Czym jest grawitacja i jakie jest jej znaczenie dla życia na Ziemi

Wiek XVII nie bez powodu zwany jest wiekiem wielkich odkryć astronomicznych. Długoterminowe obserwacje Galileusza, Kopernika, Tycho Brahe umożliwiły Johannowi Keplerowi formułowanie praw ruchu ciał niebieskich. Aby wyjaśnić, dlaczego planety są w nieskończonym ruchu, co powoduje, że pozostają one na swojej orbicie i czym jest grawitacja, potrzeba było geniuszu - Izaaka Newtona.

Hypotheses geniusz

Isaac Newton sformułował swoje prawa w ruchu nie w teorii, ale w praktycznym zastosowaniu. Podsumowując dane z wieloletnich obserwacji astronomicznych i dzięki swoim prawom ruchu, ten wielki naukowiec był w stanie odpowiedzieć na pytanie, które zaintrygowało więcej niż jedno pokolenie naukowców: "Co utrzymuje planety na ich orbitach?" Rzeczywiście, przed Newtonem naukowcy przedstawili różne założenia - od kryształowych kul płyny magnetyczne. Dzięki Pierwsze prawo Newtona stało się jasne, że siła nie jest potrzebna do jednolitego ruchu prostoliniowego. Potrzebna jest siła, aby planety poruszały się po orbicie krzywoliniowej. Jeśli zastosujemy formułę siły z drugiego prawa Newtona, wówczas będzie ona równa iloczynowi przyspieszenia masowego. Newton doszedł do wniosku, że przyspieszenie powinno być równe v ² / R. Tak więc, na przykład, lżejsze ciało niebieskie, Księżyc obraca się wokół cięższego, ale nigdy nie zbliży się do niego. Można to uważać za spadające ze stycznej do okręgu na sam okrąg. W punkcie styku prędkość może być stała lub równa zero, ale przyspieszenie jest zawsze obecne. Ciągły ruch na danej orbicie bez braku widocznego przyspieszenia - to jest odpowiedź Newtona na pytanie o ruch planet.

Atrakcja

Tak więc Księżyc porusza się wokół Ziemi i Ziemi - wokół Słońca, słuchając pewnej siły. Geniusz Newtona przejawił się w tym, że połączył siły grawitacyjne ciał niebieskich z grawitacją, znaną każdemu mieszkańcowi Ziemi. Istnieje legenda, że ​​zwyczajne jabłko, które spadło na jego głowę, zostało pchnięte do właściwych wniosków Newtona. Przyciąganie jabłka i księżyca do Ziemi opisuje się według absolutnie identycznych praw - konkluduje naukowiec. Gravity otrzymało drugie imię od słowa "gravis", co oznacza "waga".

Grawitacja

Podsumowując prawa ruchu planet, Newton odkrył, że siłę ich oddziaływania można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

Gdzie m ₁ m ₂ są masami współdziałających ciał, R jest odległością między nimi, a G jest pewnym współczynnikiem proporcjonalności, zwanym stała grawitacyjna. Słowo "grawitacja" jest absolutnie poprawne, ponieważ pochodzi od słowa "waga". Dokładna liczba stałego Newtona nie była znana, znacznie później wartość G ustanowiła Cavendish. Można zauważyć, że na oddziaływanie siły przyciągania wpływają masy ciał i odległość między nimi jest brana pod uwagę. Żadne inne czynniki nie mogą wpływać na siłę grawitacji.

Znaczenie prawa przyciągania

To prawo jest uniwersalne i może być stosowane do dowolnych dwóch ciał, które mają masę. W przypadku, gdy masa jednego współdziałającego ciała jest znacznie większa niż masa drugiego, możemy mówić o szczególnym przypadku siły grawitacji, dla której istnieje specjalne określenie "grawitacja". Ta koncepcja jest używana do rozwiązywania problemów, które obliczają siłę grawitacji na Ziemi lub innych ciałach niebieskich. Jeśli podstawimy wartość grawitacji w formule drugiego prawa Newtona, wówczas otrzymamy wartość F = ma. Tutaj jest to przyspieszenie grawitacji, które powoduje, że ciało dąży do siebie nawzajem. W zadaniach związanych z używaniem przyspieszenie grawitacyjne jest zwykle oznaczony literą g. Za pomocą opracowanego przez siebie rachunku całkowego Newton udowodnił matematycznie, że siła grawitacji w kuli zawsze koncentruje się w centrum większego ciała. W parze jabłko-ziemia wektor przyspieszenia jest kierowany w stronę środka ziemi, w parze ziemia-słońce jest skierowany w stronę słońca i tak dalej.

Zależność grawitacji od szerokości geograficznej

Grawitacja na Ziemi zależy od wysokości ciała pod powierzchnią planety i od szerokości geograficznej, na której przeprowadzany jest eksperyment. Wysokość ciała wpływa na wartość R, jak widać, im większa odległość od powierzchni Ziemi, tym mniejsza wartość g. Związek grawitacji z szerokością geograficzną wyjaśnia fakt, że Ziemia ma kształt geoidy, a nie kuli. Na biegunach jest nieco spłaszczony. Dlatego odległość od środka Ziemi do równika i do bieguna będzie różna - do 10%. Taka rozbieżność sprawia, że ​​obliczenia, na przykład obliczenia transkontynentnych frachtów, są niewygodne. Dlatego wskaźnik opiera się na sile przyciągania na średnich szerokościach geograficznych wynoszącej 9,81 m / s ² .

Masa ciała

W życiu codziennym jest powszechnie stosowane coś takiego jak masa ciała. W fizyce jest to oznaczone literą P. Waga jest siłą, z jaką ciało naciska na podporę. W krajowej koncepcji wagi często zastępuje się pojęcie "masy", chociaż są to zupełnie inne wartości. W zależności od tego, jaką wartość ma grawitacja, zmienia się również ciężar ciała. Na przykład waga części wiodącej na Ziemi i na Księżycu będzie się różnić. Ale masa pozostaje niezmieniona zarówno na Ziemi, jak i na Księżycu. Ponadto w niektórych przypadkach masa ciała może wynosić zero. Waga jest wartością, która ma kierunek, a masa jest skalarem.

Ponieważ jednak zgodnie z trzecim prawem Newtona działanie jest równe przeciwności, waga ciała jest równa sile reakcji wspierającej.

Ponieważ siła reakcji prostego wsparcia jest raczej trudna do zmierzenia, doświadczenie można "odwrócić", zawieszając ciało na sprężynie i mierząc stopień rozciągnięcia tej wiosny. W tym przypadku siła rozciągająca sprężynę z obciążeniem będzie miała całkowicie logiczną F = mg, gdzie m jest masą, a g jest przyspieszeniem grawitacji.

Przeciążenie

Jeżeli ładunek ze sprężyną podniesie się, wówczas przyspieszenie siły ciężkości i przyspieszenie dźwigu będą skierowane w przeciwnych kierunkach. Można to przedstawić następująco: F = m (g + a). Grawitacja, a zatem i jej waga, wzrastają.

Aby zwiększyć ciężar związany z dodatkowym przyspieszeniem, istnieje specjalne pojęcie - przeciążenie. Efekt przeciążenia był odczuwany przez każdego z nas, biorąc windę lub startując w samolocie. Kosmonauci i piloci naddźwiękowych samolotów doświadczają szczególnie dużego przeciążenia podczas startu samolotu.

Nieważkość

Kiedy ciało otrzymuje przyspieszenie w kierunku grawitacji, czyli w naszym przypadku, to F = m (ga). Tak więc masa ciała staje się mniejsza. W przypadku ograniczającym, gdy a = g i są one skierowane w różnych kierunkach, można mówić o zerowej wadze, to znaczy ciało spada ze stałą prędkością. Stan, w którym masa ciała wynosi zero, nazywamy nieważkością. Człowiek doświadcza stanu zerowej grawitacji w statku kosmicznym, gdy porusza się z wyłączonymi silnikami. Nieważkość jest powszechnym stanem dla astronautów i pilotów lecących naddźwiękowymi samolotami.

Wartość grawitacji

Bez grawitacji nie byłoby wielu rzeczy, które wydawałyby się nam naturalne, rzeczy nie spadałyby jak lawina z gór, nie padałaby deszcz, rzeki nie płynęłyby. Atmosfera Ziemi jest zachowana przez grawitację. Dla porównania, planety o mniejszej masie, takie jak Księżyc lub Merkury, bardzo szybko straciły swoją atmosferę i pozostały bezbronne wobec przepływu twardego promieniowania kosmicznego. Atmosfera Ziemi odegrała kluczową rolę w pojawieniu się życia na Ziemi, jego modyfikacji i konserwacji.

Oprócz grawitacji siła grawitacji Księżyca działa na Ziemi. Dzięki swojej bliskiej (w skali kosmicznej) okolicy na Ziemi, są fale i przepływy, przesuwają się kontynenty i wiele innych biologiczne rytmy zbiegają się z kalendarzem księżycowym.

Tak więc grawitacja nie powinna być postrzegana jako irytująca przeszkoda, ale jako użyteczne i konieczne prawo natury.