Secolele XVI-XVII sunt pe bună dreptate numite de mulți drept una dintre cele mai glorioase perioade în. În acest moment au fost puse în mare măsură bazele, fără de care dezvoltarea ulterioară a acestei științe ar fi pur și simplu de neconceput. Copernic, Galileo, Kepler au făcut o treabă grozavă pentru a declara fizica ca o știință care poate răspunde la aproape orice întrebare. Legea gravitației universale se deosebește într-o serie întreagă de descoperiri, a căror formulare finală aparține remarcabilului om de știință englez Isaac Newton.
Semnificația principală a lucrării acestui om de știință nu a fost în descoperirea forței gravitației universale - atât Galileo, cât și Kepler au vorbit despre prezența acestei valori chiar înainte de Newton, ci în faptul că el a fost primul care a demonstrat că atât pe Pământ și în spațiul cosmic aceleași forțe de interacțiune între corpuri.
În practică, Newton a confirmat și a fundamentat teoretic faptul că absolut toate corpurile din Univers, inclusiv cele situate pe Pământ, interacționează între ele. Această interacțiune se numește gravitațională, în timp ce însuși procesul gravitației universale este gravitația.
Această interacțiune are loc între corpuri deoarece există un tip special de materie, spre deosebire de altele, care în știință se numește câmp gravitațional. Acest câmp există și acționează în jurul absolutului oricărui obiect, deși nu există protecție împotriva lui, deoarece are o capacitate unică de a pătrunde în orice materiale.
Forța gravitației universale, a cărei definiție și formulare a dat-o este în dependență directă de produsul maselor corpurilor care interacționează și în dependență inversă de pătratul distanței dintre aceste obiecte. Potrivit opiniei lui Newton, confirmată irefutat de cercetările practice, forța gravitației se găsește prin următoarea formulă:
În ea, constanta gravitațională G este de o importanță deosebită, care este aproximativ egală cu 6,67 * 10-11 (N * m2) / kg2.
Forța gravitației universale, cu care corpurile sunt atrase de Pământ, este un caz special al legii lui Newton și se numește forța gravitației. În acest caz, constanta gravitațională și masa Pământului însuși pot fi neglijate, astfel încât formula pentru găsirea forței gravitaționale va arăta astfel:
Aici g nu este altceva decât o accelerație a cărei valoare numerică este aproximativ egală cu 9,8 m / s2.
Legea lui Newton explică nu numai procesele care au loc direct pe Pământ, ci oferă un răspuns la multe întrebări legate de structura întregului sistem solar. În special, forța gravitației universale dintre are o influență decisivă asupra mișcării planetelor pe orbitele lor. O descriere teoretică a acestei mișcări a fost făcută de Kepler, dar justificarea ei a devenit posibilă abia după ce Newton și-a formulat celebra sa lege.
Newton însuși a conectat fenomenele gravitației terestre și extraterestre folosind un exemplu simplu: atunci când este tras din, zboară nu direct, ci de-a lungul unei traiectorii arcuite. În acest caz, cu o creștere a încărcăturii prafului de pușcă și a masei nucleului, acesta din urmă va zbura din ce în ce mai departe. În cele din urmă, dacă presupunem că este posibil să obțineți atât de mult praf de pușcă și să proiectați un astfel de tun astfel încât nucleul să zboare în jurul globului, atunci, după ce a făcut această mișcare, nu se va opri, ci își va continua mișcarea circulară (eliptică), transformându-se într-una artificială. Ca urmare, forța gravitației mondiale este aceeași în natură atât pe Pământ, cât și în spațiul cosmic.
În natură, există diverse forțe care caracterizează interacțiunea corpurilor. Luați în considerare forțele care sunt întâlnite în mecanică.
Forțele gravitaționale. Probabil că prima forță, a cărei existență și-a dat seama o persoană, a fost forța gravitației care acționează asupra corpurilor din partea Pământului.
Și au fost nevoie de multe secole pentru ca oamenii să înțeleagă că forța gravitației acționează între orice corp. Și au fost nevoie de multe secole pentru ca oamenii să înțeleagă că forța gravitației acționează între orice corp. Primul care a înțeles acest fapt a fost fizicianul englez Newton. Analizând legile care guvernează mișcarea planetelor (legile lui Kepler), a ajuns la concluzia că legile de mișcare observate ale planetelor pot fi îndeplinite numai dacă între ele acţionează o forță de atracție, care este direct proporțională cu masele lor și invers proporțională. la pătratul distanței dintre ele.
Newton a formulat legea gravitaţiei. Oricare două corpuri sunt atrase unul de celălalt. Forța de atracție dintre corpurile punctuale este direcționată de-a lungul unei linii drepte care le leagă, este direct proporțională cu masele ambelor și este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele:
În acest caz, corpurile punctuale sunt înțelese ca corpuri ale căror dimensiuni sunt de multe ori mai mici decât distanța dintre ele.
Forțele gravitaționale se numesc forțe gravitaționale. Coeficientul de proporționalitate G se numește constantă gravitațională. Valoarea sa a fost determinată experimental: G = 6,7 10¯¹¹ N m²/kg².
Gravitatie care acționează în apropierea suprafeței Pământului, îndreptată spre centrul acestuia și se calculează prin formula:
unde g este accelerația datorată gravitației (g = 9,8 m / s²).
Rolul forței gravitaționale în natura vie este foarte semnificativ, deoarece dimensiunea, forma și proporțiile ființelor vii depind în mare măsură de mărimea acesteia.
Greutate corporala. Luați în considerare ce se întâmplă atunci când o anumită greutate este plasată pe un plan orizontal (suport). În primul moment după ce sarcina este coborâtă, aceasta începe să se miște în jos sub influența gravitației (Fig. 8).
Planul se îndoaie și apare o forță elastică ascendentă (reacția suportului). După ce forța de elasticitate (Fу) echilibrează forța de gravitație, coborârea corpului și deformarea suportului se vor opri.
Deformarea suportului a apărut sub acțiunea corpului, de aceea, din partea laterală a corpului, asupra suportului acționează o anumită forță (P), care se numește greutatea corpului (Fig. 8, b). Conform celei de-a treia legi a lui Newton, greutatea unui corp este egală ca mărime cu forța de reacție a suportului și este îndreptată în direcția opusă.
Р = - Fу = Ftyazh.
Greutate corporala numita forta P cu care corpul actioneaza asupra unui suport orizontal fixat fata de acesta.
Întrucât forța gravitației (greutatea) este aplicată pe suport, acesta se deformează și, datorită elasticității sale, se opune forței gravitației. Forțele dezvoltate în acest caz din partea suportului se numesc forțe de reacție ale suportului, iar însuși fenomenul de dezvoltare a rezistenței se numește reacția suportului. Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța de reacție a suportului este egală ca mărime cu gravitația corpului și este opusă acesteia ca direcție.
Dacă o persoană pe un suport se mișcă cu accelerația legăturilor corpului său îndreptate departe de suport, atunci forța de reacție a suportului crește cu valoarea ma, unde m este masa persoanei și sunt accelerațiile cu care se leagă. mișcarea corpului său. Aceste influențe dinamice pot fi înregistrate cu ajutorul dispozitivelor tensometrice (dinamogramă).
Greutatea nu trebuie confundată cu masa corporală. Masa unui corp își caracterizează proprietățile inerte și nu depinde nici de forța gravitațională, nici de accelerația cu care se mișcă.
Greutatea unui corp caracterizează forța cu care acesta acționează asupra suportului și depinde atât de forța gravitațională, cât și de accelerația mișcării.
De exemplu, pe Lună, greutatea corpului este de aproximativ 6 ori mai mică decât greutatea corpului de pe Pământ, în timp ce masa în ambele cazuri este aceeași și este determinată de cantitatea de materie din corp.
În viața de zi cu zi, tehnologie, sport, greutatea este adesea indicată nu în newtoni (N), ci în kilograme de forță (kgf). Trecerea de la o unitate la alta se realizează după formula: 1 kgf = 9,8 N.
Când suportul și corpul sunt nemișcate, atunci masa corpului este egală cu gravitația acestui corp. Când suportul și corpul se mișcă cu o oarecare accelerație, atunci, în funcție de direcția sa, corpul poate experimenta fie imponderabilitate, fie suprasolicitare. Când accelerația coincide în direcție și este egală cu accelerația gravitației, greutatea corpului va fi zero, deci apare o stare de imponderabilitate (ISS, lift de mare viteză la coborâre). Când accelerația mișcării de sprijin este opusă accelerației căderii libere, persoana experimentează o supraîncărcare (începe de la suprafața Pământului a unei nave spațiale cu echipaj, un lift de mare viteză urcând).
Forța gravitațională este forța cu care corpurile de o anumită masă, situate la o anumită distanță unele de altele, sunt atrase unele de altele.
Omul de știință englez Isaac Newton a descoperit legea gravitației universale în 1867. Aceasta este una dintre legile fundamentale ale mecanicii. Esența acestei legi este următoarea:oricare două particule materiale sunt atrase una de cealaltă cu o forță direct proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.
Forța de atracție este prima forță pe care o simți o persoană. Aceasta este forța cu care Pământul acționează asupra tuturor corpurilor de pe suprafața sa. Și orice persoană simte această forță ca pe propria sa greutate.
Legea gravitației universale
Există o legendă că Newton a descoperit legea gravitației universale din întâmplare, plimbându-se seara în grădina părinților săi. Oamenii creativi sunt în permanență în căutare, iar descoperirile științifice nu sunt perspective instantanee, ci rodul muncii mentale pe termen lung. Stând sub un măr, Newton înțelegea o altă idee și deodată i-a căzut un măr în cap. Pentru Newton i-a fost clar că mărul a căzut ca urmare a gravitației Pământului. „Dar de ce nu cade Luna pe Pământ? - el a crezut. „Deci, există o altă forță care acționează asupra ei, menținând-o pe orbită.” Așa se face celebrul legea gravitaţiei.
Oamenii de știință care au studiat anterior rotația corpurilor cerești credeau că corpurile cerești se supun unor legi complet diferite. Adică, s-a presupus că există legi de atracție complet diferite pe suprafața Pământului și în spațiu.
Newton a combinat aceste presupuse forme de gravitație. Analizând legile lui Kepler care descriu mișcarea planetelor, el a ajuns la concluzia că forța de atracție ia naștere între orice corp. Adică atât mărul căzut în grădină, cât și planetele din spațiu sunt acționate de forțe care respectă aceeași lege – legea gravitației.
Newton a stabilit că legile lui Kepler sunt valabile numai dacă există o forță de gravitație între planete. Și această forță este direct proporțională cu masele planetelor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.
Forța de atracție se calculează prin formula F = G m 1 m 2 / r 2
m 1 - masa primului corp;
m 2- masa celui de-al doilea corp;
r - distanta dintre corpuri;
G - coeficient de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională sau gravitație universală constantă.
Valoarea sa a fost determinată experimental. G= 6,67 10 -11 Nm 2 / kg 2
Dacă două puncte materiale cu o masă egală cu o unitate de masă se află la o distanță egală cu o unitate de distanță, atunci ele sunt atrase cu o forță egală cu G.
Forțele de atracție sunt forțe gravitaționale. Se mai numesc si ei forțe de gravitație... Ele sunt supuse legii gravitației universale și se manifestă peste tot, deoarece toate corpurile au masă.
Gravitatie
Forța gravitațională de lângă suprafața Pământului este forța cu care toate corpurile sunt atrase de Pământ. Ei o sună prin gravitaţie... Este considerat constant dacă distanța corpului față de suprafața Pământului este mică în comparație cu raza Pământului.
Deoarece forța gravitațională, care este forța gravitațională, depinde de masa și raza planetei, va fi diferită pe diferite planete. Deoarece raza Lunii este mai mică decât raza Pământului, atunci forța gravitațională pe Lună este de 6 ori mai mică decât pe Pământ. Și pe Jupiter, dimpotrivă, forța gravitației este de 2,4 ori mai mare decât forța gravitațională de pe Pământ. Dar greutatea corporală rămâne constantă, indiferent unde este măsurată.
Mulți oameni confundă semnificația greutății cu gravitația, crezând că gravitația este întotdeauna egală cu greutatea. Dar acesta nu este cazul.
Forța cu care corpul apasă pe suport sau întinde suspensia, aceasta este greutatea. Dacă îndepărtați suportul sau suspensia, corpul va începe să cadă odată cu accelerarea căderii libere sub forța gravitației. Gravitația este proporțională cu greutatea corporală. Se calculează prin formulaF= m g , Unde m- masa corpului, g - accelerarea gravitației.
Greutatea corporală se poate modifica și uneori poate dispărea cu totul. Să ne imaginăm că suntem în liftul de la ultimul etaj. Liftul stă în picioare. În acest moment, greutatea noastră P și forța gravitațională F, cu care ne atrage Pământul, sunt egale. Dar de îndată ce liftul a început să coboare cu accelerație A , greutatea și gravitația nu mai sunt egale. Conform celei de-a doua legi a lui Newtonmg+ P = ma. P = m g -ma.
Din formulă se poate observa că greutatea noastră a scăzut pe măsură ce ne-am deplasat în jos.
În momentul în care liftul ia viteză și începe să se miște fără accelerație, greutatea noastră este din nou egală cu forța gravitației. Și când liftul a început să încetinească, accelerația A a devenit negativ și greutatea a crescut. Se instalează o suprasarcină.
Și dacă corpul se mișcă în jos odată cu accelerarea căderii libere, atunci greutatea va deveni complet zero.
La A=g R= mg-ma = mg - mg = 0
Aceasta este o stare de imponderabilitate.
Deci, fără excepție, toate corpurile materiale din Univers se supun legii gravitației universale. Și planetele din jurul Soarelui și toate corpurile situate la suprafața Pământului.
Interacțiunea inerentă tuturor corpurilor Universului și manifestată în atracția lor reciprocă unul față de celălalt se numește gravitațională, și chiar fenomenul gravitației universale gravitatie .
Interacțiune gravitațională realizat printr-un tip special de materie numit câmp gravitațional.
Forțe gravitaționale (forțe gravitaționale) datorită atracției reciproce a corpurilor și sunt direcționate de-a lungul liniei care leagă punctele de interacțiune.
Expresia pentru forța gravitației în 1666 a fost primită de Newton când avea doar 24 de ani.
Legea gravitației universale: două corpuri sunt atrase unul de celălalt cu forțe direct proporționale cu produsul maselor corpurilor și invers proporționale cu pătratul distanței dintre ele:
Legea este valabila cu conditia ca dimensiunile corpurilor sa fie neglijabile in comparatie cu distantele dintre ele. De asemenea, formula poate fi folosită pentru a calcula forțele de gravitație universală, pentru corpuri sferice, pentru două corpuri, dintre care unul este o minge, celălalt un punct material.
Se numește coeficientul de proporționalitate G = 6,68 10 -11 constantă gravitațională.
Simțul fizic constanta gravitațională este aceea că este numeric egală cu forța cu care sunt atrase două corpuri cu o greutate de 1 kg fiecare, situate la o distanță de 1 m unul de celălalt.
Gravitatie
Se numește forța cu care Pământul îi atrage pe cei din apropierea corpului prin gravitaţie , și câmpul gravitațional al Pământului - de câmpul gravitațional .
Forța gravitației este îndreptată în jos, spre centrul Pământului. În corp, trece printr-un punct numit centrul de greutate... În acest centru se află centrul de greutate al unui corp omogen cu centru de simetrie (bilă, placă dreptunghiulară sau rotundă, cilindru etc.). Mai mult, este posibil să nu coincidă cu niciunul dintre punctele corpului dat (de exemplu, la inel).
În cazul general, atunci când este necesar să se găsească centrul de greutate al oricărui corp de formă neregulată, ar trebui să se procedeze de la următorul model: dacă corpul este suspendat pe un fir atașat secvențial de diferite puncte ale corpului, atunci direcțiile marcat cu un fir se va intersecta într-un punct, care este tocmai centrul greutății acestui corp.
Modulul gravitațional se găsește folosind legea gravitației universale și este determinat de formula:
F т = mg, (2,7)
unde g este accelerația în cădere liberă a corpului (g = 9,8 m / s 2 ≈10 m / s 2).
Deoarece direcția accelerației gravitației g coincide cu direcția forței gravitaționale F t, atunci ultima egalitate poate fi rescrisă sub forma
Din (2.7) rezultă că, adică raportul dintre forța care acționează asupra unui corp de masă m în orice punct al câmpului și masa corpului determină accelerația gravitației într-un punct dat al câmpului.
Pentru punctele situate la o înălțime h față de suprafața Pământului, accelerația în cădere liberă a unui corp este egală cu:
(2.8)
unde R З este raza Pământului; M Z este masa Pământului; h este distanța de la centrul de greutate al corpului până la suprafața Pământului.
Această formulă implică faptul că,
in primul rand, accelerația gravitației nu depinde de masa și dimensiunea corpului și,
În al doilea rând, cu creșterea altitudinii deasupra Pământului, accelerația gravitației scade. De exemplu, la o altitudine de 297 km, se dovedește a fi egală nu cu 9,8 m / s 2, ci cu 9 m / s 2.
O scădere a accelerației gravitației înseamnă că și forța gravitației scade odată cu creșterea înălțimii deasupra Pământului. Cu cât corpul este mai departe de Pământ, cu atât îl atrage mai slab.
Din formula (1.73) se poate observa că g depinde de raza Pământului R s.
Dar din cauza aplatizării Pământului, acesta are semnificații diferite în locuri diferite: scade pe măsură ce se deplasează de la ecuator la pol. La ecuator, de exemplu, este egal cu 9,780 m / s 2, iar la pol - 9,832 m / s 2. În plus, valorile locale g pot diferi de valorile lor medii g avg datorită structurii eterogene a scoarței și subsolului terestre, lanțurilor muntoase și depresiunilor, precum și zăcămintelor minerale. Se numește diferența dintre valorile lui g și g cf anomalii gravitaționale:
Anomaliile pozitive Δg> 0 indică adesea depozite de minereuri metalice, în timp ce Δg negativ<0– о залежах лёгких полезных ископаемых, например нефти и газа.
Metoda de determinare a zăcămintelor minerale prin măsurarea precisă a accelerației gravitației este utilizată pe scară largă în practică și se numește explorarea gravimetrică.
O caracteristică interesantă a câmpului gravitațional, pe care câmpurile electromagnetice nu o au, este capacitatea sa de atotpenetrare. Dacă vă puteți proteja de câmpurile electrice și magnetice cu ajutorul unor ecrane metalice speciale, atunci nimic nu poate fi protejat de câmpul gravitațional: acesta pătrunde prin orice materiale.
Isaac Newton a prezentat presupunerea că există forțe de atracție reciprocă între orice corp din natură. Aceste forțe sunt numite forțe de gravitație sau forțe de gravitație... Forța gravitației se manifestă în spațiu, în sistemul solar și pe Pământ.
Legea gravitației universale
Newton a generalizat legile de mișcare ale corpurilor cerești și a descoperit că forța \ (F \) este egală cu:
\ [F = G \ dfrac (m_1 m_2) (R ^ 2) \]
unde \ (m_1 \) și \ (m_2 \) sunt masele corpurilor care interacționează, \ (R \) este distanța dintre ele, \ (G \) este coeficientul de proporționalitate, care se numește constantă gravitațională... Valoarea numerică a constantei gravitaționale a fost determinată experimental de către Cavendish prin măsurarea forței de interacțiune între bile de plumb.
Sensul fizic al constantei gravitaționale rezultă din legea gravitației universale. Dacă \ (m_1 = m_2 = 1 \ text (kg) \), \ (R = 1 \ text (m) \), apoi \ (G = F \), adică constanta gravitațională este egală cu forța cu care două corpuri de 1 kg sunt atrase la o distanță de 1 m.
Valoare numerică:
\ (G = 6,67 \ cdot () 10 ^ (- 11) H \ cdot () m ^ 2 / kg ^ 2 \) .
Forțele gravitației universale acționează între orice corp din natură, dar ele devin tangibile la mase mari (sau dacă cel puțin masa unuia dintre corpuri este mare). Legea gravitației universale este îndeplinită numai pentru punctele materiale și bile (în acest caz, distanța dintre centrele bilelor este luată ca distanță).
Gravitatie
Un anumit tip de forță de gravitație universală este forța de atracție a corpurilor către Pământ (sau către o altă planetă). Această putere se numește prin gravitaţie... Sub influența acestei forțe, toate corpurile capătă accelerația căderii libere.
În conformitate cu a doua lege a lui Newton \ (g = F_T / m \), prin urmare, \ (F_T = mg \).
Dacă M este masa Pământului, R este raza acestuia, m este masa unui corp dat, atunci forța gravitației este
\ (F = G \ dfrac (M) (R ^ 2) m = mg \) .
Forța gravitației este întotdeauna îndreptată spre centrul pământului. În funcție de înălțimea \ (h \) deasupra suprafeței Pământului și de latitudinea geografică a poziției corpului, accelerația gravitației capătă valori diferite. Pe suprafața Pământului și la latitudini medii, accelerația gravitației este de 9,831 m/s 2.
Greutate corporala
În tehnologie și viața de zi cu zi, conceptul de greutate corporală este utilizat pe scară largă.
Greutate corporala notată cu \ (P \). Unitatea de greutate este newton (N). Deoarece greutatea este egală cu forța cu care corpul acționează asupra suportului, atunci, în conformitate cu cea de-a treia lege a lui Newton, greutatea corpului este egală cu forța de reacție a suportului. Prin urmare, pentru a afla greutatea corporală, este necesar să se determine cu ce este egală forța de reacție a suportului.
În acest caz, se presupune că corpul este nemișcat față de suport sau suspensie.
Greutatea corporală și gravitația sunt de natură diferită: greutatea corporală este o manifestare a acțiunii forțelor intermoleculare, iar gravitația este de natură gravitațională.
Se numește starea corpului în care greutatea sa este zero imponderabilitate... Starea de imponderabilitate se observă într-un avion sau o navă spațială atunci când se deplasează cu accelerația gravitației, indiferent de direcția și valoarea vitezei de mișcare a acestora. În afara atmosferei terestre, când motoarele cu reacție sunt oprite, asupra navei spațiale acționează doar forța gravitației universale. Sub acțiunea acestei forțe, nava spațială și toate corpurile din ea se mișcă cu aceeași accelerație, prin urmare, starea de imponderabilitate este observată în navă spațială.
Javascript este dezactivat în browserul dvs.Pentru a face calcule, trebuie să activați controalele ActiveX!