Trọng lực - đó là những gì? Lực hấp dẫn. lực hấp dẫn của Trái đất

Nhân loại từ thời cổ đại đã nghĩ về cách thức thế giới xung quanh chúng ta. Tại sao cỏ mọc, tại sao mặt trời chiếu sáng, tại sao chúng ta không thể bay ... Sau đó, tình cờ, luôn luôn đặc biệt quan tâm đến mọi người. Bây giờ chúng ta biết rằng nguyên nhân của tất cả mọi thứ - lực hấp dẫn. nó là gì, và tại sao hiện tượng này là rất quan trọng trong quy mô của vũ trụ, chúng tôi đang xem xét ngày hôm nay.

tiền triệu

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tất cả thân hình to lớn trải qua một điểm thu hút lẫn nhau với nhau. Sau đó nó bật ra rằng lực lượng bí ẩn này gây ra sự chuyển động của các thiên thể và quỹ đạo vĩnh viễn của họ. Lý thuyết rất giống nhau hấp dẫn xây dựng thiên tài Isaak Nyuton, có giả thuyết đã được xác định trước sự phát triển của vật lý trong nhiều thế kỷ tới. Phát triển và tiếp tục (mặc dù theo một hướng hoàn toàn khác nhau) là một nhà khoa học Albert Einstein - một trong những đầu óc vĩ đại nhất của thế kỷ trước.

Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã quan sát thấy sự hấp dẫn, cố gắng tìm hiểu và đo lường nó. Cuối cùng, đưa vào phục vụ nhân loại trong vài thập kỷ qua (trong một số cảm giác, tất nhiên) ngay cả một điều như trọng lực. là những gì nó, định nghĩa về thuật ngữ đang được xem xét trong khoa học hiện đại là gì?

định nghĩa khoa học

Nếu bạn kiểm tra các tác phẩm của các nhà triết học cổ đại, người ta có thể tìm ra rằng từ Latin "các trang trọng" có nghĩa là "nặng nề", "hấp dẫn". Hôm qua, các nhà khoa học đã kêu gọi sự tương tác phổ cập và liên tục giữa các cơ quan vật chất. Nếu lực lượng này là tương đối yếu và chỉ có giá trị cho các đối tượng đang di chuyển chậm hơn so với cách đáng kể tốc độ của ánh sáng, nó được áp dụng đối với họ lý thuyết của Newton. Nếu nó không phải là trường hợp, bạn nên sử dụng những phát hiện của Einstein.

Đầu: Hiện nay, bản chất của lực hấp dẫn không hiểu đầy đủ về nguyên tắc. nó là gì, chúng ta vẫn chưa có mặt đầy đủ.

Các lý thuyết của Newton và Einstein

Theo giáo huấn cổ điển của Isaaka Nyutona, tất cả các cơ quan đang thu hút lẫn nhau với một lực lượng tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng là tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nằm giữa chúng. Einstein khẳng định rằng lực hấp dẫn giữa các đối tượng hiển thị trong trường hợp thời gian và không gian cong (một độ cong không gian chỉ có thể nếu nó có chứa một chất).

Ý tưởng này rất sâu, nhưng các nghiên cứu gần đây cho thấy nó một số thiếu chính xác. Ngày nay, người ta tin rằng lực hấp dẫn warps trong không gian vũ trụ duy nhất: Thời gian có thể làm chậm và thậm chí dừng lại, nhưng thực tế đang thay đổi hình dạng của một lý thuyết vấn đề tạm thời chưa được xác nhận. Đó là lý do tại sao các phương trình Einstein cổ điển không cung cấp ngay cả một cơ hội mà khu vực này sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến vật chất và kết quả từ trường.

Chúng ta càng biết định luật hấp dẫn (trọng lực), các biểu thức toán học trong đó thuộc quyền sở hữu như thời gian Newton:

\ [F = γ \ frac [-1,2] {M_1 m_2} {r ^ 2} \]

Dưới γ hiểu hằng số hấp dẫn (G biểu tượng đôi khi được sử dụng), giá trị của tương đương với 6,67545 × 10-11 m³ / (kg · s²).

Sự tương tác giữa các hạt cơ bản

Sự phức tạp đáng kinh ngạc của khu vực xung quanh chủ yếu gắn liền với vô số các hạt cơ bản. Giữa họ, cũng có sự tương tác khác nhau ở những mức độ về mà chúng tôi chỉ có thể đoán. Tuy nhiên, tất cả các loại tương tác của các hạt cơ bản với nhau khác biệt đáng kể trong hiệu quả của chúng.

Mạnh nhất trong số tất cả các lực lượng nổi tiếng tham gia cùng các thành phần của hạt nhân nguyên tử. Để tách chúng, bạn cần phải dành một lượng thực sự khổng lồ của năng lượng. Đối với các electron, họ được "gắn" vào kernel chỉ bình thường tương tác điện từ. Để ngăn chặn nó, đôi khi khá năng lượng mà xuất hiện như một kết quả của các phản ứng hóa học phổ biến nhất. Trọng lực là (nó là gì, bạn đã biết) trong phiên bản của các nguyên tử và hạt hạ nguyên tử là loại đơn giản nhất của sự tương tác.

Trường hấp dẫn trong trường hợp này là quá yếu đến nỗi rất khó để tưởng tượng. Lạ lùng thay, nhưng sự chuyển động của các thiên thể, có trọng lượng đôi khi không thể tưởng tượng, "làm theo" họ. Tất cả điều này là có thể nhờ vào hai tính năng hấp dẫn được đặc biệt rõ rệt trong trường hợp đối tượng vật lý lớn:

• Không giống như hấp dẫn lực nguyên tử kéo đáng kể xa hơn từ các đối tượng. Như vậy, lực hấp dẫn của trái đất giữ trong lĩnh vực của mình, thậm chí mặt trăng, và một lực lượng tương tự của quỹ đạo của sao Mộc dễ dàng hỗ trợ nhiều vệ tinh, khối lượng của mỗi trong số đó được so sánh với trái đất!
• Bên cạnh đó, nó luôn luôn đảm bảo sự hấp dẫn giữa các đối tượng, khoảng cách, lực lượng này bị suy yếu ở tốc độ thấp.

Hình thành nhiều hơn hoặc ít chặt chẽ lý thuyết về lực hấp dẫn là tương đối gần đây, và nó là do hậu quả của những quan sát từ nhiều thế kỷ của sự chuyển động của các hành tinh và các thiên thể khác. Nhiệm vụ dễ dàng hơn đáng kể bởi thực tế rằng họ đang di chuyển trong chân không, nơi có chỉ đơn giản là không có tương tác có thể khác. Galileo và Kepler - hai nhà thiên văn học nổi bật của thời điểm đó, quan sát có giá trị nhất của họ đã giúp mở đường cho những khám phá mới.

Nhưng chỉ Isaak Nyuton vĩ đại đã có thể thiết lập các lý thuyết đầu tiên của lực hấp dẫn và thể hiện nó trong bản đồ toán học. Đó là luật đầu tiên của lực hấp dẫn, lập bản đồ toán học được đưa ra ở trên.

Kết luận của Newton và một số người tiền nhiệm của ông

Không giống như các hiện tượng vật lý khác đang tồn tại trong thế giới xung quanh chúng ta, lực hấp dẫn thể hiện luôn luôn và ở khắp mọi nơi. Nên hiểu rằng thuật ngữ "không trọng lượng", mà thường được tìm thấy trong các vòng tròn giả khoa học, nó không phải là chính xác: thậm chí không trọng lượng trong vũ trụ không có nghĩa là một người hoặc một con tàu vũ trụ không phải là hấp dẫn có giá trị của một vật thể lớn.

Thêm vào đó, tất cả các cơ quan nguyên liệu có trọng lượng nhất định, được thể hiện dưới hình thức một lực lượng đã được áp dụng đối với họ, và sự tăng tốc sản xuất do tiếp xúc này.

Như vậy, lực hấp dẫn tỷ lệ với khối lượng của vật. Số lượng, họ có thể được thể hiện, nhận cả sản phẩm của quần chúng của các cơ quan. Lực lượng này tuân theo sự phụ thuộc chặt chẽ nghịch đảo trên bình phương khoảng cách giữa các đối tượng. Tất cả các tương tác khác rất khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách giữa hai cơ quan.

Thánh lễ như một nền tảng của lý thuyết

Một mảng của các đối tượng đã trở thành điểm đặc biệt gây tranh cãi xung quanh được xây dựng toàn bộ lý thuyết hiện đại của lực hấp dẫn và thuyết tương đối của Einstein. Nếu bạn còn nhớ thứ hai luật của Newton, sau đó bạn đã biết rằng trọng lượng là một tính năng bắt buộc của bất kỳ cơ thể vật chất. Nó cho thấy cách đối tượng sẽ cư xử trong trường hợp bị chịu lực, không phân biệt nguồn gốc của nó.

Vì tất cả các cơ thể (theo Newton) khi tiếp xúc với một ngoại lực đẩy mạnh, cụ thể là hàng loạt quyết định lớn như thế nào là tăng tốc này. Hãy xem xét một ví dụ rõ ràng hơn. Hãy tưởng tượng một chiếc xe tay ga và xe buýt: nếu áp dụng đối với họ chính xác những tác dụng tương tự, họ đạt tốc độ khác nhau đối với thời gian không đồng đều. Tất cả điều này được giải thích bởi lý thuyết về lực hấp dẫn.

mối quan hệ giữa khối lượng và trọng lực là gì?

Nếu chúng ta nói về trọng lực, khối lượng của hiện tượng này đóng một vai trò hoàn toàn ngược lại với điều mà nó đóng liên quan đến sức mạnh và khả năng tăng tốc của đối tượng. Rằng đó là nguồn chủ yếu thu hút. Nếu bạn có một cái nhìn tại hai cơ quan và lực lượng mà họ thu hút một đối tượng thứ ba, mà nằm ở một khoảng cách bằng nhau từ lần đầu tiên hai, sau đó mối quan hệ của lực lượng bằng tỷ số giữa khối lượng của hai đối tượng đầu tiên. Như vậy, lực hấp dẫn là tỷ lệ thuận với trọng lượng cơ thể.

Nếu chúng ta xem xét các định luật thứ ba của Newton, người ta có thể chắc chắn rằng nó nói chính xác điều tương tự. Lực hấp dẫn có tác dụng trên hai cơ quan xử lý tại một khoảng cách tương đương từ nguồn thu hút, trực tiếp phụ thuộc vào khối lượng của đối tượng dữ liệu. Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta đang nói về sức mạnh mà cơ thể được thu hút vào bề mặt của hành tinh, như tiêu đề của nó.

Hãy để chúng tôi tổng hợp. Như vậy, khối lượng liên quan chặt chẽ với sức mạnh và khả năng tăng tốc. Đồng thời nó quyết định có hiệu lực mà cơ thể sẽ hành động dựa trên sự hấp dẫn.

Tính năng tăng tốc của các cơ quan trong một trường hấp dẫn

nhị nguyên tuyệt vời Đây là lý do mà trong trường hấp dẫn cùng khả năng tăng tốc đối tượng hoàn toàn khác nhau sẽ được bình đẳng. Giả sử chúng ta có hai cơ quan. Gán một trong số họ tin đại chúng z, và người kia - Z. Cả hai đối tượng được ném trên mặt đất, rơi tự do.

Như được xác định bằng tỷ lệ giữa các lực lượng của thu hút? Nó cho thấy một công thức toán học đơn giản - z / Z. Đó chỉ là sự tăng tốc mà họ nhận được là kết quả của lực hấp dẫn sẽ giống hệt nhau. Đơn giản chỉ cần đặt, gia tốc mà cơ thể đang ở trong một trường hấp dẫn không phụ thuộc vào tính chất của nó.

Điều gì quyết định sự tăng tốc trong trường hợp được mô tả?

Nó chỉ phụ thuộc (!) Trong số trọng lượng của đối tượng mà tạo lĩnh vực này, cũng như vị trí không gian của họ. Vai trò kép của khối lượng và tăng tốc bằng với các cơ quan khác nhau trong một trường hấp dẫn là đã tương đối cởi mở trong một thời gian dài. Những hiện tượng này có tiêu đề sau đây: "tương đương nguyên tắc". Thuật ngữ này nhấn mạnh một lần nữa rằng sự tăng tốc và quán tính thường tương đương (đối với một số phạm vi, tất nhiên).

Tầm quan trọng của giá trị của G

chúng ta nhớ từ khóa học vật lý học, mà sự tăng tốc của lực hấp dẫn ở bề mặt của hành tinh chúng ta (trọng lực của Trái đất) là 10 m / sek.² (9.8 tất nhiên, nhưng giá trị này được sử dụng để dễ tính toán). Do đó, không có tính đến sức cản không khí tài khoản (ở độ cao đáng kể ở khoảng cách ngắn tỉ lệ), thì hiệu quả thu được khi cơ thể mua lại một tăng của tốc 10 m / giây. mỗi giây. Ví dụ, một cuốn sách rơi từ tầng hai của ngôi nhà, vào cuối sứ mệnh của mình sẽ được di chuyển ở tốc độ 30-40 m / s. Một cách đơn giản, 10 m / s - đây là "tốc độ" của trọng lực trong vòng Trái Đất.

Gia tốc của lực hấp dẫn trong các tài liệu vật lý ký hiệu «g» lá thư. Kể từ khi hình dạng của Trái đất đến một mức độ nhất định giống như một quýt hơn bóng, giá trị của số lượng này không phải là trong tất cả các lĩnh vực của nó là như nhau. Như vậy, trong các cực tăng tốc trên, và nó trở nên nhỏ hơn trên các đỉnh núi cao của dãy núi.

Ngay cả trong ngành công nghiệp khai thác khoáng sản không có vai trò nhỏ mà lực hấp dẫn. Tính chất vật lý của việc này hiện tượng đôi khi tiết kiệm rất nhiều thời gian. Vì vậy, các nhà địa chất đặc biệt quan tâm đến một định nghĩa hoàn toàn chính xác của g, vì nó cho phép độ chính xác đặc biệt khám phá và tìm kiếm các mỏ khoáng sản. Bằng cách này, nó trông giống như công thức lực hấp dẫn, trong đó giá trị đóng vai trò xem xét chúng tôi? Ở đây là:

F = G x M1xM2 / R2

Hãy chú ý! Trong trường hợp này, công thức trọng lực bao hàm G «hằng số hấp dẫn", giá trị mà chúng ta đã đưa ra ở trên.

Vào thời điểm đó, Newton xây dựng các nguyên tắc đề ra ở trên. Ông biết, và sự hiệp nhất và phổ quát của lực hấp dẫn, nhưng tất cả các khía cạnh của hiện tượng này, ông không thể diễn tả được. Vinh dự đó rơi vào tay Alberta Eynshteyna, người đã có thể giải thích nguyên tắc tương đương. nhân loại rằng nợ sự hiểu biết hiện tại của mình về bản chất của không-thời gian liên tục.

Lý thuyết tương đối, Alberta Eynshteyna công việc

Trong thời điểm Isaaka Nyutona tin rằng điểm khởi đầu có thể được biểu diễn dưới dạng một số "thanh" khó khăn, do đó vị trí lắp đặt của cơ thể trong không gian hệ tọa độ. Cùng lúc đó nó được giả định rằng tất cả các nhà quan sát, người lưu ý những tọa độ này sẽ nằm trong cùng một không gian thời gian. Trong những năm qua, tình trạng này được coi là quá rõ ràng rằng không có nỗ lực đã được thực hiện để thách thức nó hoặc thêm vào nó. Đây là điều dễ hiểu, bởi vì các giới hạn của hành tinh chúng ta không có sai lệch trong quy định này không.

Einstein chứng minh rằng tính chính xác của phép đo sẽ thực sự có ý nghĩa nếu đồng hồ giả đang chuyển động chậm hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng. Một cách đơn giản, nếu một người quan sát chuyển động chậm hơn so với tốc độ của ánh sáng, sẽ làm theo hai sự kiện, chúng xảy ra cho anh ta cùng một lúc. Theo đó, đối với người quan sát thứ hai? tỷ lệ trong số đó là các sự kiện tương tự hoặc nhiều hơn có thể xảy ra vào những thời điểm khác nhau.

Nhưng lực hấp dẫn có liên quan đến lý thuyết tương đối? Chúng ta hãy mở vấn đề này một cách chi tiết.

Mối liên hệ giữa lý thuyết tương đối và hấp dẫn lực lượng

Trong những năm gần đây, nó làm cho một số lượng lớn các khám phá trong lĩnh vực hạt hạ nguyên tử. Một niềm tin ngày càng tăng rằng chúng ta sắp tìm ra hạt cuối cùng, vượt qua mà thế giới chúng ta không thể được nghiền nát. Trở nên dai dẳng hơn cần phải biết chính xác làm thế nào để ảnh hưởng đến "viên gạch" nhỏ của vũ trụ của chúng tôi là lực lượng cơ bản đã được phát hiện trong thế kỷ trước, và thậm chí sớm hơn. Đặc biệt là tổn thương mà chính bản chất của lực hấp dẫn vẫn chưa được giải thích.

Đó là lý do tại sao, sau khi Einstein, người thành lập "bất lực" của cơ học Newton cổ điển trong khu vực đang được xem xét, các nhà nghiên cứu tập trung vào một suy luận hoàn chỉnh của dữ liệu thu được trước đó. Trong nhiều cách, sửa đổi đã trải qua, mức độ nghiêm trọng. Những gì nó là ở cấp độ hạt hạ nguyên tử? Liệu nó có ít nhất một số giá trị trong thế giới này tuyệt vời đa chiều?

Một giải pháp đơn giản?

Lúc đầu, nhiều người nghĩ rằng đó hấp dẫn sự không nhất quán của Newton và lý thuyết tương đối có thể được giải thích khá đơn giản, một loại suy từ điện động lực học. Nó sẽ có thể cho rằng trường hấp dẫn lây lan như một từ trường, sau đó chúng ta có thể khai báo một "trung gian" trong sự tương tác của các thiên thể, giải thích nhiều mâu thuẫn của người già và các lý thuyết mới. Thực tế là sau đó nó sẽ được coi là vận tốc tương đối của công tác tuyên truyền của các lực lượng là ánh sáng thấp hơn đáng kể. Kể từ trọng lực và thời gian ràng buộc?

Về nguyên tắc, bản thân Einstein gần như phải xây dựng một lý thuyết tương đối được dựa trên quan điểm như vậy, đó chỉ là một điều cản trở ý định của mình. Không ai trong số các nhà khoa học của thời gian mà không có bất kỳ thông tin nào cả mà có thể giúp xác định "tốc độ" của lực hấp dẫn. Nhưng có rất nhiều thông tin liên quan đến sự chuyển động của khối lượng lớn. Như bạn đã biết, họ chỉ làm là một nguồn công nhận của một trường hấp dẫn mạnh mẽ.

tốc độ cao ảnh hưởng lớn đến trọng lượng cơ thể, và điều này là không có cách nào tương tự như sự tương tác của tốc độ và sức mạnh. Tốc độ càng cao thì càng có nhiều trọng lượng cơ thể. Vấn đề là sau này được tự động sẽ trở thành vô hạn trong trường hợp chuyển động với vận tốc ánh sáng hoặc cao hơn. Vì vậy, Einstein kết luận rằng không có lực hấp dẫn, và lĩnh vực tensor để mô tả đó nên được sử dụng nhiều hơn nữa biến.

theo Ngài đi đến kết luận rằng lực hấp dẫn và thiết thực không liên quan. Thực tế là tensor lĩnh vực này rất có thể hoạt động trên không gian, nhưng trong thời gian ảnh hưởng đến không. Tuy nhiên, các nhà vật lý Stephen Hawking rực rỡ hiện đại có một quan điểm khác. Nhưng đó là một câu chuyện khác ...