Tartalom
- Gravitációs erő
- A gravitációs gyorsulás
- Példa gravitációval
- Newton gravitációs univerzális törvény
- Példa Newton gravitációs univerzális törvényével
- Albert Einsteins az általános relativitáselmélet
- A gravitáció fontos
Egy fizika hallgató a fizikában a gravitációt kétféleképpen találhatja meg: a Földön vagy más égitestnél a gravitáció által okozott gyorsulásként vagy a világegyetem bármely két objektuma közötti vonzerőerőként. A gravitáció valójában a természet egyik legalapvetőbb ereje.
Sir Isaac Newton törvényeket dolgozott ki mindkettő leírására. Newtoni második törvény (Fháló = ma) bármely tárgyra ható nettó erőre vonatkozik, ideértve a bármely nagy test, például egy bolygó lokalizációjában tapasztalt gravitációs erőt is. A Newton univerzális gravitáció törvénye, egy fordított négyzet alakú törvény, magyarázza a két tárgy közötti gravitációs vonzást vagy vonzást.
Gravitációs erő
A gravitációs mezőben lévő tárgy által tapasztalt gravitációs erő mindig a mezőt létrehozó tömeg központja felé irányul, például a Föld középpontjába. Egyéb erők hiányában a Newton-féle kapcsolat alkalmazásával írható le Fháló = ma, ahol Fháló a gravitációs erő newtonokban (N), m tömeg kilogrammban (kg) és egy a gravitáció miatti gyorsulás m / s-ban2.
A gravitációs mező belsejében lévő bármely tárgy, például a Marson található összes szikla, ugyanazt tapasztalja meg gyorsulás a mező középpontja felé a tömegeik alapján cselekszenek. Így az egyetlen tényező, amely megváltoztatja az ugyanazon bolygón lévő különböző tárgyak gravitációs erejét, a tömeg: Minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb a gravitációs erő és fordítva.
A gravitációs erő jelentése súlya a fizikában, bár a köznyelvi súlyt gyakran másképp használják.
A gravitációs gyorsulás
Newtoni második törvény, Fháló = ma, azt mutatja, hogy a net erő egy tömeget felgyorsít. Ha a nettó erő gravitációból származik, akkor ezt a gyorsulást a gravitáció miatt gyorsulásnak nevezzük; bizonyos nagy testek, például bolygók közelében lévő objektumok esetében ez a gyorsulás megközelítőleg állandó, azaz minden objektum ugyanolyan gyorsulással esik le.
A Föld felszíne közelében ennek az állandónak a saját speciális változója van: g. "Kis g", as g gyakran nevezik, állandó értéke 9,8 m / s2. (A "kis g" kifejezés megkülönbözteti ezt az állandót egy másik fontos gravitációs állandótól, G, vagy "nagy G", amely a gravitációs egyetemes törvényre vonatkozik.) A Föld felszíne közelében leesett tárgyak egyre növekvő sebességgel esnek a Föld középpontja felé, minden másodpercben 9,8 m / s sebességgel haladnak meg, mint a második előtt.
A Földön a gravitációs erő a tömeg tárgyán m jelentése:
Fgravitációs = mg
Példa gravitációval
Az űrhajósok eljutnak egy távoli bolygóhoz, és úgy találják, hogy nyolcszor annyi erőt vesz igénybe a tárgyak felemelése, mint a Földön. Mekkora a gravitáció által okozott gyorsulás ezen a bolygón?
Ezen a bolygón a gravitációs erő nyolcszor nagyobb. Mivel a tárgyak tömege ezen tárgyak alapvető tulajdonsága, nem változhatnak, ez azt jelenti, hogy értéke g nyolcszor is nagyobbnak kell lennie:
8Fgravitációs = m (8 g)
Az értéke g a Földön 9,8 m / s2, tehát 8 × 9,8 m / s2 = 78,4 m / s2.
Newton gravitációs univerzális törvény
A Newton-i törvény második, a fizikai gravitáció megértésére alkalmazandó törvényének eredménye az volt, hogy Newton egy másik fizikus megállapításaival összezavarodott. Megpróbálta megmagyarázni, hogy a Naprendszer bolygóinak miért van elliptikus pályája, nem pedig körkörös pályáik, amint azt Johannes Kepler megfigyelte és matematikailag leírta az azonosító törvényeiben.
Newton megállapította, hogy a bolygók közötti gravitációs vonzerők, amikor egymáshoz közelebb és távolabb kerültek, játszottak a bolygók mozgásában. Ezek a bolygók valójában szabadon estek. Ez a vonzereje számszerűsítette a sajátját A gravitációs univerzális törvény:
F_ {gravitációs} = G frac {m_1m_2} {r ^ 2}Ahol Fgravitációs _again a gravitációs erő newtonokban (N), _m1 és m2 az első és a második tárgy tömege, kilogrammban (kg) (például a föld tömege és a föld közelében lévő tárgy tömege), és d2 a közöttük lévő távolság négyzete, méterben (m).
A változó G, amelyet "nagy G-nek" nevezünk, az univerzális gravitációs állandó. Azt ugyanazzal az értékkel rendelkezik az univerzumban. Newton nem fedezte fel a G értékét (Henry Cavendish Newton halála után azt kísérletileg találta meg), ám rájött, hogy az erő arányos a tömeghez és a távolsághoz.
Az egyenlet két fontos összefüggést mutat:
A Newton-elméletet an fordított négyzet törvény a fenti második pont miatt. Ez megmagyarázza, hogy miért csökken a két objektum közötti gravitációs vonzerő gyorsan, amikor szétválnak, sokkal gyorsabban, mint ha bármelyikük vagy mindkettő tömegét megváltoztatnák.
Példa Newton gravitációs univerzális törvényével
Mi a vonzóerő egy 8000 kg-os üstökös között, amely 70 000 m-re van egy 200 kg-os üstökötől?
kezdődik {igazítva} F_ {grav} & = 6,664 × 10 ^ {- 11} frac {m ^ 3} {kg ^ 2} ( dfrac {8000 kg × 200 kg} {70 000 ^ 2}) & = 2,18 × 10 ^ {- 14} vége {igazítva}Albert Einsteins az általános relativitáselmélet
Newton csodálatos munkát végzett, előre jelezve a tárgyak mozgását és számszerűsítve a gravitációs erőt az 1600-as években. De körülbelül 300 évvel később egy másik nagyszerű elme - Albert Einstein - újszerű és pontosabb megértési módszerrel vonta ki ezt a gondolkodást a gravitáció megértésével.
Einstein szerint a gravitáció torzul téridő, maga az univerzum szövete. A tömeges terelőtér, mint egy bowlinggolyó, behúzást hoz létre az ágyneműre, és masszív tárgyak, például csillagok vagy fekete lyukak, deformálódnak, a teleszkópban könnyen megfigyelhető hatásokkal - a fény hajlítása vagy az ezen tömegekhez közeli tárgyak mozgásának megváltozása .
Az általános relativitáselmélet Einsteins-elmélete híresen bizonyította magát azzal, hogy elmagyarázta, hogy miért a Merkúr, az a napfényrendszerünkben a naphoz legközelebbi apró bolygó pályája mérhető mértékben különbözik a Newton-törvények által előrejelzettől.
Míg az általános relativitáselmélet pontosabban magyarázza a gravitációt, mint a Newton-i törvények, a számítások különbsége vagy az észlelés során nagyrészt csak "relativista" skálákon észlelhető - a kozmoszban rendkívül hatalmas tárgyakra, vagy a közeli fénysebességekre. Ezért a Newton-törvények ma is hasznosak és relevánsak sok olyan valós helyzet leírásakor, amelyekkel az átlagos ember valószínűleg találkozik.
A gravitáció fontos
A Newton gravitációs törvényének "univerzális" része nem hiperbolikus. Ez a törvény az egész világegyetemre vonatkozik, tömeggel! Bármelyik két részecske vonzza egymást, mint bármelyik két galaxis. Természetesen elég nagy távolságra a vonzás olyan kicsi lesz, hogy ténylegesen nulla legyen.
Tekintettel arra, hogy mennyire fontos a leírás nehézsége hogy az összes anyag kölcsönhatásba lép, a. nyelv beszélgetésének angol nyelvű meghatározása súly (Oxford szerint: "rendkívüli vagy riasztó fontosság; súlyosság") vagy gravitas ("a méltóság, komolyság vagy ünnepség") további jelentőséggel bír. Ugyanakkor, amikor valaki a „helyzet súlyosságára” hivatkozik, a fizikusnak továbbra is tisztázást kell kérnie: Vagyis azt jelenti, hogy nagy G vagy kis g?