Što je gravitacija i što je njeno značenje za život na Zemlji

27. 6. 2019.

Sedamnaesto stoljeće nije bez razloga nazvano stoljećem velikih astronomskih otkrića. Dugogodišnja promatranja Galileja, Kopernika, Tycha Brahea omogućila su Johannu Kepleru da oblikuje zakone kretanja nebeskih tijela. Da bi objasnili zašto su planeti u beskonačnom gibanju, što ih uzrokuje da ostanu u svojoj orbiti, a što je gravitacija, bio je potreban genij - Isaac Newton. gravitacija i gravitacija

Genijalnost hipoteza

Isaac Newton formulirao je svoje zakone o kretanju ne za teoriju, već za praktičnu primjenu. Sumirajući podatke o trajnim astronomskim promatranjima i zahvaljujući zakonima kretanja, ovaj veliki znanstvenik bio je u stanju odgovoriti na pitanje koje je zbunilo više od jedne generacije znanstvenika: "Što drži planete u svojim orbitama?" magnetske tekućine. hvala Newtonov prvi zakon postalo je jasno da sila nije potrebna za ravnomjerno pravocrtno gibanje. Potrebna je sila kako bi se planeti kretali u krivulji. Ako primijenimo formulu sile iz Newtonovog drugog zakona, ona će biti jednaka produktu ubrzanja po masi. Newton je došao do zaključka da ubrzanje treba biti jednako v 2 / R. Tako će, primjerice, lakše nebesko tijelo, Mjesec, okretati se oko težeg, ali mu se nikada neće približiti. To se može smatrati padom iz tangente u krug na sam krug. U točki kontakta brzina može biti konstantna ili jednaka nuli, ali ubrzanje je uvijek prisutno. Stalno kretanje u određenoj orbiti bez odsutnosti vidljivog ubrzanja - to je Newtonov odgovor na pitanje o kretanju planeta. ubrzanje gravitacije

atrakcija

Dakle, Mjesec se kreće oko Zemlje, a Zemlja - oko Sunca, pokoravajući se određenoj sili. Newtonov genij očitovao se u činjenici da je gravitacijsku silu nebeskih tijela spojio s gravitacijom, koja je poznata svakom stanovniku Zemlje. Postoji legenda da je redovita jabuka koja mu je pala na glavu gurnuta do ispravnih zaključaka Newtona. Privlačnost jabuke i Mjeseca na Zemlju opisana je prema apsolutno identičnim zakonima - zaključio je istraživač. Gravitacija je dobila drugo ime od riječi "gravis", što znači "težina".

gravitacija

Sumirajući zakone kretanja planeta, Newton je otkrio da se snaga njihove interakcije može izračunati pomoću formule: gravitacija je

Gdje su m 1 m 2 mase međusobno povezanih tijela, R je udaljenost između njih, a G je određeni koeficijent proporcionalnosti, gravitacijska konstanta. Riječ "gravitacija" odabrana je apsolutno ispravno, jer dolazi od riječi "težina". Točan broj konstante Newtona nije bio poznat, mnogo kasnije vrijednost G utemeljila je Cavendisha. Može se vidjeti da mase utječu na djelovanje sile privlačenja, a udaljenost između njih se uzima u obzir. Niti jedan drugi faktor ne može utjecati na silu gravitacije.

Značenje zakona privlačnosti

Ovaj je zakon univerzalan i može se primijeniti na sva dva tijela koja imaju masu. U slučaju kada je masa jednog interakcijskog tijela mnogo veća od mase druge, možemo govoriti o određenom slučaju gravitacijske sile, za koju postoji poseban izraz "gravitacija". Ovaj se koncept koristi za probleme koji izračunavaju silu gravitacije na Zemlji ili drugim nebeskim tijelima. Ako zamjenimo vrijednost gravitacije u formuli drugog zakona Newtona, dobivamo vrijednost F = ma. Ovdje je a ubrzanje gravitacije, što uzrokuje da tijelo teži jedni prema drugima. U zadacima povezanim s korištenjem gravitacijsko ubrzanje obično se označava slovom g. Uz pomoć integralnog računa koji je razvio, Newton je matematički dokazao da je sila gravitacije u lopti uvijek koncentrirana u središtu većeg tijela. U paru jabuka-zemlja, vektor ubrzanja je usmjeren prema središtu zemlje, u paru zemlja-sunce usmjeren je prema suncu i tako dalje.

Ovisnost gravitacije o zemljopisnoj širini

Gravitacija na Zemlji ovisi o visini tijela ispod površine planeta i zemljopisnoj širini na kojoj se eksperiment provodi. Visina tijela utječe na vrijednost R, kao što se može vidjeti, što je udaljenost od Zemljine površine manja, vrijednost g je manja. Povezanost gravitacije s zemljopisnom širinom objašnjava se činjenicom da je Zemlja oblikovana kao geoid, a ne kao sfera. Na stupovima je malo spljošten. Stoga će udaljenost od središta Zemlje do ekvatora i stupa biti različita - do 10%. Takvo odstupanje čini izračune, primjerice, izračuna transkontinentalnih teretnih tereta, prilično nezgodno. Stoga se pokazatelj temelji na sili privlačnosti na srednjim širinama od 9,81 m / s 2 .

Tjelesna težina

U svakodnevnom životu široko se koristi takva stvar kao što je tjelesna težina. U fizici, ona je označena slovom P. Težina je sila kojom tijelo pritiska na nosač. U domaćem konceptu težine često se zamjenjuje pojam "mase", iako su to potpuno različite vrijednosti. Ovisno o tome koja je vrijednost gravitacije, težina tijela se također mijenja. Na primjer, težina olovnog dijela na Zemlji i Mjesecu će se razlikovati. Ali masa ostaje nepromijenjena i na Zemlji i na Mjesecu. Osim toga, u određenim slučajevima, tjelesna težina može biti nula. Težina je vrijednost koja ima smjer, a masa je skalar.

Ali budući da je, prema trećem Newtonovom zakonu, djelovanje jednako opoziciji, težina tijela jednaka je snazi ​​reakcije podrške. gravitacija

Budući da je sila reakcije jednostavne potpore vrlo teško izmjeriti, iskustvo se može "prevrnuti" vješanjem tijela na oprugu i mjerenjem stupnja istezanja ovog proljeća. U tom slučaju sila koja rasteže oprugu s opterećenjem imat će potpuno logičan F = mg, gdje je m masa, a g ubrzanje gravitacije.

preopterećenje

Ako se opterećenje s oprugom podigne, ubrzanje gravitacije i ubrzanje dizala bit će usmjereni u suprotnim smjerovima. To se može predstaviti na sljedeći način: F = m (g + a). Gravitacija, a time i njezina težina, raste.

Da bi se povećala težina s dodatnim ubrzanjem, postoji poseban pojam - preopterećenje. Učinak preopterećenja doživio je svaki od nas, uzimajući dizalo ili polijećući zrakoplovom. Kosmonauti i piloti nadzvučnih zrakoplova doživljavaju posebno teška preopterećenja kada skidaju svoj zrakoplov.

bestežinsko stanje

Kada se tijelu daje ubrzanje u smjeru gravitacije, tj. Dolje u našem slučaju, tada je F = m (ga). Dakle, tjelesna težina postaje manje. U graničnom slučaju, kada je a = g i usmjereni su u različitim smjerovima, može se govoriti o nultoj težini, tj. Tijelo pada stalnom brzinom. Stanje u kojem je tjelesna težina nula naziva se bestežinsko stanje. Osoba doživljava stanje nulte gravitacije u letjelici kada se kreće s isključenim motorima. Težina je uobičajena pojava za astronaute i pilote koji upravljaju nadzvučnim zrakoplovima.

gravitacija

Vrijednost gravitacije

Bez gravitacije ne bi bilo mnogo stvari koje nam se čine prirodnima, stvari se ne bi srušile poput lavine iz planina, ne bi padala kiša, rijeke ne bi tekle. Zemljina atmosfera je očuvana gravitacijom. Za usporedbu, planeti s manjom masom, kao što su Mjesec ili Merkur, vrlo brzo su izgubili svoju atmosferu i ostali bez obrane od protoka teškog kozmičkog zračenja. Atmosfera Zemlje odigrala je ključnu ulogu u nastanku života na Zemlji, njegovoj modifikaciji i očuvanju. gravitacija na zemlji

Osim gravitacije, sila gravitacije Mjeseca djeluje i na Zemlju. Zahvaljujući bliskom (na kozmičkoj razini) susjedstvu na Zemlji, postoje oseke i tokovi, pomaci kontinenata, i mnogi biološki ritmovi podudaraju se s lunarnim kalendarom.

Stoga se gravitacija ne mora promatrati kao neugodno ometanje, nego kao korisno i nužno pravo prirode.