwa, na uthibitisho wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ukageuka kuwa kitobo.
Ukweli wa nane: kupingana na nadharia ya jumla ya uhusiano
Kwa mujibu wa dhana za kisasa, kasi ya mwanga ni ya mwisho, kwa sababu hiyo tunaona vitu vya mbali sio mahali walipo kwa sasa, lakini katika hatua ambayo ray ya mwanga tuliona ilianza. Lakini nguvu ya uvutano huenea kwa kasi gani?Baada ya kuchambua data iliyokusanywa wakati huo, Laplace aligundua kwamba "mvuto" huenea kwa kasi zaidi kuliko mwanga kwa angalau amri saba za ukubwa! Vipimo vya kisasa vya kupokea mapigo ya pulsar vimesukuma kasi ya uenezi wa mvuto hata zaidi - angalau maagizo 10 ya ukubwa kwa kasi zaidi kuliko kasi ya mwanga. Hivyo, Utafiti wa majaribio unapingana na nadharia ya jumla ya uhusiano, ambayo sayansi rasmi bado inategemea, licha ya kutofaulu kwake kabisa..
Ukweli wa tisa: hitilafu za mvuto
Kuna tofauti za asili za mvuto, ambazo pia hazipati maelezo yoyote wazi kutoka kwa sayansi rasmi. Hapa kuna baadhi ya mifano:Ukweli wa kumi: utafiti juu ya asili ya mtetemo ya antigravity
Kuna idadi kubwa ya masomo mbadala yenye matokeo ya kuvutia katika uwanja wa antigravity, ambayo kimsingi inakanusha mahesabu ya kinadharia ya sayansi rasmi.Watafiti wengine wanachambua asili ya mtetemo ya antigravity. Athari hii inaonyeshwa wazi katika majaribio ya kisasa, ambapo matone hutegemea hewa kutokana na levitation ya acoustic. Hapa tunaona jinsi, kwa msaada wa sauti ya mzunguko fulani, inawezekana kushikilia kwa ujasiri matone ya kioevu kwenye hewa ...
Lakini athari kwa mtazamo wa kwanza inaelezewa na kanuni ya gyroscope, lakini hata jaribio rahisi kama hilo kwa sehemu kubwa linapingana na mvuto katika ufahamu wake wa kisasa.
Watu wachache wanajua kwamba Viktor Stepanovich Grebennikov, mtaalam wa entomologist wa Siberia ambaye alisoma athari za miundo ya cavity katika wadudu, alielezea matukio ya antigravity katika wadudu katika kitabu "Dunia Yangu". Wanasayansi wamejua kwa muda mrefu kwamba wadudu wakubwa, kama vile jogoo, huruka licha ya sheria za uvutano badala ya kwa sababu yao.
Zaidi ya hayo, kulingana na utafiti wake, Grebennikov aliunda jukwaa la kupambana na mvuto.
Viktor Stepanovich alikufa chini ya hali ya kushangaza na kazi yake ilipotea kwa sehemu, lakini sehemu fulani ya mfano wa jukwaa la kupambana na mvuto imehifadhiwa na inaweza kuonekana kwenye Jumba la kumbukumbu la Grebennikov huko Novosibirsk..
Utumizi mwingine wa vitendo wa antigravity unaweza kuzingatiwa katika jiji la Homestead huko Florida, ambapo kuna muundo wa ajabu wa vitalu vya matumbawe ya monolithic, ambayo ni maarufu kwa jina la utani la Coral Castle. Ilijengwa na mzaliwa wa Latvia, Edward Lidskalnin, katika nusu ya kwanza ya karne ya 20. Huyu mtu mwenye sura nyembamba hakuwa na zana yoyote, hakuwa na hata gari wala kifaa chochote.
Hakutumia umeme hata kidogo, pia kwa sababu ya kutokuwepo kwake, na bado kwa njia fulani alishuka baharini, ambapo alikata vizuizi vya mawe vya tani nyingi na kwa njia fulani akavipeleka kwenye tovuti yake, akiviweka kwa usahihi kamili.
Baada ya kifo cha Ed, wanasayansi walianza kusoma kwa uangalifu uumbaji wake. Kwa ajili ya jaribio hilo, tingatinga lenye nguvu lililetwa na jaribio lilifanywa kuhamisha moja ya vitalu vya tani 30 vya ngome ya matumbawe. Tingatinga lilinguruma na kuteleza, lakini halikusogeza jiwe kubwa.
Kifaa cha ajabu kilipatikana ndani ya ngome, ambayo wanasayansi waliita jenereta ya moja kwa moja ya sasa. Ilikuwa ni muundo mkubwa na sehemu nyingi za chuma. Sumaku 240 za kudumu zilijengwa nje ya kifaa. Lakini jinsi Edward Leedskalnin alivyofanya vitalu vya tani nyingi kusonga bado ni siri.
Utafiti wa John Searle unajulikana, ambaye mikononi mwake jenereta zisizo za kawaida zilikuja hai, zilizunguka na kuzalisha nishati; diski zenye kipenyo cha nusu mita hadi mita 10 zilipanda angani na kufanya safari za ndege zilizodhibitiwa kutoka London hadi Cornwall na kurudi.
Majaribio ya profesa yalirudiwa nchini Urusi, USA na Taiwan. Katika Urusi, kwa mfano, mwaka wa 1999, maombi ya patent ya "vifaa vya kuzalisha nishati ya mitambo" ilisajiliwa chini ya Nambari 99122275/09. Vladimir Vitalievich Roshchin na Sergei Mikhailovich Godin, kwa kweli, walitoa tena SEG (Searl Effect Generator) na kufanya mfululizo wa masomo nayo. Matokeo yake yalikuwa taarifa: unaweza kupata 7 kW ya umeme bila gharama; jenereta inayozunguka ilipoteza uzito hadi 40%.
Vifaa kutoka kwa maabara ya kwanza ya Searle vilipelekwa mahali pasipojulikana alipokuwa gerezani. Ufungaji wa Godin na Roshchin ulitoweka tu; machapisho yote kuhusu hilo, isipokuwa maombi ya uvumbuzi, yalitoweka.
Athari ya Hutchison, iliyopewa jina la mvumbuzi wa mhandisi wa Kanada, pia inajulikana. Athari inajidhihirisha katika uwekaji wa vitu vizito, aloi ya vifaa tofauti (kwa mfano, chuma + kuni), na inapokanzwa kwa metali isiyo ya kawaida kwa kukosekana kwa vitu vinavyowaka karibu nao. Hapa kuna video ya athari hizi:
Chochote uzito wa kweli ni, inapaswa kutambuliwa kuwa sayansi rasmi haiwezi kabisa kuelezea wazi asili ya jambo hili..
Yaroslav Yargin
Don DeYoung
Nguvu ya uvutano (au uvutano) hutuweka imara juu ya dunia na kuruhusu dunia kuzunguka jua. Shukrani kwa nguvu hii isiyoonekana, mvua huanguka duniani, na kiwango cha maji katika bahari huinuka na kushuka kila siku. Nguvu ya uvutano huiweka dunia katika umbo la duara na pia huzuia angahewa letu kutorokea kwenye anga ya juu. Inaweza kuonekana kuwa nguvu hii ya kivutio inayozingatiwa kila siku inapaswa kusomwa vizuri na wanasayansi. Lakini hapana! Kwa njia nyingi, nguvu ya uvutano inabaki kuwa fumbo kuu la sayansi. Nguvu hii ya ajabu ni mfano wa ajabu wa jinsi ujuzi wa kisayansi wa kisasa ni mdogo.
Mvuto ni nini?
Isaac Newton alipendezwa na suala hili mapema kama 1686 na akafikia hitimisho kwamba mvuto ni nguvu ya mvuto ambayo iko kati ya vitu vyote. Aligundua kuwa nguvu ile ile inayofanya tufaha lianguke chini iko kwenye mzunguko wake. Kwa hakika, nguvu ya uvutano ya Dunia inasababisha Mwezi kupotoka kutoka kwenye njia yake iliyonyooka kwa takriban milimita moja kila sekunde unapoizunguka Dunia (Mchoro 1). Sheria ya Ulimwenguni ya Newton ya Mvuto ni mojawapo ya uvumbuzi mkubwa zaidi wa kisayansi wa wakati wote.
Mvuto ni "kamba" inayoshikilia vitu kwenye obiti
Picha 1. Mchoro wa mzunguko wa mwezi, usiochorwa kwa kiwango. Kila sekunde mwezi unasafiri takriban kilomita 1. Kwa umbali huu, inapotoka kutoka kwa njia iliyonyooka kwa karibu 1 mm - hii hutokea kwa sababu ya mvuto wa Dunia (mstari uliopigwa). Mwezi mara kwa mara huonekana kuanguka nyuma (au kuzunguka) dunia, kama vile sayari zinavyoanguka karibu na jua.
Mvuto ni mojawapo ya nguvu nne za kimsingi za asili (Jedwali 1). Kumbuka kwamba kati ya nguvu hizo nne, nguvu hii ndiyo dhaifu zaidi, na bado inatawala kuhusiana na vitu vikubwa vya nafasi. Kama Newton alivyoonyesha, nguvu ya uvutano inayovutia kati ya misa zote mbili inakuwa ndogo na ndogo kadiri umbali kati yao unavyozidi kuwa mkubwa na mkubwa, lakini haifikii kabisa sifuri (ona "Muundo wa Mvuto").
Kwa hiyo, kila chembe katika ulimwengu mzima huvutia kila chembe nyingine. Tofauti na nguvu za mwingiliano dhaifu na wenye nguvu wa nyuklia, nguvu ya kivutio ni ya muda mrefu (Jedwali 1). Nguvu ya sumaku na nguvu ya umeme pia ni nguvu za masafa marefu, lakini mvuto ni ya kipekee kwa kuwa ni ya masafa marefu na ya kuvutia kila wakati, ambayo inamaanisha haiwezi kuisha (tofauti na sumaku-umeme, ambayo nguvu zinaweza kuvutia au kurudisha nyuma) .
Kuanzia na mwanasayansi mkuu wa uumbaji Michael Faraday mnamo 1849, wanafizikia wameendelea kutafuta uhusiano uliofichwa kati ya nguvu ya uvutano na nguvu ya mwingiliano wa sumakuumeme. Hivi sasa, wanasayansi wanajaribu kuchanganya nguvu zote nne za msingi katika equation moja au kinachojulikana kama "Nadharia ya Kila kitu", lakini bila mafanikio! Nguvu ya uvutano inabakia kuwa nguvu ya kushangaza zaidi na iliyosomwa kidogo zaidi.
Mvuto hauwezi kulindwa kwa njia yoyote. Chochote muundo wa kizuizi cha kuzuia, haina athari kwa kivutio kati ya vitu viwili vilivyotengwa. Hii ina maana kwamba haiwezekani kuunda chumba cha kupambana na mvuto katika hali ya maabara. Nguvu ya mvuto haitegemei muundo wa kemikali wa vitu, lakini inategemea wingi wao, unaojulikana kwetu kama uzito (nguvu ya mvuto kwenye kitu ni sawa na uzito wa kitu hicho - misa kubwa zaidi, kubwa zaidi nguvu au uzito.) Vitalu vinavyojumuisha kioo, risasi, barafu au hata styrophoma, na kuwa na wingi sawa, vitapata (na kutumia) nguvu sawa ya uvutano. Data hizi zilipatikana wakati wa majaribio, na wanasayansi bado hawajui jinsi wanaweza kuelezewa kinadharia.
Kubuni katika mvuto
Nguvu F kati ya misa mbili m 1 na m 2 iko kwa umbali r inaweza kuandikwa kama fomula F = (G m 1 m 2)/r 2
Ambapo G ni mvuto wa mara kwa mara uliopimwa kwanza na Henry Cavendish mnamo 1798.1
Mlinganyo huu unaonyesha kuwa mvuto hupungua kadri umbali, r, kati ya vitu viwili unavyozidi kuwa mkubwa, lakini haufikii kabisa sifuri.
Hali ya kinyume cha sheria ya mraba ya mlingano huu inavutia tu. Baada ya yote, hakuna sababu ya lazima kwa nini mvuto unapaswa kutenda kama inavyofanya. Katika ulimwengu usio na utaratibu, nasibu, na unaoendelea, nguvu kiholela kama vile r 1.97 au r 2.3 zinaweza kuonekana kuwa na uwezekano zaidi. Hata hivyo, vipimo sahihi vilionyesha nguvu kamili, kwa angalau nafasi tano za desimali, za 2.00000. Kama mtafiti mmoja alisema, matokeo haya yanaonekana "sahihi sana".2 Tunaweza kuhitimisha kwamba nguvu ya uvutano inaonyesha muundo sahihi, ulioundwa. Kwa hakika, ikiwa shahada ingekengeuka hata kidogo kutoka kwa 2, mizunguko ya sayari na ulimwengu mzima ingeyumba.
Viungo na maelezo
- Kitaalam, G = 6.672 x 10 -11 Nm 2 kg -2
- Thompsen, D., "Sahihi Sana Kuhusu Mvuto", Habari za Sayansi 118(1):13, 1980.
Kwa hivyo mvuto ni nini hasa? Nguvu hii inawezaje kufanya kazi katika nafasi kubwa, tupu? Na kwa nini hata ipo? Sayansi haijawahi kujibu maswali haya ya msingi kuhusu sheria za asili. Nguvu ya mvuto haiwezi kutokea polepole kupitia mabadiliko au uteuzi wa asili. Imekuwa ikitumika tangu mwanzo kabisa wa ulimwengu. Kama sheria nyingine zote za kimaumbile, nguvu za uvutano bila shaka ni uthibitisho wa ajabu wa uumbaji uliopangwa.
Wanasayansi fulani wamejaribu kueleza mvuto kwa kutumia chembe zisizoonekana, gravitons, zinazosonga kati ya vitu. Wengine walizungumza juu ya kamba za cosmic na mawimbi ya mvuto. Hivi karibuni, wanasayansi wanaotumia maabara ya LIGO iliyoundwa maalum (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) waliweza tu kuona athari za mawimbi ya mvuto. Lakini asili ya mawimbi haya, jinsi vitu vya kimwili vinavyoingiliana kwa umbali mkubwa, kubadilisha kichwa chao, bado ni swali kubwa kwa kila mtu. Hatujui tu chanzo cha nguvu ya uvutano na jinsi inavyodumisha uthabiti wa ulimwengu mzima.
Mvuto na Maandiko
Vifungu viwili kutoka katika Biblia vinaweza kutusaidia kuelewa asili ya uvutano na sayansi ya kimwili kwa ujumla. Kifungu cha kwanza, Wakolosai 1:17, kinaeleza kwamba Kristo "Kuna kwanza kabisa, na kila kitu kinamtegemea Yeye". Kitenzi cha Kigiriki kinasimama (συνισταω sunistao) maana yake: kushikana, kushikana, au kushikiliwa pamoja. Matumizi ya Kigiriki ya neno hili nje ya Biblia yanamaanisha chombo chenye maji. Neno lililotumiwa katika kitabu cha Wakolosai liko katika wakati mkamilifu, ambao kwa ujumla huonyesha hali inayoendelea ya sasa ambayo imetokea kutokana na tendo lililokamilika lililopita. Mojawapo ya mifumo ya kimwili inayozungumziwa ni nguvu ya uvutano iliyoanzishwa na Muumba na kudumishwa bila kushindwa leo. Hebu fikiria: ikiwa nguvu ya mvuto ingekoma kwa muda, machafuko bila shaka yangetokea. Miili yote ya mbinguni, kutia ndani dunia, mwezi na nyota, haingeshikanishwa tena pamoja. Kila kitu kingegawanywa mara moja katika sehemu tofauti, ndogo.
Andiko la pili, Waebrania 1:3, linatangaza kwamba Kristo “Huvitegemeza vitu vyote kwa neno la uweza wake.” Neno anashikilia (φερω phero) tena inaelezea usaidizi au uhifadhi wa kila kitu, ikiwa ni pamoja na mvuto. Neno anashikilia, kama lilivyotumiwa katika mstari huu, humaanisha mengi zaidi ya kushika uzito tu. Inahusisha udhibiti wa mienendo na mabadiliko yote yanayotokea ndani ya ulimwengu. Kazi hii isiyo na mwisho inafanywa kupitia Neno la Bwana muweza wa yote, ambalo kupitia hilo ulimwengu wenyewe ulianza kuwepo. Mvuto, “nguvu ya ajabu” ambayo bado haijaeleweka vizuri baada ya miaka mia nne ya utafiti, ni udhihirisho mmoja wa utunzaji huu wa ajabu wa kimungu kwa ulimwengu.
Upotovu wa muda na nafasi na mashimo nyeusi
Nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano huona mvuto kama nguvu, lakini kama mkunjo wa nafasi yenyewe karibu na kitu kikubwa. Nuru, ambayo kwa kawaida hufuata mistari iliyonyooka, inatabiriwa kuinama inapopitia nafasi iliyojipinda. Hilo lilionyeshwa kwa mara ya kwanza wakati mwanaastronomia Sir Arthur Eddington alipogundua badiliko katika nafasi inayoonekana ya nyota wakati wa kupatwa kabisa kwa jua mwaka wa 1919, akiamini kwamba miale ya nuru ilikuwa ikipindishwa na nguvu ya uvutano ya jua.
Uhusiano wa jumla pia unatabiri kwamba ikiwa mwili ni mnene wa kutosha, mvuto wake utapotosha nafasi kiasi kwamba mwanga hauwezi kupita ndani yake kabisa. Mwili kama huo huchukua mwanga na kila kitu kingine ambacho kinachukuliwa na mvuto wake mkali, na huitwa Black Hole. Mwili kama huo unaweza kugunduliwa tu na athari zake za mvuto kwa vitu vingine, kwa kukunja kwa nguvu kwa mwanga karibu nayo, na kwa mionzi yenye nguvu inayotolewa na jambo linaloanguka juu yake.
Maada yote ndani ya shimo jeusi yamebanwa katikati, ambayo ina msongamano usio na kikomo. "Ukubwa" wa shimo imedhamiriwa na upeo wa tukio, i.e. mpaka unaozunguka katikati ya shimo nyeusi, na hakuna chochote (hata mwanga) kinaweza kutoroka zaidi yake. Radi ya shimo inaitwa radius ya Schwarzschild, baada ya mwanaastronomia wa Ujerumani Karl Schwarzschild (1873-1916), na huhesabiwa kwa fomula RS = 2GM/c 2, ambapo c ni kasi ya mwanga katika utupu. Ikiwa jua lingeanguka kwenye shimo nyeusi, radius yake ya Schwarzschild itakuwa kilomita 3 tu.
Kuna ushahidi mzuri kwamba baada ya nyota kubwa kuishiwa na mafuta ya nyuklia, haiwezi tena kustahimili kuanguka chini ya uzani wake mkubwa na kutumbukia kwenye shimo jeusi. Mashimo meusi yenye wingi wa mabilioni ya jua yanafikiriwa kuwa kwenye vitovu vya galaksi, kutia ndani galaksi yetu wenyewe, Milky Way. Wanasayansi wengi wanaamini kwamba vitu vyenye kung'aa sana na vilivyo mbali sana vinavyoitwa quasars hutumia nishati iliyotolewa wakati jambo linapoanguka kwenye shimo jeusi.
Kulingana na utabiri wa uhusiano wa jumla, mvuto pia hupotosha wakati. Hili pia limethibitishwa na saa sahihi za atomiki, ambazo hukimbia kwa sekunde chache kwenye usawa wa bahari kuliko katika maeneo yaliyo juu ya usawa wa bahari, ambapo mvuto wa Dunia ni dhaifu kidogo. Karibu na upeo wa macho tukio hili linaonekana zaidi. Ikiwa tutatazama saa ya mwanaanga anapokaribia upeo wa tukio, tutaona kwamba saa inaenda polepole. Mara tu ikiwa ndani ya upeo wa matukio, saa itasimama, lakini hatutaweza kuiona kamwe. Kinyume chake, mwanaanga hatatambua kwamba saa yake inakimbia polepole, lakini ataona kwamba saa yetu inaenda kasi na kasi zaidi.
Hatari kuu kwa mwanaanga karibu na shimo jeusi itakuwa nguvu za mawimbi zinazosababishwa na ukweli kwamba mvuto una nguvu kwenye sehemu za mwili ambazo ziko karibu na shimo jeusi kuliko sehemu zilizo mbali zaidi na hilo. Nguvu ya nguvu za mawimbi karibu na shimo jeusi na wingi wa nyota ni nguvu zaidi kuliko kimbunga chochote na hurarua kwa urahisi vipande vidogo kila kitu kinachokuja. Hata hivyo, wakati mvuto wa mvuto unapungua kwa mraba wa umbali (1/r 2), ushawishi wa mawimbi hupungua kwa mchemraba wa umbali (1/r 3). Kwa hiyo, kinyume na hekima ya kawaida, nguvu ya mvuto (ikiwa ni pamoja na nguvu ya mawimbi) katika upeo wa tukio la mashimo makubwa nyeusi ni dhaifu kuliko kwenye mashimo madogo nyeusi. Kwa hivyo nguvu za mawimbi kwenye upeo wa macho wa tukio la shimo jeusi katika nafasi inayoonekana zingeonekana kidogo kuliko upepo mdogo zaidi.
Kunyooshwa kwa wakati kwa nguvu ya uvutano karibu na upeo wa macho ya tukio ndio msingi wa kielelezo kipya cha kikosmolojia cha mwanafizikia Dk. Russell Humphreys, anachoeleza katika kitabu chake Starlight and Time. Kielelezo hiki kinaweza kusaidia kutatua tatizo la jinsi tunavyoweza kuona nuru ya nyota za mbali katika ulimwengu mchanga. Kwa kuongezea, leo ni mbadala wa kisayansi kwa ile isiyo ya kibiblia, ambayo inategemea mawazo ya kifalsafa ambayo yanapita zaidi ya upeo wa sayansi.
Kumbuka
Mvuto, "nguvu ya ajabu" ambayo, hata baada ya miaka mia nne ya utafiti, inabakia kueleweka vibaya ...
Isaac Newton (1642-1727)
Picha: Wikipedia.org
Isaac Newton (1642-1727)
Isaac Newton alichapisha uvumbuzi wake juu ya mvuto na mwendo wa miili ya mbinguni mnamo 1687, katika kazi yake maarufu " Kanuni za hisabati" Wasomaji fulani walikata kauli haraka kwamba ulimwengu wa Newton haumwachi Mungu nafasi, kwa kuwa sasa kila kitu kingeweza kuelezwa kwa kutumia milinganyo. Lakini Newton hakufikiria hivyo hata kidogo, kama alivyosema katika toleo la pili la kazi hii maarufu:
"Mfumo wetu mzuri zaidi wa jua, sayari na kometi zinaweza tu kuwa matokeo ya mpango na utawala wa kiumbe mwenye akili na mwenye nguvu."
Isaac Newton hakuwa mwanasayansi tu. Mbali na sayansi, alitumia karibu maisha yake yote katika kujifunza Biblia. Vitabu vyake vya Biblia alivyovipenda sana vilikuwa kitabu cha Danieli na kitabu cha Ufunuo, ambacho kinaeleza mipango ya Mungu ya wakati ujao. Kwa kweli, Newton aliandika kazi nyingi za kitheolojia kuliko za kisayansi.
Newton aliheshimu wanasayansi wengine kama vile Galileo Galilei. Kwa njia, Newton alizaliwa katika mwaka huo huo ambao Galileo alikufa, mnamo 1642. Newton aliandika hivi katika barua yake: “Ikiwa ningeona mbali zaidi kuliko wengine, ni kwa sababu nilisimama mabega majitu." Muda mfupi kabla ya kifo chake, labda akitafakari juu ya fumbo la nguvu za uvutano, Newton aliandika kwa unyenyekevu: "Sijui jinsi ulimwengu unavyoniona, lakini kwangu mimi naonekana kama mvulana anayecheza ufuo wa bahari, ambaye hujifurahisha kwa kupata kokoto yenye rangi zaidi kuliko zingine, au ganda zuri, huku bahari kubwa. ukweli usiojulikana."
Newton amezikwa huko Westminster Abbey. Maandishi ya Kilatini kwenye kaburi lake yanaisha kwa maneno haya: “Wanadamu na wafurahi kwamba pambo kama hilo la wanadamu lilikaa kati yao.”.
Kila mtu katika maisha yake amepata dhana hii zaidi ya mara moja, kwa sababu mvuto ni msingi sio tu wa fizikia ya kisasa, bali pia ya idadi ya sayansi nyingine zinazohusiana.
Wanasayansi wengi wamekuwa wakisoma mvuto wa miili tangu nyakati za zamani, lakini ugunduzi kuu unahusishwa na Newton na inaelezewa kuwa hadithi inayojulikana ya tunda lililoanguka juu ya kichwa cha mtu.
Mvuto ni nini kwa maneno rahisi
Mvuto ni kivutio kati ya vitu kadhaa katika ulimwengu. Hali ya jambo hilo inatofautiana, kwani imedhamiriwa na wingi wa kila mmoja wao na kiwango kati yao, yaani, umbali.
Nadharia ya Newton ilitokana na ukweli kwamba matunda yanayoanguka na satelaiti ya sayari yetu huathiriwa na nguvu sawa - mvuto kuelekea Dunia. Lakini satelaiti haikuanguka katika nafasi ya kidunia kwa sababu ya wingi na umbali.
Sehemu ya mvuto
Sehemu ya mvuto ni nafasi ambayo mwingiliano wa miili hufanyika kulingana na sheria za mvuto.
Nadharia ya Einstein ya uhusiano inaelezea uwanja kama mali fulani ya wakati na nafasi, inayoonyeshwa kwa tabia wakati vitu vya kimwili vinaonekana.
Wimbi la mvuto
Hizi ni aina fulani za mabadiliko ya shamba ambayo hutengenezwa kutokana na mionzi kutoka kwa vitu vinavyohamia. Wanatoka kwenye kitu na kuenea kwa athari ya wimbi.
Nadharia za mvuto
Nadharia ya classical ni Newtonian. Walakini, haikuwa kamilifu na baadaye chaguzi mbadala zilionekana.
Hizi ni pamoja na:
- nadharia za metriki;
- yasiyo ya kipimo;
- vekta;
- Le Sage, ambaye kwanza alielezea awamu;
- mvuto wa quantum.
Leo kuna nadharia kadhaa tofauti, zote zinakamilishana au zinaangalia matukio kutoka kwa mtazamo tofauti.
Inafaa kuzingatia: Bado hakuna suluhisho bora, lakini maendeleo yanayoendelea yanafungua majibu zaidi yanayowezekana kuhusu mvuto wa miili.
Nguvu ya mvuto wa mvuto
Hesabu ya msingi ni kama ifuatavyo - nguvu ya mvuto ni sawia na kuzidisha kwa wingi wa mwili na mwingine, kati ya ambayo imedhamiriwa. Fomula hii inaonyeshwa kwa njia hii: nguvu inawiana kinyume na umbali kati ya vitu vilivyo na mraba.
Uwanja wa mvuto ni uwezo, ambayo ina maana nishati ya kinetic imehifadhiwa. Ukweli huu hurahisisha suluhisho la shida ambazo nguvu ya kivutio hupimwa.
Mvuto katika nafasi
Licha ya dhana potofu ya wengi, kuna mvuto angani. Iko chini kuliko Duniani, lakini bado iko.
Kuhusu wanaanga, ambao kwa mtazamo wa kwanza wanaonekana kuruka, kwa kweli wako katika hali ya kupungua polepole. Kwa kuibua, inaonekana kwamba hakuna kitu kinachowavutia, lakini kwa mazoezi wanapata mvuto.
Nguvu ya kivutio inategemea umbali, lakini bila kujali umbali kati ya vitu ni kubwa, wataendelea kuvutia kwa kila mmoja. Kivutio cha pande zote hakitakuwa sifuri.
Mvuto katika Mfumo wa Jua
Katika mfumo wa jua, sio tu Dunia ina mvuto. Sayari, pamoja na Jua, huvutia vitu kwao wenyewe.
Kwa kuwa nguvu imedhamiriwa na wingi wa kitu, Jua lina kiashiria cha juu zaidi. Kwa mfano, ikiwa sayari yetu ina kiashiria cha moja, basi kiashiria cha mwanga kitakuwa karibu ishirini na nane.
Inayofuata katika mvuto baada ya Jua ni Jupiter, hivyo nguvu yake ya uvutano ni mara tatu zaidi ya ile ya Dunia. Pluto ina parameta ndogo zaidi.
Kwa uwazi, hebu tuonyeshe hii: kwa nadharia, kwenye Jua, mtu wa kawaida angekuwa na uzito wa tani mbili, lakini kwenye sayari ndogo zaidi ya mfumo wetu - kilo nne tu.
Nguvu ya uvutano ya sayari inategemea nini?
Mvuto, kama ilivyotajwa hapo juu, ni nguvu ambayo sayari huvuta kuelekea yenyewe vitu vilivyo kwenye uso wake.
Nguvu ya mvuto inategemea uzito wa kitu, sayari yenyewe na umbali kati yao. Ikiwa kuna kilomita nyingi, mvuto ni mdogo, lakini bado huweka vitu vilivyounganishwa.
Vipengele kadhaa muhimu na vya kuvutia vinavyohusiana na mvuto na sifa zake ambazo ni muhimu kuelezea mtoto wako:
- Jambo hilo huvutia kila kitu, lakini kamwe halirudishi - hii inaitofautisha na matukio mengine ya mwili.
- Hakuna kitu kama sifuri. Haiwezekani kuiga hali ambayo shinikizo haifanyiki, yaani, mvuto haufanyi kazi.
- Dunia inaanguka kwa kasi ya wastani ya kilomita 11.2 kwa sekunde; baada ya kufikia kasi hii, unaweza kuacha kivutio cha sayari vizuri.
- Uwepo wa mawimbi ya mvuto haujathibitishwa kisayansi, ni nadhani tu. Ikiwa zitaonekana, basi siri nyingi za ulimwengu zinazohusiana na mwingiliano wa miili zitafunuliwa kwa wanadamu.
Kulingana na nadharia ya uhusiano wa kimsingi wa mwanasayansi kama Einstein, mvuto ni mpindano wa vigezo vya msingi vya uwepo wa ulimwengu wa nyenzo, ambao unawakilisha msingi wa Ulimwengu.
Mvuto ni kivutio cha pamoja cha vitu viwili. Nguvu ya mwingiliano inategemea mvuto wa miili na umbali kati yao. Sio siri zote za jambo hilo zimefunuliwa bado, lakini leo kuna nadharia kadhaa zinazoelezea dhana na mali zake.
Utata wa vitu vinavyochunguzwa huathiri wakati wa utafiti. Katika hali nyingi, uhusiano kati ya wingi na umbali huchukuliwa tu.