Prawo świata: fizyka

Prawo powszechnej percepcji odkrył Newton w 1687 roku, badając ruch satelity Księżyca wokół Ziemi. Angielski fizyk wyraźnie sformułował postulat charakteryzujący siły przyciągania. Ponadto, analizując prawa Keplera, Newton obliczył, że siły przyciągania muszą istnieć nie tylko na naszej planecie, ale także w przestrzeni.

Tło

Prawo świata nie rodzi się spontanicznie. Od czasów starożytnych ludzie studiowali niebo, głównie do kompilacji kalendarzy rolniczych, kalkulacji ważnych dat, świąt religijnych. Obserwacje wskazywały, że w centrum "świata" znajduje się Słońce (Słońce), wokół którego ciała niebieskie obracają się na orbitach. Następnie dogmaty Kościoła nie pozwoliły na to, a ludzie stracili wiedzę nagromadzoną przez tysiące lat.

W XVI wieku, przed wynalezieniem teleskopów, pojawiła się galaktyka astronomów, którzy patrzyli w niebo w sposób naukowy, zrzucając zakazy kościoła. T. Brahe, przez wiele lat obserwując kosmos, systematycznie usystematyzował ruchy planet. Te bardzo dokładne dane pomogły I. Keplerowi odkryć trzy z jego praw.

Do czasu odkrycia (1667) przez Izaaka Newtona prawa astronomicznego, ostatecznie ustanowiono system heliocentryczny świata N. Kopernika. Zgodnie z nim każda z planet układu krąży wokół orbity wokół orbity, co przy przybliżeniu wystarczającym do wielu obliczeń może być uważane za okrągłe. Na początku XVII wieku. I. Kepler, analizując dzieła T. Brahe'a, ustalił prawa kinematyczne charakteryzujące ruchy planet. Odkrycie stało się podstawą do wyjaśnienia dynamiki ruchu planet, czyli sił, które determinują właśnie ten rodzaj ruchu.

Opis interakcji

W przeciwieństwie do krótkotrwałych słabych i silnych oddziaływań, pola grawitacyjne i elektromagnetyczne mają właściwości dalekiego zasięgu: ich wpływ manifestuje się na gigantycznych odległościach. Dwie siły działają na zjawiska mechaniczne w makrokosmosie: elektromagnetyczne i grawitacyjne. Wpływ planet na satelity, lot opuszczonego lub zaniedbanego obiektu, pływanie ciała w cieczy - siły grawitacyjne działają w każdym z tych zjawisk. Obiekty te są przyciągane do planety, do niej, stąd nazwa "prawo całego świata".

Udowodniono, że między ciałami fizycznymi niewątpliwie działa siła wzajemnego przyciągania. Takie zjawiska, jak upadek przedmiotów na Ziemi, obrót Księżyca, planety wokół Słońca, występujące pod działaniem sił przyciągania uniwersalnego, nazywane są grawitacją.

Prawo świata: formuła

Na całym świecie sformułowane w następujący sposób: dwa dowolne przedmioty materialne przyciągają się z pewną siłą. Wielkość tej siły jest wprost proporcjonalna do iloczynu mas tych obiektów i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi:

W formule m1 i m2 są masami badanych obiektów materialnych; r jest odległością określoną między centra masy obiekty osadnicze; G jest stałą wielkością grawitacyjną, wyrażającą siłę, z jaką realizuje się wzajemne przyciąganie dwóch obiektów o wadze 1 kg każdy, znajdujących się między sobą w odległości 1 m.

Stała grawitacyjna określone eksperymentalnie. Brytyjskiemu naukowcowi Henry'emu Cavendishowi udało się wykonać obliczenia za pomocą specjalnego dynamometru - obciążników skrętnych. Okazało się, że wartość G = (6,673 ± 0,003) · 10 ^-11 N · m ² · kg ^{- 2} w MCE (Międzynarodowy System Jednostek).

Niuanse obliczeń

Prawo Izaaka Newtona należy do tak zwanej mechaniki klasycznej (tradycyjnej fizyki) i nie zawsze dokładnie odzwierciedla interakcje na poziomie mikro (w "nowej" fizyce). Dlatego też prawo uniwersalnego Newtona zostało zastosowane tylko dla punktów materialnych (obiektów). Siła przyciągania występująca między dwoma obiektami może być określona za pomocą formuły przedstawionej powyżej w następujących przypadkach:

• Jeśli oba ciała są jednorodnymi obiektami, wówczas r jest znaną odległością między środkami obiektów; m1, m2 - masy obiektów.
• Jeden z ciał jest punktem materialnym (obiekt), a drugi jest kulą jednorodną, ​​wtedy m1 jest masą punktu, m2 jest kulą, r jest znaną odległością między środkami masy.

Dziedzina

Dwie siły oddziaływania, które działają na każdy z oddziałujących obiektów, są takie same w wielkości, natomiast przeciwne w kierunku, w pełnej zgodności z prawem Newtona (prawo interakcji z dwóch punktów materialnych). Siły są kierowane wzdłuż prostej łączącej oba punkty materialne - nazywa się je centralnym. Grawitacyjne oddziaływanie między tymi obiektami odbywa się w polu agresji. W każdym punkcie pola grawitacyjnego na obiekt umieszczony w nim wpływa grawitacja, która jest proporcjonalna do masy tego obiektu. Grawitacja nie zależy od środowiska, w którym znajduje się badany obiekt (ciało, punkt).

Pole ma określoną właściwość - podczas przenoszenia obiektu o pewnej masie (m) między różnymi punktami pola grawitacyjnego wpływ grawitacji nie będzie zależeć od trajektorii obiektu, ale będzie zależał wyłącznie od położenia w polu grawitacyjnym początkowego i końcowego punktu ruchu obiektu. Siły o podobnych właściwościach nazywano konserwatywnymi, a pole z działaniem takich sił było potencjalnym.

Grawitacja w kosmicznej skali

Isaac Newton udowodnił, że prawo widm światowych, którego definicja dał mechaniki klasycznej, ma również znaczenie w obliczeniach astronomicznych. Integralną cechą prawa grawitacji jest pojęcie grawitacji - siła, z jaką obiekt jest przyciągany przez pole agresji. Ta definicja dotyczy wszystkich obiektów kosmicznych.

Zazwyczaj grawitacja (Ft) jest obliczana za pomocą prostej formuły: Ft = mg, to znaczy, masa obiektu (m) uniesionego ponad powierzchnią Ziemi jest mnożona przez współczynnik przyspieszenia grawitacyjnego (g). Na powierzchni Ziemi znany jest współczynnik g, jeśli jest zaokrąglony, równy 9,8 m / s². Jednak obliczenia stają się niedokładne, jeśli obiekt znajduje się w znacznej odległości od płaszczyzny Ziemi. W tej sytuacji współczynnik g nie jest znany z góry, a fizyka Newtona przychodzi tu z pomocą. Prawo światowej szerokości umożliwia obliczenie grawitacji nawet dla odległych obiektów (na przykład Księżyc, satelity, meteoryty itp.), Jeśli znana jest odległość między ciałem a Ziemią.

Przykład kalkulacji

Umieść ją na wysokości h powyżej Ziemi, której promień to Rc, a masa to Mc, obiekt o masie m. Pomiędzy obiektem a Ziemią działa ta sama siła światowej szerokości:

W tym przypadku Ft nazywany jest siłą grawitacji - siłą przyciągania przedmiotu badanego przez Ziemię (a dokładniej - składową tej siły). Ta siła daje obiektowi przyspieszenie swobodnego spadania. Można ją obliczyć w następujący sposób: Ft = G · (Mc · m / r²), gdzie r = Rc + h jest odległością od obiektu do środka Ziemi, G jest stałą grawitacyjną.

Jeśli przyjrzymy się tej formule, stanie się oczywiste, że im wyższy przedmiot badania nad płaszczyzną planety, tym mniej grawitacji. Oznacza to, że pole grawitacyjne planety wzrasta, gdy zbliża się do jej centrum.

Funkcje udarowe

Ze względu na dzienny obrót Ziemi lub innej planety wokół osi, siła grawitacji i siła grawitacji dla tego samego przedmiotu różnią się w module i kierunku. Siła przyciągania (siła grawitacji) jest zawsze kierowana wzdłuż promienia do środka Ziemi, siły grawitacji Ft - wzdłuż linii pionu do środka Ziemi.

Siła przyciągania zależy od wartości szerokości geograficznej. Powodem tej zależności jest to, że ciało arbitralne, które pozostaje w spoczynku względem Ziemi, bierze udział w jego codziennym obrocie, dlatego gdy porusza się wokół osi w okręgu, na ciało oddziaływuje siła przyciągania i siła reakcji skierowana pod określonym kątem. Wynik tych sił i daje ciało przyspieszenie dośrodkowe.

Co decyduje o sile grawitacji

Prawo świata działa inaczej, w zależności od regionu. Ponieważ siła przyciągania zależy od wartości szerokości geograficznej w określonym miejscu, przyspieszenie swobodnego spadku jest podobnie charakteryzowane przez różne wartości w różnych miejscach. Maksymalna wartość to grawitacja i, odpowiednio, przyspieszenie grawitacyjne mieć na biegunach Ziemi - siła grawitacji w tych punktach jest równa sile przyciągania. Minimalne wartości będą na równiku.

Kula ziemska jest lekko spłaszczona, jej promień biegunowy jest mniejszy niż promień równikowy o około 21,5 km. Jednak ta zależność jest mniej znacząca w porównaniu z codzienną rotacją Ziemi. Obliczenia pokazują, że z powodu spłaszczenia Ziemi na równiku przyspieszenie swobodnego spadku jest nieco mniejsze niż jego wartość na biegunie o 0,18%, a przy codziennym obrocie - o 0,34%.

Jednak w tym samym miejscu Ziemi kąt między wektorami kierunkowymi jest mały, więc różnica między siłą grawitacji i grawitacją jest niewielka i można ją pominąć w obliczeniach. Oznacza to, że możemy założyć, że moduły tych sił są takie same - przyspieszenie swobodnego spadania w pobliżu powierzchni Ziemi jest wszędzie takie samo i wynosi około 9,8 m / s².

Wniosek

Isaac Newton był naukowcem, który popełnił rewolucja naukowa całkowicie przebudowali zasady dynamiki i na ich podstawie stworzyli naukowy obraz świata. Jego odkrycie wpłynęło na rozwój nauki, tworzenie kultury materialnej i duchowej. Los Newtona stał się wyzwaniem dla rewizji rezultatów idei dotyczących świata. W XVII wieku. Naukowcy zakończyli imponujące dzieło budowania fundamentów nowej nauki - fizyki.