Η βαρύτητα είναι η πιο ισχυρή δύναμη στο Σύμπαν, μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αρχές του σύμπαντος, που καθορίζει τη δομή του. Μια φορά κι έναν καιρό, χάρη σε αυτό, προέκυψαν πλανήτες, αστέρια και ολόκληροι γαλαξίες. Σήμερα κρατά τη Γη σε τροχιά στο ατελείωτο ταξίδι της γύρω από τον Ήλιο.
Η έλξη είναι επίσης μεγάλης σημασίας για την καθημερινή ζωή ενός ατόμου. Χάρη σε αυτή την αόρατη δύναμη, οι ωκεανοί του κόσμου μας πάλλονται, ποτάμια ρέουν και σταγόνες βροχής πέφτουν στο έδαφος. Από την παιδική ηλικία, αισθανόμαστε το βάρος του σώματός μας και των γύρω αντικειμένων. Η επίδραση της βαρύτητας στις οικονομικές μας δραστηριότητες είναι επίσης τεράστια.
Η πρώτη θεωρία της βαρύτητας δημιουργήθηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα στα τέλη του 17ου αιώνα. Ο νόμος του για την παγκόσμια βαρύτητα περιγράφει αυτή την αλληλεπίδραση στο πλαίσιο της κλασικής μηχανικής. Αυτό το φαινόμενο περιγράφηκε ευρύτερα από τον Αϊνστάιν στη γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία δημοσιεύτηκε στις αρχές του περασμένου αιώνα. Οι διεργασίες που συμβαίνουν με τη δύναμη της βαρύτητας στο επίπεδο των στοιχειωδών σωματιδίων θα πρέπει να εξηγηθούν από την κβαντική θεωρία της βαρύτητας, αλλά δεν έχει ακόμη δημιουργηθεί.
Γνωρίζουμε πολύ περισσότερα για τη φύση της βαρύτητας σήμερα από ό,τι στην εποχή του Νεύτωνα, αλλά παρά τους αιώνες μελέτης, εξακολουθεί να παραμένει ένα πραγματικό εμπόδιο στη σύγχρονη φυσική. Υπάρχουν πολλά κενά σημεία στην υπάρχουσα θεωρία της βαρύτητας, και ακόμα δεν καταλαβαίνουμε τι ακριβώς τη δημιουργεί και πώς μεταφέρεται αυτή η αλληλεπίδραση. Και, φυσικά, απέχουμε πολύ από το να μπορούμε να ελέγξουμε τη δύναμη της βαρύτητας, επομένως η αντιβαρύτητα ή η αιώρηση θα υπάρχουν για πολύ καιρό μόνο στις σελίδες των μυθιστορημάτων επιστημονικής φαντασίας.
Τι έπεσε στο κεφάλι του Νεύτωνα;
Οι άνθρωποι ανέκαθεν αναρωτιόντουσαν για τη φύση της δύναμης που έλκει αντικείμενα στη γη, αλλά μόνο τον 17ο αιώνα ο Ισαάκ Νεύτων κατάφερε να σηκώσει το πέπλο του μυστηρίου. Η βάση για την ανακάλυψή του τέθηκε από τα έργα του Κέπλερ και του Γαλιλαίου, λαμπρών επιστημόνων που μελέτησαν τις κινήσεις των ουράνιων σωμάτων.
Ακόμη και ενάμιση αιώνα πριν από τον Νόμο της Παγκόσμιας Βαρύτητας του Νεύτωνα, ο Πολωνός αστρονόμος Κοπέρνικος πίστευε ότι η έλξη δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια φυσική επιθυμία με την οποία ο πατέρας του Σύμπαντος προίκισε όλα τα σωματίδια, δηλαδή να ενωθούν σε ένα κοινό σύνολο, σχηματίζοντας σφαιρικά σώματα». Ο Ντεκάρτ θεωρούσε την έλξη ως συνέπεια των διαταραχών στον παγκόσμιο αιθέρα. Ο Έλληνας φιλόσοφος και επιστήμονας Αριστοτέλης ήταν σίγουρος ότι η μάζα επηρεάζει την ταχύτητα των σωμάτων που πέφτουν. Και μόνο ο Galileo Galilei στα τέλη του 16ου αιώνα απέδειξε ότι αυτό δεν ήταν αλήθεια: αν δεν υπάρχει αντίσταση αέρα, όλα τα αντικείμενα επιταχύνονται εξίσου.
Σε αντίθεση με τον δημοφιλή θρύλο του κεφαλιού και του μήλου, ο Νεύτων χρειάστηκε περισσότερα από είκοσι χρόνια για να καταλάβει τη φύση της βαρύτητας. Ο νόμος της βαρύτητας του είναι μια από τις πιο σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις όλων των εποχών. Είναι καθολικό και σας επιτρέπει να υπολογίζετε τις τροχιές των ουράνιων σωμάτων και να περιγράφετε με ακρίβεια τη συμπεριφορά των αντικειμένων γύρω μας. Η κλασική θεωρία της βαρύτητας έθεσε τα θεμέλια της ουράνιας μηχανικής. Οι τρεις νόμοι του Νεύτωνα έδωσαν στους επιστήμονες την ευκαιρία να ανακαλύψουν νέους πλανήτες κυριολεκτικά «στην άκρη του στυλό τους»· στο τέλος, χάρη σε αυτούς, ο άνθρωπος κατάφερε να ξεπεράσει τη βαρύτητα της Γης και να πετάξει στο διάστημα. Έφεραν μια αυστηρή επιστημονική βάση στη φιλοσοφική έννοια της υλικής ενότητας του σύμπαντος, στην οποία όλα τα φυσικά φαινόμενα αλληλοσυνδέονται και διέπονται από γενικούς φυσικούς κανόνες.
Ο Newton όχι μόνο δημοσίευσε έναν τύπο που επιτρέπει σε κάποιον να υπολογίσει τη δύναμη που έλκει τα σώματα μεταξύ τους, δημιούργησε ένα πλήρες μοντέλο, το οποίο περιλάμβανε επίσης μαθηματική ανάλυση. Αυτά τα θεωρητικά συμπεράσματα έχουν επανειλημμένα επιβεβαιωθεί στην πράξη, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης των πιο σύγχρονων μεθόδων.
Στη Νευτώνεια θεωρία, κάθε υλικό αντικείμενο δημιουργεί ένα ελκυστικό πεδίο, το οποίο ονομάζεται βαρυτικό. Επιπλέον, η δύναμη είναι ανάλογη με τη μάζα και των δύο σωμάτων και αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ τους:
F = (G m1 m2)/r2
G είναι η σταθερά της βαρύτητας, η οποία είναι ίση με 6,67 × 10−11 m³/(kg s²). Ο Henry Cavendish ήταν ο πρώτος που το υπολόγισε το 1798.
Στην καθημερινή ζωή και στους εφαρμοσμένους κλάδους, η δύναμη με την οποία η γη έλκει ένα σώμα αναφέρεται ως το βάρος της. Η έλξη μεταξύ οποιωνδήποτε δύο υλικών αντικειμένων στο Σύμπαν είναι η βαρύτητα με απλά λόγια.
Η δύναμη της βαρύτητας είναι η πιο αδύναμη από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις της φυσικής, αλλά λόγω των ιδιοτήτων της είναι ικανή να ρυθμίζει την κίνηση των αστρικών συστημάτων και των γαλαξιών:
- Η έλξη λειτουργεί σε οποιαδήποτε απόσταση, αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ της βαρύτητας και των ισχυρών και αδύναμων πυρηνικών αλληλεπιδράσεων. Καθώς η απόσταση αυξάνεται, η επίδρασή της μειώνεται, αλλά ποτέ δεν γίνεται ίση με το μηδέν, οπότε μπορούμε να πούμε ότι ακόμη και δύο άτομα που βρίσκονται σε διαφορετικά άκρα του γαλαξία έχουν αμοιβαία επιρροή. Είναι απλά πολύ μικρό?
- Η βαρύτητα είναι καθολική. Το πεδίο έλξης είναι εγγενές σε οποιοδήποτε υλικό σώμα. Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη ανακαλύψει ένα αντικείμενο στον πλανήτη μας ή στο διάστημα που δεν θα συμμετείχε σε αυτό το είδος αλληλεπίδρασης, επομένως ο ρόλος της βαρύτητας στη ζωή του Σύμπαντος είναι τεράστιος. Αυτό διακρίνει τη βαρύτητα από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση, η επίδραση της οποίας στις κοσμικές διεργασίες είναι ελάχιστη, αφού στη φύση τα περισσότερα σώματα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Οι δυνάμεις βαρύτητας δεν μπορούν να περιοριστούν ή να προστατευθούν.
- Η βαρύτητα δεν δρα μόνο στην ύλη, αλλά και στην ενέργεια. Για αυτόν, η χημική σύσταση των αντικειμένων δεν έχει σημασία, έχει σημασία μόνο η μάζα τους.
Χρησιμοποιώντας τον τύπο του Νεύτωνα, η δύναμη έλξης μπορεί εύκολα να υπολογιστεί. Για παράδειγμα, η βαρύτητα στη Σελήνη είναι αρκετές φορές μικρότερη από αυτή στη Γη, επειδή ο δορυφόρος μας έχει σχετικά μικρή μάζα. Αρκεί όμως να σχηματιστούν τακτικές άμπωτες και ροές στον Παγκόσμιο Ωκεανό. Στη Γη, η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας είναι περίπου 9,81 m/s2. Επιπλέον, στους πόλους είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από ό,τι στον ισημερινό.
Παρά την τεράστια σημασία τους για την περαιτέρω ανάπτυξη της επιστήμης, οι νόμοι του Νεύτωνα είχαν μια σειρά από αδυναμίες που στοίχειωσαν τους ερευνητές. Δεν ήταν σαφές πώς η βαρύτητα δρα μέσα από τον απολύτως κενό χώρο σε τεράστιες αποστάσεις και με ακατανόητη ταχύτητα. Επιπλέον, άρχισαν σταδιακά να συσσωρεύονται δεδομένα που έρχονται σε αντίθεση με τους νόμους του Νεύτωνα: για παράδειγμα, το βαρυτικό παράδοξο ή η μετατόπιση του περιηλίου του Ερμή. Έγινε προφανές ότι η θεωρία της παγκόσμιας βαρύτητας απαιτεί βελτίωση. Αυτή η τιμή έπεσε στον λαμπρό Γερμανό φυσικό Άλμπερτ Αϊνστάιν.
Έλξη και θεωρία της σχετικότητας
Η άρνηση του Νεύτωνα να συζητήσει τη φύση της βαρύτητας («δεν επινοώ υποθέσεις») ήταν μια προφανής αδυναμία της ιδέας του. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι πολλές θεωρίες βαρύτητας εμφανίστηκαν τα επόμενα χρόνια.
Τα περισσότερα από αυτά ανήκαν στα λεγόμενα υδροδυναμικά μοντέλα, τα οποία προσπάθησαν να τεκμηριώσουν την εμφάνιση της βαρύτητας με τη μηχανική αλληλεπίδραση υλικών αντικειμένων με κάποια ενδιάμεση ουσία που έχει ορισμένες ιδιότητες. Οι ερευνητές το ονόμασαν διαφορετικά: «κενό», «αιθέρας», «ροή βαρυτονίου», κ.λπ. Σε αυτή την περίπτωση, η δύναμη έλξης μεταξύ των σωμάτων προέκυψε ως αποτέλεσμα των αλλαγών αυτής της ουσίας, όταν απορροφήθηκε από αντικείμενα ή θωρακισμένες ροές. Στην πραγματικότητα, όλες αυτές οι θεωρίες είχαν ένα σοβαρό μειονέκτημα: προβλέποντας με ακρίβεια την εξάρτηση της βαρυτικής δύναμης από την απόσταση, θα έπρεπε να είχαν οδηγήσει στην επιβράδυνση των σωμάτων που κινούνταν σε σχέση με τον «αιθέρα» ή τη «ροή βαρυτονίου».
Ο Αϊνστάιν προσέγγισε αυτό το θέμα από μια διαφορετική οπτική γωνία. Στη γενική θεωρία της σχετικότητας (GTR), η βαρύτητα δεν θεωρείται ως αλληλεπίδραση δυνάμεων, αλλά ως ιδιότητα του ίδιου του χωροχρόνου. Οποιοδήποτε αντικείμενο έχει μάζα το προκαλεί κάμψη, κάτι που προκαλεί έλξη. Σε αυτή την περίπτωση, η βαρύτητα είναι ένα γεωμετρικό φαινόμενο που θεωρείται στο πλαίσιο της μη Ευκλείδειας γεωμετρίας.
Με απλά λόγια, το χωροχρονικό συνεχές επηρεάζει την ύλη, προκαλώντας την κίνησή της. Και αυτή, με τη σειρά της, επηρεάζει το χώρο, «λέγοντάς» του πώς να λυγίσει.
Οι ελκτικές δυνάμεις δρουν επίσης στον μικρόκοσμο, αλλά στο επίπεδο των στοιχειωδών σωματιδίων η επιρροή τους, σε σύγκριση με την ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση, είναι αμελητέα. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι η βαρυτική αλληλεπίδραση δεν ήταν κατώτερη από άλλες τις πρώτες στιγμές (10 -43 δευτερόλεπτα) μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Επί του παρόντος, η έννοια της βαρύτητας που προτείνεται στη γενική θεωρία της σχετικότητας είναι η κύρια υπόθεση εργασίας που γίνεται αποδεκτή από την πλειοψηφία της επιστημονικής κοινότητας και επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα πολυάριθμων πειραμάτων.
Ο Αϊνστάιν στο έργο του προέβλεψε τα εκπληκτικά αποτελέσματα των βαρυτικών δυνάμεων, τα περισσότερα από τα οποία έχουν ήδη επιβεβαιωθεί. Για παράδειγμα, η ικανότητα των ογκωδών σωμάτων να κάμπτουν τις ακτίνες του φωτός και ακόμη και να επιβραδύνουν τη ροή του χρόνου. Το τελευταίο φαινόμενο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη λειτουργία παγκόσμιων συστημάτων δορυφορικής πλοήγησης όπως το GLONASS και το GPS, διαφορετικά μετά από λίγες ημέρες το σφάλμα τους θα ήταν δεκάδες χιλιόμετρα.
Επιπλέον, συνέπεια της θεωρίας του Αϊνστάιν είναι οι λεγόμενες λεπτές επιδράσεις της βαρύτητας, όπως το βαρυμαγνητικό πεδίο και η οπισθέλκουσα των αδρανειακών πλαισίων αναφοράς (γνωστά και ως φαινόμενο Φακός-Thirring). Αυτές οι εκδηλώσεις βαρύτητας είναι τόσο αδύναμες που δεν μπορούσαν να ανιχνευθούν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μόνο το 2005, χάρη στη μοναδική αποστολή της NASA Gravity Probe B, επιβεβαιώθηκε το φαινόμενο Lense-Thirring.
Η βαρυτική ακτινοβολία ή η πιο θεμελιώδης ανακάλυψη των τελευταίων ετών
Τα βαρυτικά κύματα είναι δονήσεις της γεωμετρικής χωροχρονικής δομής που ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Η ύπαρξη αυτού του φαινομένου είχε προβλεφθεί και από τον Αϊνστάιν στη Γενική Σχετικότητα, αλλά λόγω της αδυναμίας της βαρυτικής δύναμης, το μέγεθός του είναι πολύ μικρό, επομένως δεν μπορούσε να ανιχνευθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μόνο έμμεσα στοιχεία υποστήριζαν την ύπαρξη ακτινοβολίας.
Παρόμοια κύματα δημιουργούνται από οποιαδήποτε υλικά αντικείμενα που κινούνται με ασύμμετρη επιτάχυνση. Οι επιστήμονες τα περιγράφουν ως «κυματισμούς στο χωροχρόνο». Οι πιο ισχυρές πηγές τέτοιας ακτινοβολίας είναι οι συγκρουόμενοι γαλαξίες και τα συστήματα κατάρρευσης που αποτελούνται από δύο αντικείμενα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα της τελευταίας περίπτωσης είναι η συγχώνευση μαύρων οπών ή άστρων νετρονίων. Κατά τη διάρκεια τέτοιων διεργασιών, η βαρυτική ακτινοβολία μπορεί να μεταφέρει περισσότερο από το 50% της συνολικής μάζας του συστήματος.
Τα βαρυτικά κύματα ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 2015 από δύο παρατηρητήρια LIGO. Σχεδόν αμέσως, αυτό το γεγονός έλαβε το καθεστώς της μεγαλύτερης ανακάλυψης στη φυσική των τελευταίων δεκαετιών. Το 2017 τιμήθηκε με το Νόμπελ. Μετά από αυτό, οι επιστήμονες κατάφεραν να ανιχνεύσουν τη βαρυτική ακτινοβολία αρκετές φορές.
Πίσω στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα - πολύ πριν από την πειραματική επιβεβαίωση - οι επιστήμονες πρότειναν τη χρήση βαρυτικής ακτινοβολίας για επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων. Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημά του είναι η υψηλή του ικανότητα να περνά μέσα από οποιαδήποτε ουσία χωρίς να απορροφάται. Αλλά προς το παρόν αυτό είναι σχεδόν αδύνατο, γιατί υπάρχουν τεράστιες δυσκολίες στη δημιουργία και λήψη αυτών των κυμάτων. Και ακόμα δεν έχουμε αρκετή πραγματική γνώση για τη φύση της βαρύτητας.
Σήμερα, αρκετές εγκαταστάσεις παρόμοιες με το LIGO λειτουργούν σε διάφορες χώρες του κόσμου και κατασκευάζονται νέες. Είναι πιθανό ότι θα μάθουμε περισσότερα για τη βαρυτική ακτινοβολία στο εγγύς μέλλον.
Εναλλακτικές θεωρίες παγκόσμιας βαρύτητας και οι λόγοι δημιουργίας τους
Αυτή τη στιγμή, η κυρίαρχη έννοια της βαρύτητας είναι η γενική σχετικότητα. Ολόκληρη η υπάρχουσα σειρά πειραματικών δεδομένων και παρατηρήσεων είναι συνεπής με αυτήν. Ταυτόχρονα, έχει μεγάλο αριθμό εμφανών αδυναμιών και αμφιλεγόμενων ζητημάτων, επομένως οι προσπάθειες δημιουργίας νέων μοντέλων που εξηγούν τη φύση της βαρύτητας δεν σταματούν.
Όλες οι θεωρίες της παγκόσμιας βαρύτητας που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα μπορούν να χωριστούν σε διάφορες κύριες ομάδες:
- πρότυπο;
- εναλλακτική λύση;
- ποσοστό;
- ενοποιημένη θεωρία πεδίου.
Απόπειρες δημιουργίας μιας νέας έννοιας της παγκόσμιας βαρύτητας έγιναν τον 19ο αιώνα. Διάφοροι συγγραφείς συμπεριέλαβαν σε αυτό τον αιθέρα ή τη σωματική θεωρία του φωτός. Αλλά η εμφάνιση της Γενικής Σχετικότητας έβαλε τέλος σε αυτές τις έρευνες. Μετά τη δημοσίευσή του, ο στόχος των επιστημόνων άλλαξε - τώρα οι προσπάθειές τους στόχευαν στη βελτίωση του μοντέλου του Αϊνστάιν, συμπεριλαμβανομένων νέων φυσικών φαινομένων σε αυτό: η περιστροφή των σωματιδίων, η διαστολή του Σύμπαντος κ.λπ.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, οι φυσικοί είχαν απορρίψει πειραματικά όλες τις έννοιες εκτός από αυτές που περιλάμβαναν τη γενική σχετικότητα ως αναπόσπαστο μέρος. Εκείνη την εποχή, οι «θεωρίες χορδών» μπήκαν στη μόδα, που φαίνονται πολλά υποσχόμενες. Αλλά αυτές οι υποθέσεις δεν επιβεβαιώθηκαν ποτέ πειραματικά. Τις τελευταίες δεκαετίες, η επιστήμη έχει φτάσει σε σημαντικά ύψη και έχει συσσωρεύσει τεράστιο όγκο εμπειρικών δεδομένων. Σήμερα, οι προσπάθειες δημιουργίας εναλλακτικών θεωριών βαρύτητας εμπνέονται κυρίως από την κοσμολογική έρευνα που σχετίζεται με έννοιες όπως «σκοτεινή ύλη», «πληθωρισμός», «σκοτεινή ενέργεια».
Ένα από τα κύρια καθήκοντα της σύγχρονης φυσικής είναι η ενοποίηση δύο θεμελιωδών κατευθύνσεων: της κβαντικής θεωρίας και της γενικής σχετικότητας. Οι επιστήμονες προσπαθούν να συνδέσουν την έλξη με άλλους τύπους αλληλεπιδράσεων, δημιουργώντας έτσι μια «θεωρία των πάντων». Αυτό ακριβώς κάνει η κβαντική βαρύτητα - ένας κλάδος της φυσικής που προσπαθεί να παρέχει μια κβαντική περιγραφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων. Ένα παρακλάδι αυτής της κατεύθυνσης είναι η θεωρία της βαρύτητας βρόχου.
Παρά τις ενεργές και πολυετείς προσπάθειες, ο στόχος αυτός δεν έχει ακόμη επιτευχθεί. Και δεν είναι καν η πολυπλοκότητα αυτού του προβλήματος: είναι απλώς ότι η κβαντική θεωρία και η γενική σχετικότητα βασίζονται σε εντελώς διαφορετικά παραδείγματα. Η κβαντομηχανική ασχολείται με φυσικά συστήματα που λειτουργούν στο πλαίσιο του συνηθισμένου χωροχρόνου. Και στη θεωρία της σχετικότητας, ο ίδιος ο χωροχρόνος είναι ένα δυναμικό συστατικό, ανάλογα με τις παραμέτρους των κλασικών συστημάτων που βρίσκονται σε αυτόν.
Μαζί με τις επιστημονικές υποθέσεις της παγκόσμιας βαρύτητας, υπάρχουν και θεωρίες που απέχουν πολύ από τη σύγχρονη φυσική. Δυστυχώς, τα τελευταία χρόνια, τέτοιου είδους «απουσίες» απλώς έχουν κατακλύσει το Διαδίκτυο και τα ράφια των βιβλιοπωλείων. Ορισμένοι συγγραφείς τέτοιων έργων γενικά ενημερώνουν τον αναγνώστη ότι η βαρύτητα δεν υπάρχει και οι νόμοι του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν είναι μυθοπλασίες και φάρσες.
Ένα παράδειγμα είναι τα έργα του «επιστήμονα» Νικολάι Λεβασόφ, ο οποίος ισχυρίζεται ότι ο Νεύτωνας δεν ανακάλυψε τον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας και ότι μόνο οι πλανήτες και ο δορυφόρος μας η Σελήνη έχουν βαρυτική δύναμη στο ηλιακό σύστημα. Αυτός ο «Ρώσος επιστήμονας» δίνει μάλλον περίεργα στοιχεία. Ένα από αυτά είναι η πτήση του αμερικανικού ανιχνευτή NEAR Shoemaker στον αστεροειδή Έρως, που πραγματοποιήθηκε το 2000. Ο Λεβάσοφ θεωρεί ότι η έλλειψη έλξης μεταξύ του ανιχνευτή και του ουράνιου σώματος είναι απόδειξη της ψευδότητας των έργων του Νεύτωνα και της συνωμοσίας των φυσικών που κρύβουν την αλήθεια για τη βαρύτητα από τους ανθρώπους.
Στην πραγματικότητα, το διαστημόπλοιο ολοκλήρωσε με επιτυχία την αποστολή του: πρώτα μπήκε σε τροχιά του αστεροειδούς και στη συνέχεια έκανε μια ήπια προσγείωση στην επιφάνειά του.
Τεχνητή βαρύτητα και γιατί χρειάζεται
Υπάρχουν δύο έννοιες που συνδέονται με τη βαρύτητα που, παρά την τρέχουσα θεωρητική τους θέση, είναι πολύ γνωστές στο ευρύ κοινό. Αυτά είναι η αντιβαρύτητα και η τεχνητή βαρύτητα.
Η αντιβαρύτητα είναι μια διαδικασία εξουδετέρωσης της δύναμης έλξης, η οποία μπορεί να τη μειώσει σημαντικά ή ακόμα και να την αντικαταστήσει με απώθηση. Η κυριαρχία μιας τέτοιας τεχνολογίας θα οδηγούσε σε μια πραγματική επανάσταση στις μεταφορές, την αεροπορία, την εξερεύνηση του διαστήματος και θα άλλαζε ριζικά ολόκληρη τη ζωή μας. Αλλά προς το παρόν, η πιθανότητα της αντιβαρύτητας δεν έχει καν θεωρητική επιβεβαίωση. Επιπλέον, με βάση τη γενική σχετικότητα, ένα τέτοιο φαινόμενο δεν είναι καθόλου εφικτό, αφού δεν μπορεί να υπάρχει αρνητική μάζα στο Σύμπαν μας. Είναι πιθανό στο μέλλον να μάθουμε περισσότερα για τη βαρύτητα και να μάθουμε να κατασκευάζουμε αεροσκάφη με βάση αυτή την αρχή.
Η τεχνητή βαρύτητα είναι μια ανθρωπογενής αλλαγή στην υπάρχουσα δύναμη βαρύτητας. Σήμερα δεν χρειαζόμαστε πραγματικά τέτοια τεχνολογία, αλλά η κατάσταση θα αλλάξει σίγουρα μετά την έναρξη των μακροπρόθεσμων διαστημικών ταξιδιών. Και το θέμα είναι στη φυσιολογία μας. Το ανθρώπινο σώμα, «συνηθισμένο» για εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης στη σταθερή βαρύτητα της Γης, αντιλαμβάνεται εξαιρετικά αρνητικά τις επιπτώσεις της μειωμένης βαρύτητας. Μια μακρά παραμονή ακόμη και σε συνθήκες σεληνιακής βαρύτητας (έξι φορές πιο αδύναμη από αυτή της Γης) μπορεί να οδηγήσει σε τρομερές συνέπειες. Η ψευδαίσθηση της έλξης μπορεί να δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας άλλες φυσικές δυνάμεις, όπως η αδράνεια. Ωστόσο, τέτοιες επιλογές είναι πολύπλοκες και ακριβές. Αυτή τη στιγμή, η τεχνητή βαρύτητα δεν έχει καν θεωρητική αιτιολόγηση· είναι προφανές ότι η πιθανή πρακτική εφαρμογή της είναι θέμα του πολύ απώτερου μέλλοντος.
Η βαρύτητα είναι μια έννοια γνωστή σε όλους από το σχολείο. Φαίνεται ότι οι επιστήμονες θα έπρεπε να είχαν ερευνήσει διεξοδικά αυτό το φαινόμενο! Όμως η βαρύτητα παραμένει το βαθύτερο μυστήριο για τη σύγχρονη επιστήμη. Και αυτό μπορεί να ονομαστεί εξαιρετικό παράδειγμα του πόσο περιορισμένη είναι η ανθρώπινη γνώση για τον τεράστιο και υπέροχο κόσμο μας.
Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, αφήστε τις στα σχόλια κάτω από το άρθρο. Εμείς ή οι επισκέπτες μας θα χαρούμε να τους απαντήσουμε
Στη φύση, υπάρχουν διάφορες δυνάμεις που χαρακτηρίζουν την αλληλεπίδραση των σωμάτων. Ας εξετάσουμε τις δυνάμεις που εμφανίζονται στη μηχανική.
Βαρυτικές δυνάμεις.Πιθανώς η πρώτη δύναμη της οποίας ο άνθρωπος συνειδητοποίησε την ύπαρξη ήταν η δύναμη της βαρύτητας που ενεργεί σε σώματα από τη Γη.
Και χρειάστηκαν πολλοί αιώνες για να καταλάβουν οι άνθρωποι ότι η δύναμη της βαρύτητας δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων. Και χρειάστηκαν πολλοί αιώνες για να καταλάβουν οι άνθρωποι ότι η δύναμη της βαρύτητας δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων. Ο Άγγλος φυσικός Newton ήταν ο πρώτος που κατάλαβε αυτό το γεγονός. Αναλύοντας τους νόμους που διέπουν την κίνηση των πλανητών (νόμοι του Κέπλερ), κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι παρατηρούμενοι νόμοι κίνησης των πλανητών μπορούν να εκπληρωθούν μόνο εάν υπάρχει ελκτική δύναμη μεταξύ τους, ευθέως ανάλογη με τη μάζα τους και αντιστρόφως ανάλογη με την τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.
Newton διατυπώθηκε νόμος της παγκόσμιας έλξης. Οποιαδήποτε δύο σώματα ελκύουν το ένα το άλλο. Η δύναμη έλξης μεταξύ των σημειακών σωμάτων κατευθύνεται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που τα συνδέει, είναι ευθέως ανάλογη με τις μάζες και των δύο και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους:
Σε αυτή την περίπτωση, σημειακά σώματα νοούνται ως σώματα των οποίων οι διαστάσεις είναι πολλές φορές μικρότερες από την απόσταση μεταξύ τους.
Οι δυνάμεις της παγκόσμιας βαρύτητας ονομάζονται δυνάμεις βαρύτητας. Ο συντελεστής αναλογικότητας G ονομάζεται σταθερά βαρύτητας. Η τιμή του προσδιορίστηκε πειραματικά: G = 6,7 10¯11 N m2 / kg2.
Βαρύτηταπου δρα κοντά στην επιφάνεια της Γης κατευθύνεται προς το κέντρο της και υπολογίζεται από τον τύπο:
όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας (g = 9,8 m/s²).
Ο ρόλος της βαρύτητας στη ζωντανή φύση είναι πολύ σημαντικός, καθώς το μέγεθος, το σχήμα και οι αναλογίες των ζωντανών όντων εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθός της.
Σωματικό βάρος.Ας εξετάσουμε τι συμβαίνει όταν κάποιο φορτίο τοποθετείται σε οριζόντιο επίπεδο (στήριγμα). Την πρώτη στιγμή μετά τη μείωση του φορτίου, αρχίζει να κινείται προς τα κάτω υπό την επίδραση της βαρύτητας (Εικ. 8).
Το επίπεδο κάμπτεται και εμφανίζεται μια ελαστική δύναμη (αντίδραση υποστήριξης) που κατευθύνεται προς τα πάνω. Αφού η ελαστική δύναμη (Fу) εξισορροπήσει τη δύναμη της βαρύτητας, το χαμήλωμα του σώματος και η απόκλιση του στηρίγματος θα σταματήσουν.
Η εκτροπή του υποστηρίγματος προέκυψε υπό τη δράση του σώματος, επομένως, μια ορισμένη δύναμη (P) δρα στο στήριγμα από την πλευρά του σώματος, η οποία ονομάζεται βάρος του σώματος (Εικ. 8, β). Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, το βάρος ενός σώματος είναι ίσο σε μέγεθος με τη δύναμη αντίδρασης του εδάφους και κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση.
P = - Fу = Βαρύ.
Σωματικό βάρος ονομάζεται η δύναμη P με την οποία ένα σώμα ενεργεί σε ένα οριζόντιο στήριγμα που είναι ακίνητο σε σχέση με αυτό.
Δεδομένου ότι η δύναμη της βαρύτητας (βάρος) εφαρμόζεται στο στήριγμα, αυτό παραμορφώνεται και, λόγω της ελαστικότητάς του, εξουδετερώνει τη δύναμη της βαρύτητας. Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται σε αυτή την περίπτωση από την πλευρά του στηρίγματος ονομάζονται δυνάμεις αντίδρασης υποστήριξης και το ίδιο το φαινόμενο της ανάπτυξης της αντεπίδρασης ονομάζεται αντίδραση υποστήριξης. Σύμφωνα με τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, η δύναμη αντίδρασης υποστήριξης είναι ίση σε μέγεθος με τη δύναμη της βαρύτητας του σώματος και αντίθετη ως προς την κατεύθυνση.
Εάν ένα άτομο σε ένα στήριγμα κινείται με την επιτάχυνση των μερών του σώματός του που κατευθύνονται από το στήριγμα, τότε η δύναμη αντίδρασης του στηρίγματος αυξάνεται κατά το ποσό ma, όπου m είναι η μάζα του ατόμου και είναι η επιτάχυνση με την οποία μέρη του σώματός του κινούνται. Αυτά τα δυναμικά φαινόμενα μπορούν να καταγραφούν χρησιμοποιώντας συσκευές μέτρησης καταπόνησης (δυναμογράμματα).
Το βάρος δεν πρέπει να συγχέεται με το σωματικό βάρος. Η μάζα ενός σώματος χαρακτηρίζει τις αδρανείς ιδιότητές του και δεν εξαρτάται ούτε από τη δύναμη της βαρύτητας ούτε από την επιτάχυνση με την οποία κινείται.
Το βάρος ενός σώματος χαρακτηρίζει τη δύναμη με την οποία δρα στο στήριγμα και εξαρτάται τόσο από τη δύναμη της βαρύτητας όσο και από την επιτάχυνση της κίνησης.
Για παράδειγμα, στη Σελήνη το βάρος ενός σώματος είναι περίπου 6 φορές μικρότερο από το βάρος ενός σώματος στη Γη.Η μάζα και στις δύο περιπτώσεις είναι ίδια και καθορίζεται από την ποσότητα της ύλης στο σώμα.
Στην καθημερινή ζωή, την τεχνολογία και τον αθλητισμό, το βάρος συχνά υποδεικνύεται όχι σε Newton (N), αλλά σε κιλά δύναμης (kgf). Η μετάβαση από τη μια μονάδα στην άλλη πραγματοποιείται σύμφωνα με τον τύπο: 1 kgf = 9,8 N.
Όταν το στήριγμα και το σώμα είναι ακίνητα, τότε η μάζα του σώματος είναι ίση με τη βαρύτητα αυτού του σώματος. Όταν το στήριγμα και το σώμα κινούνται με κάποια επιτάχυνση, τότε, ανάλογα με την κατεύθυνσή του, το σώμα μπορεί να βιώσει είτε έλλειψη βαρύτητας είτε υπερφόρτωση. Όταν η επιτάχυνση συμπίπτει ως προς την κατεύθυνση και είναι ίση με την επιτάχυνση της βαρύτητας, το βάρος του σώματος θα είναι μηδέν, επομένως προκύπτει κατάσταση έλλειψης βαρύτητας (ISS, ανελκυστήρας υψηλής ταχύτητας κατά το κατέβασμα). Όταν η επιτάχυνση της κίνησης στήριξης είναι αντίθετη από την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, το άτομο βιώνει υπερφόρτωση (εκτόξευση επανδρωμένου διαστημικού σκάφους από την επιφάνεια της Γης, ανελκυστήρας υψηλής ταχύτητας που ανεβαίνει προς τα πάνω).
Η βαρύτητα, επίσης γνωστή ως έλξη ή βαρύτητα, είναι μια καθολική ιδιότητα της ύλης που διαθέτουν όλα τα αντικείμενα και τα σώματα στο Σύμπαν. Η ουσία της βαρύτητας είναι ότι όλα τα υλικά σώματα έλκουν όλα τα άλλα σώματα γύρω τους.
Η βαρύτητα της γης
Εάν η βαρύτητα είναι μια γενική έννοια και ποιότητα που διαθέτουν όλα τα αντικείμενα στο Σύμπαν, τότε η βαρύτητα είναι μια ειδική περίπτωση αυτού του περιεκτικού φαινομένου. Η γη προσελκύει προς τον εαυτό της όλα τα υλικά αντικείμενα που βρίσκονται πάνω της. Χάρη σε αυτό, οι άνθρωποι και τα ζώα μπορούν να μετακινηθούν με ασφάλεια στη γη, τα ποτάμια, οι θάλασσες και οι ωκεανοί μπορούν να παραμείνουν στις ακτές τους και ο αέρας δεν μπορεί να πετάξει στις τεράστιες εκτάσεις του διαστήματος, αλλά να σχηματίσει την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας.
Τίθεται ένα δίκαιο ερώτημα: αν όλα τα αντικείμενα έχουν βαρύτητα, γιατί η Γη έλκει ανθρώπους και ζώα προς τον εαυτό της και όχι το αντίστροφο; Πρώτον, προσελκύουμε επίσης τη Γη σε εμάς, απλώς, σε σύγκριση με τη δύναμη έλξης της, η βαρύτητα μας είναι αμελητέα. Δεύτερον, η δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται άμεσα από τη μάζα του σώματος: όσο μικρότερη είναι η μάζα του σώματος, τόσο μικρότερες είναι οι βαρυτικές του δυνάμεις.
Ο δεύτερος δείκτης από τον οποίο εξαρτάται η δύναμη έλξης είναι η απόσταση μεταξύ των αντικειμένων: όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση της βαρύτητας. Χάρη επίσης σε αυτό, οι πλανήτες κινούνται στις τροχιές τους και δεν πέφτουν ο ένας πάνω στον άλλο.
Είναι αξιοσημείωτο ότι η Γη, η Σελήνη, ο Ήλιος και άλλοι πλανήτες οφείλουν το σφαιρικό τους σχήμα ακριβώς στη δύναμη της βαρύτητας. Δρα προς την κατεύθυνση του κέντρου, τραβώντας προς αυτό την ουσία που συνθέτει το «σώμα» του πλανήτη.
Το βαρυτικό πεδίο της Γης
Το βαρυτικό πεδίο της Γης είναι ένα ενεργειακό πεδίο δύναμης που σχηματίζεται γύρω από τον πλανήτη μας λόγω της δράσης δύο δυνάμεων:
- βαρύτητα;
- φυγόκεντρη δύναμη, η οποία οφείλει την εμφάνισή της στην περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της (ημερήσια περιστροφή).
Δεδομένου ότι τόσο η βαρύτητα όσο και η φυγόκεντρος δύναμη δρουν συνεχώς, το βαρυτικό πεδίο είναι ένα σταθερό φαινόμενο.
Το πεδίο επηρεάζεται ελαφρώς από τις βαρυτικές δυνάμεις του Ήλιου, της Σελήνης και ορισμένων άλλων ουράνιων σωμάτων, καθώς και από τις ατμοσφαιρικές μάζες της Γης.
Ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας και ο Sir Isaac Newton
Ο Άγγλος φυσικός, Sir Isaac Newton, σύμφωνα με έναν διάσημο θρύλο, μια μέρα περπατώντας στον κήπο κατά τη διάρκεια της ημέρας, είδε τη Σελήνη στον ουρανό. Την ίδια στιγμή, ένα μήλο έπεσε από το κλαδί. Ο Νεύτωνας μελετούσε τότε το νόμο της κίνησης και γνώριζε ότι ένα μήλο πέφτει υπό την επίδραση ενός βαρυτικού πεδίου και η Σελήνη περιστρέφεται σε τροχιά γύρω από τη Γη.
Και τότε ο λαμπρός επιστήμονας, φωτισμένος από τη διορατικότητα, σκέφτηκε ότι ίσως το μήλο πέφτει στο έδαφος, υπακούοντας στην ίδια δύναμη χάρη στην οποία βρίσκεται η Σελήνη στην τροχιά της και δεν βιάζεται τυχαία σε όλο τον γαλαξία. Έτσι ανακαλύφθηκε ο νόμος της παγκόσμιας έλξης, γνωστός και ως Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα.
Στη γλώσσα των μαθηματικών τύπων, αυτός ο νόμος μοιάζει με αυτό:
φά=GMm/D 2 ,
Οπου φά- η δύναμη της αμοιβαίας βαρύτητας μεταξύ δύο σωμάτων.
Μ- μάζα του πρώτου σώματος.
Μ- μάζα του δεύτερου σώματος.
Δ 2- την απόσταση μεταξύ δύο σωμάτων.
σολ- σταθερά βαρύτητας ίση με 6,67x10 -11.
Αρχικά, ας φανταστούμε τη Γη ως μια ακίνητη μπάλα (Εικ. 3.1, α). Η βαρυτική δύναμη F μεταξύ της Γης (μάζα M) και ενός αντικειμένου (μάζα m) καθορίζεται από τον τύπο: F=σολmm/r 2
όπου r είναι η ακτίνα της Γης. Η σταθερά G είναι γνωστή ως καθολική σταθερά βαρύτηταςκαι εξαιρετικά μικρό. Όταν το r είναι σταθερό, η δύναμη F είναι const. Μ. Η έλξη ενός σώματος μάζας m από τη Γη καθορίζει το βάρος αυτού του σώματος: W = mg σύγκριση των εξισώσεων δίνει: g = const = GM/r 2.
Η έλξη ενός σώματος μάζας m από τη Γη το αναγκάζει να πέσει «κάτω» με επιτάχυνση g, η οποία είναι σταθερή σε όλα τα σημεία Α, Β, Γ και παντού στην επιφάνεια της γης (Εικ. 3.1,6).
Το διάγραμμα δύναμης ελεύθερου σώματος δείχνει επίσης ότι υπάρχει μια δύναμη που ασκείται στη Γη από ένα σώμα μάζας m, η οποία κατευθύνεται αντίθετα από τη δύναμη που ασκεί το σώμα από τη Γη. Ωστόσο, η μάζα M της Γης είναι τόσο μεγάλη που η «ανοδική» επιτάχυνση a της Γης, που υπολογίζεται με τον τύπο F = Ma, είναι ασήμαντη και μπορεί να αγνοηθεί. Η Γη έχει σχήμα διαφορετικό από το σφαιρικό: η ακτίνα στον πόλο r r είναι μικρότερη από την ακτίνα στον ισημερινό r e. Αυτό σημαίνει ότι η δύναμη έλξης ενός σώματος μάζας m στον πόλο F p =GMm/r 2 p είναι μεγαλύτερο από τον ισημερινό F e = GMm/r e . Επομένως, η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης g p στον πόλο είναι μεγαλύτερη από την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης g e στον ισημερινό. Η επιτάχυνση g αλλάζει με το γεωγραφικό πλάτος σύμφωνα με την αλλαγή της ακτίνας της Γης.
Όπως γνωρίζετε, η Γη βρίσκεται σε συνεχή κίνηση. Περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, κάνοντας μία περιστροφή κάθε μέρα, και κινείται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο με περιστροφή ενός έτους. Για απλότητα, λαμβάνοντας τη Γη ως ομοιογενή μπάλα, ας εξετάσουμε την κίνηση των σωμάτων μάζας m στον πόλο Α και στον ισημερινό Γ (Εικ. 3.2). Σε μια μέρα, το σώμα στο σημείο Α περιστρέφεται 360° παραμένοντας στη θέση του, ενώ το σώμα στο σημείο Γ καλύπτει απόσταση 2 λίτρων. Για να κινηθεί ένα σώμα που βρίσκεται στο σημείο Γ σε κυκλική τροχιά, χρειάζεται κάποιου είδους δύναμη. Αυτή είναι μια κεντρομόλος δύναμη, η οποία καθορίζεται από τον τύπο mv 2 /r, όπου v είναι η ταχύτητα του σώματος σε τροχιά. Η δύναμη της βαρυτικής έλξης που ενεργεί σε ένα σώμα που βρίσκεται στο σημείο C, F = GMm/r, θα πρέπει:
α) εξασφαλίστε την κίνηση του σώματος σε κύκλο.
β) προσελκύουν το σώμα στη Γη.
Έτσι, F = (mv 2 /r) + mg στον ισημερινό και F = mg στον πόλο. Αυτό σημαίνει ότι το g αλλάζει με το γεωγραφικό πλάτος καθώς η τροχιακή ακτίνα αλλάζει από r στο σημείο C σε μηδέν στο σημείο Α.
Είναι ενδιαφέρον να φανταστούμε τι θα συνέβαινε αν η ταχύτητα περιστροφής της Γης αυξανόταν τόσο πολύ ώστε η κεντρομόλος δύναμη που ασκεί ένα σώμα στον ισημερινό θα γινόταν ίση με τη δύναμη της βαρύτητας, δηλαδή mv 2 /r = F = GMm/r 2 . Η συνολική βαρυτική δύναμη θα χρησιμοποιηθεί αποκλειστικά για να κρατήσει το σώμα στο σημείο C σε μια κυκλική τροχιά και δεν θα υπήρχε καμία δύναμη που να ενεργεί στην επιφάνεια της Γης. Οποιαδήποτε περαιτέρω αύξηση στην ταχύτητα περιστροφής της Γης θα επέτρεπε στο σώμα να «απομακρυνθεί» στο διάστημα. Ταυτόχρονα, εάν ένα διαστημόπλοιο με αστροναύτες εκτοξευθεί σε ύψος R πάνω από το κέντρο της Γης με ταχύτητα v τέτοια ώστε να ικανοποιείται η ισότητα mv*/R=F = GMm/R 2, τότε αυτό το διαστημόπλοιο θα περιστρέφονται γύρω από τη Γη σε συνθήκες έλλειψης βαρύτητας.
Οι ακριβείς μετρήσεις της βαρυτικής επιτάχυνσης g δείχνουν ότι το g ποικίλλει ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος, όπως φαίνεται στον Πίνακα 3.1. Από αυτό προκύπτει ότι το βάρος ενός συγκεκριμένου σώματος αλλάζει πάνω από την επιφάνεια της Γης από μέγιστο σε γεωγραφικό πλάτος 90° σε ελάχιστο σε γεωγραφικό πλάτος 0°.
Σε αυτό το επίπεδο προπόνησης, οι μικρές αλλαγές στην επιτάχυνση g συνήθως παραμελούνται και χρησιμοποιείται η μέση τιμή των 9,81 m-s 2. Για να απλοποιηθούν οι υπολογισμοί, η επιτάχυνση g λαμβάνεται συχνά ως ο πλησιέστερος ακέραιος αριθμός, δηλαδή 10 m-s - 2, και έτσι η δύναμη έλξης που ενεργεί από τη Γη σε ένα σώμα βάρους 1 kg, δηλαδή βάρους, λαμβάνεται ως 10 N. Οι περισσότερες εξεταστικές επιτροπές προτείνουν χρησιμοποιώντας g=10 m-s - 2 ή 10 N-kg -1 για τους εξεταζόμενους για απλοποίηση των υπολογισμών.
Δεν είναι μυστικό ότι ο νόμος της παγκόσμιας έλξης ανακαλύφθηκε από τον μεγάλο Άγγλο επιστήμονα Ισαάκ Νεύτωνα, ο οποίος, σύμφωνα με το μύθο, περπατούσε στον βραδινό κήπο και σκεφτόταν τα προβλήματα της φυσικής. Εκείνη τη στιγμή, ένα μήλο έπεσε από το δέντρο (σύμφωνα με μια εκδοχή, απευθείας στο κεφάλι του φυσικού, σύμφωνα με μια άλλη, απλά έπεσε), το οποίο αργότερα έγινε το διάσημο μήλο του Νεύτωνα, καθώς οδήγησε τον επιστήμονα σε μια διορατικότητα, ένα εύρηκα. Το μήλο που έπεσε στο κεφάλι του Νεύτωνα τον ενέπνευσε να ανακαλύψει τον νόμο της παγκόσμιας έλξης, επειδή η Σελήνη στον νυχτερινό ουρανό παρέμεινε ακίνητη, αλλά το μήλο έπεσε, ίσως ο επιστήμονας νόμιζε ότι κάποια δύναμη ενεργούσε στη Σελήνη (αναγκάζοντας την να περιστρέφεται σε τροχιά), έτσι στο μήλο, με αποτέλεσμα να πέσει στο έδαφος.
Τώρα, σύμφωνα με ορισμένους ιστορικούς της επιστήμης, όλη αυτή η ιστορία για το μήλο είναι απλώς μια όμορφη μυθοπλασία. Στην πραγματικότητα, το αν το μήλο έπεσε ή όχι δεν είναι τόσο σημαντικό· αυτό που είναι σημαντικό είναι ότι ο επιστήμονας ανακάλυψε και διατύπωσε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης, ο οποίος είναι πλέον ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους τόσο της φυσικής όσο και της αστρονομίας.
Φυσικά, πολύ πριν από τον Νεύτωνα, οι άνθρωποι παρατήρησαν τόσο πράγματα που πέφτουν στο έδαφος όσο και αστέρια στον ουρανό, αλλά πριν από αυτόν πίστευαν ότι υπήρχαν δύο τύποι βαρύτητας: η επίγεια (ενεργεί αποκλειστικά μέσα στη Γη, προκαλώντας την πτώση των σωμάτων) και την ουράνια ( ενεργώντας στα αστέρια και το φεγγάρι). Ο Νεύτωνας ήταν ο πρώτος που συνδύασε αυτούς τους δύο τύπους βαρύτητας στο κεφάλι του, ο πρώτος που κατάλαβε ότι υπάρχει μόνο μία βαρύτητα και η δράση της μπορεί να περιγραφεί από έναν παγκόσμιο φυσικό νόμο.
Ορισμός του νόμου της παγκόσμιας έλξης
Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, όλα τα υλικά σώματα έλκονται μεταξύ τους και η δύναμη έλξης δεν εξαρτάται από τις φυσικές ή χημικές ιδιότητες των σωμάτων. Εξαρτάται, αν όλα απλοποιηθούν όσο το δυνατόν περισσότερο, μόνο από το βάρος των σωμάτων και την απόσταση μεταξύ τους. Πρέπει επίσης να λάβετε επιπλέον υπόψη το γεγονός ότι όλα τα σώματα στη Γη επηρεάζονται από τη βαρυτική δύναμη του ίδιου του πλανήτη μας, η οποία ονομάζεται βαρύτητα (από τα λατινικά η λέξη "gravitas" μεταφράζεται ως βαρύτητα).
Ας προσπαθήσουμε τώρα να διατυπώσουμε και να γράψουμε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης όσο το δυνατόν συνοπτικά: η δύναμη έλξης μεταξύ δύο σωμάτων με μάζες m1 και m2 και χωρίζονται από απόσταση R είναι ευθέως ανάλογη και των δύο μαζών και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο του την απόσταση μεταξύ τους.
Τύπος για τον νόμο της παγκόσμιας έλξης
Παρακάτω παρουσιάζουμε στην προσοχή σας τον τύπο του νόμου της παγκόσμιας έλξης.
Το G σε αυτόν τον τύπο είναι η σταθερά βαρύτητας, ίση με 6,67408(31) 10 −11, αυτό είναι το μέγεθος της πρόσκρουσης της βαρυτικής δύναμης του πλανήτη μας σε οποιοδήποτε υλικό αντικείμενο.
Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης και της έλλειψης βαρύτητας των σωμάτων
Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης που ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα, καθώς και η συνοδευτική μαθηματική συσκευή, αποτέλεσαν αργότερα τη βάση της ουράνιας μηχανικής και της αστρονομίας, επειδή με τη βοήθειά του είναι δυνατόν να εξηγηθεί η φύση της κίνησης των ουράνιων σωμάτων, καθώς και το φαινόμενο της έλλειψης βαρύτητας. Όντας στο διάστημα σε σημαντική απόσταση από τη δύναμη έλξης και βαρύτητας ενός τόσο μεγάλου σώματος όπως ένας πλανήτης, οποιοδήποτε υλικό αντικείμενο (για παράδειγμα, ένα διαστημόπλοιο με αστροναύτες επί του σκάφους) θα βρεθεί σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας, καθώς η δύναμη της βαρυτικής επιρροής της Γης (G στον τύπο του νόμου της βαρύτητας) ή κάποιος άλλος πλανήτης δεν θα τον επηρεάζει πλέον.
Νόμος της παγκόσμιας έλξης, βίντεο
Και εν κατακλείδι, ένα διδακτικό βίντεο για την ανακάλυψη του νόμου της παγκόσμιας έλξης.
