ใครเป็นผู้คิดค้นแรงโน้มถ่วง? แรงโน้มถ่วงคืออะไรในคำง่ายๆ จริงๆ แล้วแรงโน้มถ่วงคืออะไร?

แรงโน้มถ่วงเป็นพลังที่ทรงพลังที่สุดในจักรวาล ซึ่งเป็นหนึ่งในสี่หลักการพื้นฐานของจักรวาลซึ่งกำหนดโครงสร้างของมัน กาลครั้งหนึ่งต้องขอบคุณมัน ดาวเคราะห์ ดวงดาว และกาแล็กซีทั้งหมดจึงเกิดขึ้น ปัจจุบันมันทำให้โลกอยู่ในวงโคจรในการเดินทางรอบดวงอาทิตย์อย่างไม่มีที่สิ้นสุด

แรงดึงดูดก็มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อชีวิตประจำวันของบุคคลเช่นกัน ต้องขอบคุณพลังที่มองไม่เห็นนี้ มหาสมุทรในโลกของเราจึงเต้นเป็นจังหวะ แม่น้ำไหล และเม็ดฝนก็ตกลงสู่พื้น ตั้งแต่วัยเด็กเรารู้สึกถึงน้ำหนักของร่างกายและสิ่งของรอบตัว อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงต่อกิจกรรมทางเศรษฐกิจของเราก็มีมหาศาลเช่นกัน

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงข้อแรกถูกสร้างขึ้นโดยไอแซก นิวตัน เมื่อปลายศตวรรษที่ 17 กฎแรงโน้มถ่วงสากลของพระองค์อธิบายปฏิสัมพันธ์นี้ภายในกรอบของกลศาสตร์คลาสสิก ไอน์สไตน์อธิบายปรากฏการณ์นี้อย่างกว้างขวางมากขึ้นในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา ซึ่งตีพิมพ์เมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมา กระบวนการที่เกิดขึ้นกับแรงโน้มถ่วงในระดับอนุภาคมูลฐานควรอธิบายได้ด้วยทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัม แต่ยังไม่ได้ถูกสร้างขึ้น

เรารู้เกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงในปัจจุบันมากกว่าที่เราเคยรู้ในสมัยของนิวตันมาก แต่แม้จะมีการศึกษามานานหลายศตวรรษ แต่ก็ยังคงเป็นสิ่งที่ทำให้ฟิสิกส์สมัยใหม่สะดุด มีจุดว่างมากมายในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่มีอยู่ และเรายังคงไม่เข้าใจอย่างแน่ชัดว่าอะไรทำให้เกิดสิ่งนี้ และปฏิกิริยานี้ถ่ายโอนอย่างไร และแน่นอนว่าเรายังห่างไกลจากความสามารถในการควบคุมแรงโน้มถ่วง ดังนั้นการต้านแรงโน้มถ่วงหรือการลอยตัวจะมีอยู่เป็นเวลานานเฉพาะบนหน้านิยายวิทยาศาสตร์เท่านั้น

อะไรหล่นใส่หัวนิวตัน?

ผู้คนสงสัยมาโดยตลอดเกี่ยวกับธรรมชาติของพลังที่ดึงดูดวัตถุต่างๆ มายังโลก แต่ในศตวรรษที่ 17 เท่านั้นที่ไอแซก นิวตันสามารถเปิดม่านแห่งความลึกลับได้ พื้นฐานของความก้าวหน้านั้นถูกวางโดยผลงานของเคปเลอร์และกาลิเลโอนักวิทยาศาสตร์ผู้ชาญฉลาดที่ศึกษาการเคลื่อนไหวของเทห์ฟากฟ้า

แม้กระทั่งหนึ่งศตวรรษครึ่งก่อนกฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน โคเปอร์นิคัส นักดาราศาสตร์ชาวโปแลนด์เชื่อว่าแรงดึงดูดคือ "... ไม่มีอะไรมากไปกว่าความปรารถนาตามธรรมชาติที่บิดาแห่งจักรวาลได้มอบอนุภาคทั้งหมดให้ นั่นคือการรวมเป็นหนึ่งเดียว กลายเป็นวัตถุทรงกลม” เดส์การตส์ถือว่าแรงดึงดูดเป็นผลมาจากความวุ่นวายในโลกอีเทอร์ อริสโตเติล นักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกมั่นใจว่ามวลส่งผลต่อความเร็วของวัตถุที่ตกลงมา และมีเพียงกาลิเลโอ กาลิเลอีเมื่อปลายศตวรรษที่ 16 เท่านั้นที่พิสูจน์ว่าสิ่งนี้ไม่เป็นความจริง หากไม่มีแรงต้านอากาศ วัตถุทั้งหมดจะเร่งความเร็วเท่ากัน

ตรงกันข้ามกับตำนานยอดนิยมเรื่องหัวและแอปเปิล นิวตันใช้เวลามากกว่ายี่สิบปีในการทำความเข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง กฎแรงโน้มถ่วงของเขาเป็นหนึ่งในการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญที่สุดตลอดกาล เป็นสากลและช่วยให้คุณสามารถคำนวณวิถีของเทห์ฟากฟ้าและอธิบายพฤติกรรมของวัตถุรอบตัวเราได้อย่างแม่นยำ ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงคลาสสิกวางรากฐานของกลศาสตร์ท้องฟ้า กฎสามข้อของนิวตันเปิดโอกาสให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์ดวงใหม่อย่างแท้จริง “เพียงปลายปากกา” ท้ายที่สุด ต้องขอบคุณกฎเหล่านี้ที่ทำให้มนุษย์สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกและบินไปในอวกาศได้ พวกเขานำพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่เข้มงวดมาสู่แนวคิดทางปรัชญาเกี่ยวกับเอกภาพทางวัตถุของจักรวาล ซึ่งปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดเชื่อมโยงกันและควบคุมโดยกฎทางกายภาพทั่วไป

นิวตันไม่เพียงเผยแพร่สูตรที่ช่วยให้คำนวณแรงที่ดึงดูดวัตถุเข้าหากันเท่านั้น เขายังสร้างแบบจำลองที่สมบูรณ์ ซึ่งรวมถึงการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ด้วย ข้อสรุปทางทฤษฎีเหล่านี้ได้รับการยืนยันซ้ำแล้วซ้ำอีกในทางปฏิบัติรวมถึงการใช้วิธีการที่ทันสมัยที่สุด

ในทฤษฎีของนิวตัน วัตถุใดๆ ก็ตามจะสร้างสนามแม่เหล็กที่น่าสนใจ ซึ่งเรียกว่าแรงโน้มถ่วง นอกจากนี้ แรงยังเป็นสัดส่วนกับมวลของวัตถุทั้งสองและแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง:

F = (กรัม ม.1 ม.2)/r2

G คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ซึ่งเท่ากับ 6.67 × 10−11 m³/(kg s²) เฮนรี่ คาเวนดิช เป็นคนแรกที่คำนวณมันในปี ค.ศ. 1798

ในชีวิตประจำวันและในสาขาวิชาประยุกต์ แรงที่โลกดึงดูดร่างกายถือเป็นน้ำหนักของมัน แรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองวัตถุใดๆ ในจักรวาลคือแรงโน้มถ่วงในคำพูดง่ายๆ

แรงโน้มถ่วงเป็นจุดอ่อนที่สุดในบรรดาปฏิกิริยาพื้นฐานทางฟิสิกส์ทั้งสี่ประการ แต่เนื่องจากคุณสมบัติของมัน จึงสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของระบบดาวและกาแลคซีได้:

• แรงดึงดูดทำงานได้ในทุกระยะ นี่คือความแตกต่างหลักระหว่างแรงโน้มถ่วงกับปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบแรงและแบบอ่อน เมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น ผลกระทบของมันจะลดลง แต่ก็ไม่เคยเท่ากับศูนย์ ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่าแม้แต่อะตอมสองอะตอมที่อยู่คนละปลายกาแลคซีก็มีอิทธิพลซึ่งกันและกัน มันเล็กมาก
• แรงโน้มถ่วงเป็นสากล ขอบเขตแรงดึงดูดนั้นมีอยู่ในวัตถุใดๆ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ค้นพบวัตถุบนโลกของเราหรือในอวกาศที่จะไม่มีส่วนร่วมในการโต้ตอบประเภทนี้ ดังนั้นบทบาทของแรงโน้มถ่วงในชีวิตของจักรวาลจึงมีมหาศาล สิ่งนี้ทำให้แรงโน้มถ่วงแตกต่างจากปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอิทธิพลที่มีต่อกระบวนการของจักรวาลมีน้อยมาก เนื่องจากโดยธรรมชาติแล้ววัตถุส่วนใหญ่มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า แรงโน้มถ่วงไม่สามารถจำกัดหรือป้องกันได้
• แรงโน้มถ่วงไม่เพียงกระทำกับสสารเท่านั้น แต่ยังกระทำต่อพลังงานด้วย สำหรับเขา องค์ประกอบทางเคมีของวัตถุไม่สำคัญ มีเพียงมวลเท่านั้นที่มีความสำคัญ

การใช้สูตรของนิวตันสามารถคำนวณแรงดึงดูดได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น แรงโน้มถ่วงบนดวงจันทร์น้อยกว่าบนโลกหลายเท่า เนื่องจากดาวเทียมของเรามีมวลค่อนข้างเล็ก แต่ก็เพียงพอแล้วที่จะสร้างกระแสน้ำขึ้นและลงตามปกติในมหาสมุทรโลก บนโลกมีความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงอยู่ที่ประมาณ 9.81 m/s2 นอกจากนี้ที่ขั้วจะใหญ่กว่าที่เส้นศูนย์สูตรเล็กน้อย

แม้ว่ากฎของนิวตันจะมีความสำคัญอย่างมากต่อการพัฒนาวิทยาศาสตร์ต่อไป แต่กฎของนิวตันก็มีจุดอ่อนหลายประการที่หลอกหลอนนักวิจัย ยังไม่ชัดเจนว่าแรงโน้มถ่วงกระทำต่อพื้นที่ว่างเปล่าในระยะทางอันกว้างใหญ่อย่างไร และด้วยความเร็วที่ไม่อาจเข้าใจได้ นอกจากนี้ ข้อมูลค่อยๆ เริ่มสะสมซึ่งขัดแย้งกับกฎของนิวตัน เช่น ความขัดแย้งของแรงโน้มถ่วง หรือการกระจัดของจุดดวงอาทิตย์สุดขั้วของดาวพุธ เห็นได้ชัดว่าทฤษฎีความโน้มถ่วงสากลจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง เกียรติยศนี้ตกเป็นของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ Albert Einstein

แรงดึงดูดและทฤษฎีสัมพัทธภาพ

การที่นิวตันปฏิเสธที่จะหารือเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง (“ฉันไม่ได้ประดิษฐ์สมมติฐาน”) เป็นจุดอ่อนที่ชัดเจนของแนวคิดของเขา ไม่น่าแปลกใจเลยที่ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงหลายทฤษฎีเกิดขึ้นในปีต่อๆ มา

ส่วนใหญ่เป็นของแบบจำลองอุทกพลศาสตร์ที่เรียกว่าซึ่งพยายามยืนยันการเกิดแรงโน้มถ่วงโดยปฏิกิริยาทางกลของวัตถุวัสดุกับสารตัวกลางบางชนิดที่มีคุณสมบัติบางอย่าง นักวิจัยเรียกมันว่าแตกต่างกัน: "สุญญากาศ", "อีเธอร์", "การไหลของกราวิตอน" ฯลฯ ในกรณีนี้แรงดึงดูดระหว่างวัตถุเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของสารนี้เมื่อมันถูกดูดซับโดยวัตถุหรือกระแสที่มีการป้องกัน ในความเป็นจริง ทฤษฎีดังกล่าวทั้งหมดมีข้อเสียเปรียบร้ายแรงประการหนึ่ง: ค่อนข้างแม่นยำในการทำนายการพึ่งพาแรงโน้มถ่วงในระยะไกล ซึ่งน่าจะนำไปสู่การชะลอตัวของวัตถุที่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับ "อีเทอร์" หรือ "การไหลของกราวิตอน"

ไอน์สไตน์มองปัญหานี้จากมุมที่ต่างออกไป ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GTR) ของเขา แรงโน้มถ่วงไม่ได้ถูกมองว่าเป็นอันตรกิริยาของแรง แต่เป็นสมบัติของกาล-อวกาศนั่นเอง วัตถุใดๆ ที่มีมวลทำให้เกิดการโค้งงอ ซึ่งเป็นเหตุให้เกิดแรงดึงดูด ในกรณีนี้ แรงโน้มถ่วงเป็นผลทางเรขาคณิตที่พิจารณาภายในกรอบของเรขาคณิตที่ไม่ใช่แบบยุคลิด

พูดง่ายๆ ก็คือ ความต่อเนื่องของกาล-อวกาศส่งผลต่อสสาร ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของมัน และในทางกลับกัน เธอก็มีอิทธิพลต่ออวกาศ โดย "บอก" มันว่าจะโค้งงออย่างไร

แรงดึงดูดยังทำหน้าที่ในพิภพเล็ก ๆ แต่ในระดับอนุภาคมูลฐานอิทธิพลของพวกมันเมื่อเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาของไฟฟ้าสถิตนั้นมีน้อยมาก นักฟิสิกส์เชื่อว่าปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงไม่ได้ด้อยกว่าปฏิกิริยาอื่นๆ ในช่วงแรก (10 -43 วินาที) หลังจากบิ๊กแบง

ในปัจจุบัน แนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงที่นำเสนอในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นสมมติฐานการทำงานหลักที่ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ และได้รับการยืนยันจากผลการทดลองจำนวนมาก

ไอน์สไตน์ในงานของเขามองเห็นถึงผลกระทบอันน่าอัศจรรย์ของแรงโน้มถ่วง ซึ่งส่วนใหญ่ได้รับการยืนยันแล้ว ตัวอย่างเช่นความสามารถของวัตถุขนาดใหญ่ในการโค้งงอรังสีของแสงและแม้แต่ชะลอการไหลของเวลา ต้องคำนึงถึงปรากฏการณ์หลังนี้เมื่อใช้งานระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลกเช่น GLONASS และ GPS ไม่เช่นนั้นข้อผิดพลาดอาจเกิดขึ้นหลายสิบกิโลเมตรหลังจากผ่านไปสองสามวัน

นอกจากนี้ ผลที่ตามมาของทฤษฎีของไอน์สไตน์คือสิ่งที่เรียกว่าผลกระทบเล็กๆ น้อยๆ ของแรงโน้มถ่วง เช่น สนามกราวิแมกเนติก และการลากของกรอบอ้างอิงเฉื่อย (หรือเรียกอีกอย่างว่าปรากฏการณ์เลนส์-เธียร์ริง) การแสดงแรงโน้มถ่วงเหล่านี้อ่อนแอมากจนไม่สามารถตรวจพบได้เป็นเวลานาน เฉพาะในปี พ.ศ. 2548 ต้องขอบคุณภารกิจ Gravity Probe B ของ NASA ที่ไม่เหมือนใคร ทำให้ปรากฏการณ์ Lense-Thirring ได้รับการยืนยัน

รังสีความโน้มถ่วงหรือการค้นพบขั้นพื้นฐานที่สุดของปีที่ผ่านมา

คลื่นความโน้มถ่วงคือการสั่นสะเทือนของโครงสร้างอวกาศ-เวลาทางเรขาคณิตที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ไอน์สไตน์ทำนายการมีอยู่ของปรากฏการณ์นี้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปด้วย แต่เนื่องจากความอ่อนแอของแรงโน้มถ่วง ขนาดของมันจึงน้อยมาก จึงไม่สามารถตรวจพบได้เป็นเวลานาน มีเพียงหลักฐานทางอ้อมเท่านั้นที่สนับสนุนการมีอยู่ของรังสี

คลื่นที่คล้ายกันนี้เกิดจากวัตถุใดๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งไม่สมมาตร นักวิทยาศาสตร์เรียกพวกมันว่า "ระลอกคลื่นในอวกาศ-เวลา" แหล่งกำเนิดรังสีที่ทรงพลังที่สุดคือการชนกันของกาแลคซีและระบบการยุบตัวที่ประกอบด้วยวัตถุสองชิ้น ตัวอย่างทั่วไปของกรณีหลังนี้คือการรวมตัวกันของหลุมดำหรือดาวนิวตรอน ในระหว่างกระบวนการดังกล่าว รังสีความโน้มถ่วงสามารถถ่ายโอนได้มากกว่า 50% ของมวลทั้งหมดของระบบ

คลื่นความโน้มถ่วงถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2558 โดยหอสังเกตการณ์ LIGO สองแห่ง เกือบจะในทันที เหตุการณ์นี้ได้รับสถานะเป็นการค้นพบทางฟิสิกส์ครั้งใหญ่ที่สุดในรอบทศวรรษที่ผ่านมา ในปี 2560 เขาได้รับรางวัลโนเบล หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถตรวจจับรังสีความโน้มถ่วงได้หลายครั้ง

ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา - นานก่อนที่จะมีการยืนยันการทดลอง - นักวิทยาศาสตร์เสนอให้ใช้รังสีความโน้มถ่วงเพื่อการสื่อสารทางไกล ข้อได้เปรียบที่ไม่ต้องสงสัยคือความสามารถสูงในการผ่านสารใด ๆ โดยไม่ถูกดูดซึม แต่ในปัจจุบันนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากมีความยากลำบากอย่างมากในการสร้างและรับคลื่นเหล่านี้ และเรายังมีความรู้ที่แท้จริงเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงไม่เพียงพอ

ปัจจุบันมีการติดตั้งหลายแห่งที่คล้ายกับ LIGO ดำเนินงานในประเทศต่างๆ ทั่วโลกและมีการสร้างสถานที่ใหม่ มีแนวโน้มว่าเราจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรังสีโน้มถ่วงในอนาคตอันใกล้นี้

ทฤษฎีทางเลือกของแรงโน้มถ่วงสากลและสาเหตุของการกำเนิด

ในขณะนี้ แนวคิดหลักเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงคือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ข้อมูลการทดลองและการสังเกตที่มีอยู่ทั้งหมดมีความสอดคล้องกัน ในขณะเดียวกันก็มีจุดอ่อนและประเด็นขัดแย้งที่ชัดเจนจำนวนมาก ดังนั้นความพยายามที่จะสร้างแบบจำลองใหม่ที่อธิบายธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงจึงไม่หยุดนิ่ง

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงสากลทั้งหมดที่พัฒนาจนถึงปัจจุบันสามารถแบ่งออกเป็นหลายกลุ่มหลัก:

• มาตรฐาน;
• ทางเลือก;
• ควอนตัม;
• ทฤษฎีสนามรวม

ความพยายามที่จะสร้างแนวคิดใหม่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงสากลเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 19 ผู้เขียนหลายคนรวมอีเธอร์หรือทฤษฎีแสงในร่างกายด้วย แต่การเกิดขึ้นของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้การวิจัยเหล่านี้สิ้นสุดลง หลังจากการตีพิมพ์ เป้าหมายของนักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนไป - ตอนนี้ความพยายามของพวกเขามุ่งเป้าไปที่การปรับปรุงแบบจำลองของไอน์สไตน์ รวมถึงปรากฏการณ์ทางธรรมชาติใหม่ในนั้น: การหมุนของอนุภาค การขยายตัวของจักรวาล ฯลฯ

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองปฏิเสธแนวคิดทั้งหมด ยกเว้นแนวคิดที่มีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นส่วนสำคัญ ในเวลานี้ "ทฤษฎีสตริง" เข้ามาสู่กระแสนิยมและมีแนวโน้มที่ดีอย่างมาก แต่สมมติฐานเหล่านี้ไม่เคยได้รับการยืนยันจากการทดลองเลย ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา วิทยาศาสตร์มีความก้าวหน้าอย่างมากและได้สะสมข้อมูลเชิงประจักษ์จำนวนมหาศาล ปัจจุบัน ความพยายามที่จะสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือกได้รับแรงบันดาลใจส่วนใหญ่จากการวิจัยทางจักรวาลวิทยาที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดต่างๆ เช่น "สสารมืด" "อัตราเงินเฟ้อ" "พลังงานมืด"

ภารกิจหลักประการหนึ่งของฟิสิกส์สมัยใหม่คือการรวมทิศทางพื้นฐานสองทิศทางเข้าด้วยกัน ได้แก่ ทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นักวิทยาศาสตร์พยายามเชื่อมโยงแรงดึงดูดเข้ากับปฏิสัมพันธ์ประเภทอื่นๆ ซึ่งทำให้เกิด "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" นี่คือสิ่งที่แรงโน้มถ่วงควอนตัมทำ - สาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่พยายามให้คำอธิบายควอนตัมของปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วง หน่อของทิศทางนี้คือทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของวง

แม้จะมีความพยายามอย่างแข็งขันและเป็นเวลาหลายปี แต่เป้าหมายนี้ก็ยังไม่บรรลุเป้าหมาย และไม่ใช่ความซับซ้อนของปัญหานี้ด้วยซ้ำ เพียงแต่ว่าทฤษฎีควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีพื้นฐานอยู่บนกระบวนทัศน์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง กลศาสตร์ควอนตัมเกี่ยวข้องกับระบบทางกายภาพที่ทำงานบนพื้นหลังของกาล-อวกาศธรรมดา และในทฤษฎีสัมพัทธภาพ กาล-อวกาศนั้นเป็นองค์ประกอบแบบไดนามิก ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของระบบคลาสสิกที่อยู่ในนั้น

นอกจากสมมติฐานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงสากลแล้ว ยังมีทฤษฎีที่ยังห่างไกลจากฟิสิกส์สมัยใหม่อีกด้วย น่าเสียดายที่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา “การต่อต้าน” ดังกล่าวได้ท่วมอินเทอร์เน็ตและชั้นวางหนังสืออย่างล้นหลาม โดยทั่วไปผู้เขียนงานประเภทนี้บางคนจะแจ้งให้ผู้อ่านทราบว่าแรงโน้มถ่วงไม่มีอยู่จริง และกฎของนิวตันและไอน์สไตน์เป็นเพียงเรื่องแต่งและเรื่องหลอกลวง

ตัวอย่างคือผลงานของ "นักวิทยาศาสตร์" Nikolai Levashov ซึ่งอ้างว่านิวตันไม่ได้ค้นพบกฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากลและมีเพียงดาวเคราะห์และดาวเทียมของเราเท่านั้นที่ดวงจันทร์เท่านั้นที่มีแรงโน้มถ่วงในระบบสุริยะ “นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย” ผู้นี้ให้หลักฐานที่ค่อนข้างแปลก หนึ่งในนั้นคือการบินของยานสำรวจอเมริกัน NEAR Shoemaker ไปยังดาวเคราะห์น้อยอีรอส ซึ่งเกิดขึ้นในปี 2543 Levashov ถือว่าการขาดแรงดึงดูดระหว่างยานสำรวจและเทห์ฟากฟ้าเพื่อพิสูจน์ความเท็จของงานของนิวตันและการสมรู้ร่วมคิดของนักฟิสิกส์ที่ซ่อนความจริงเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงจากผู้คน

ในความเป็นจริง ยานอวกาศประสบความสำเร็จในภารกิจ: ขั้นแรกมันเข้าสู่วงโคจรของดาวเคราะห์น้อย จากนั้นจึงลงจอดอย่างนุ่มนวลบนพื้นผิวของมัน

แรงโน้มถ่วงเทียมและเหตุใดจึงจำเป็น

มีสองแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงซึ่งถึงแม้จะมีสถานะทางทฤษฎีในปัจจุบัน แต่ก็เป็นที่รู้จักกันดีในหมู่ประชาชนทั่วไป สิ่งเหล่านี้คือแรงต้านแรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วงเทียม

การต้านแรงโน้มถ่วงเป็นกระบวนการในการต่อต้านแรงดึงดูด ซึ่งสามารถลดแรงดึงดูดลงอย่างมากหรือแม้กระทั่งแทนที่แรงดึงดูดด้วยซ้ำ การเชี่ยวชาญเทคโนโลยีดังกล่าวจะนำไปสู่การปฏิวัติอย่างแท้จริงในด้านการขนส่ง การบิน การสำรวจอวกาศ และจะเปลี่ยนแปลงชีวิตทั้งชีวิตของเราอย่างสิ้นเชิง แต่ในปัจจุบัน ความเป็นไปได้ของการต้านแรงโน้มถ่วงยังไม่มีการยืนยันทางทฤษฎีด้วยซ้ำ ยิ่งไปกว่านั้น ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากจักรวาลของเราไม่สามารถมีมวลลบได้ เป็นไปได้ว่าในอนาคตเราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและเรียนรู้การสร้างเครื่องบินตามหลักการนี้

แรงโน้มถ่วงเทียมคือการเปลี่ยนแปลงที่มนุษย์สร้างขึ้นในแรงโน้มถ่วงที่มีอยู่ ทุกวันนี้เราไม่ต้องการเทคโนโลยีดังกล่าวจริงๆ แต่สถานการณ์จะเปลี่ยนไปอย่างแน่นอนหลังจากการเดินทางในอวกาศระยะยาวเริ่มต้นขึ้น และประเด็นก็คือในสรีรวิทยาของเรา ร่างกายมนุษย์ "คุ้นเคย" ตลอดหลายล้านปีของการวิวัฒนาการต่อแรงโน้มถ่วงคงที่ของโลก รับรู้ถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่ลดลงในทางลบอย่างยิ่ง การอยู่เป็นเวลานานแม้ในสภาวะแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ (อ่อนแอกว่าโลกถึงหกเท่า) สามารถนำไปสู่ผลลัพธ์ที่เลวร้ายได้ ภาพลวงตาของแรงดึงดูดสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้แรงทางกายภาพอื่นๆ เช่น ความเฉื่อย อย่างไรก็ตามตัวเลือกดังกล่าวมีความซับซ้อนและมีราคาแพง ในขณะนี้ แรงโน้มถ่วงเทียมยังไม่มีเหตุผลเชิงทฤษฎีด้วยซ้ำ เห็นได้ชัดว่าการนำไปปฏิบัติจริงที่เป็นไปได้นั้นเป็นเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้น

Gravity เป็นแนวคิดที่ทุกคนรู้จักตั้งแต่สมัยเรียน ดูเหมือนว่านักวิทยาศาสตร์ควรจะตรวจสอบปรากฏการณ์นี้อย่างละเอียดถี่ถ้วน! แต่แรงโน้มถ่วงยังคงเป็นปริศนาที่ลึกที่สุดสำหรับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ และนี่ถือได้ว่าเป็นตัวอย่างที่ดีเยี่ยมว่าความรู้ของมนุษย์ที่มีอย่างจำกัดเกี่ยวกับโลกอันกว้างใหญ่และอัศจรรย์ของเรานั้นเป็นอย่างไร

หากคุณมีคำถามใด ๆ ทิ้งไว้ในความคิดเห็นด้านล่างบทความ เราหรือผู้เยี่ยมชมของเรายินดีที่จะตอบพวกเขา

ในธรรมชาติมีแรงต่าง ๆ ที่แสดงลักษณะปฏิสัมพันธ์ของร่างกาย ให้เราพิจารณาแรงที่เกิดขึ้นในกลศาสตร์

แรงโน้มถ่วงอาจเป็นพลังแรกสุดที่มนุษย์ตระหนักได้ว่าคือแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุจากโลก

และต้องใช้เวลาหลายศตวรรษกว่าที่ผู้คนจะเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงกระทำระหว่างวัตถุใดๆ และต้องใช้เวลาหลายศตวรรษกว่าที่ผู้คนจะเข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงกระทำระหว่างวัตถุใดๆ นิวตันนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่เข้าใจข้อเท็จจริงนี้ จากการวิเคราะห์กฎที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ (กฎของเคปเลอร์) เขาได้ข้อสรุปว่ากฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ที่สังเกตได้จะบรรลุผลได้ก็ต่อเมื่อมีแรงดึงดูดระหว่างพวกมัน โดยเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของพวกมันและเป็นสัดส่วนผกผันกับ กำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกเขา

สูตรนิวตัน กฎแรงโน้มถ่วงสากล. ร่างสองร่างจะดึงดูดกัน แรงดึงดูดระหว่างวัตถุจุดนั้นพุ่งไปตามเส้นตรงที่เชื่อมต่อกัน เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของทั้งสองวัตถุ และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง:

ในกรณีนี้ วัตถุที่เป็นจุดจะถูกเข้าใจว่าเป็นวัตถุที่มีขนาดน้อยกว่าระยะห่างระหว่างพวกมันหลายเท่า

แรงโน้มถ่วงสากลเรียกว่าแรงโน้มถ่วง ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน G เรียกว่าค่าคงที่ความโน้มถ่วง ค่าของมันถูกกำหนดโดยการทดลอง: G = 6.7 10µ¹¹ N m² / kg²

แรงโน้มถ่วงการกระทำใกล้พื้นผิวโลกมุ่งตรงไปยังศูนย์กลางและคำนวณโดยสูตร:

โดยที่ g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง (g = 9.8 m/s²)

บทบาทของแรงโน้มถ่วงในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตมีความสำคัญมาก เนื่องจากขนาด รูปร่าง และสัดส่วนของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดของมัน

น้ำหนักตัว.ลองพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการวางสิ่งของบางอย่างบนระนาบแนวนอน (ส่วนรองรับ) ในช่วงแรกหลังจากที่โหลดลดลง มันจะเริ่มเคลื่อนตัวลงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง (รูปที่ 8)

เครื่องบินโค้งงอและมีแรงยืดหยุ่น (ปฏิกิริยารองรับ) พุ่งขึ้นด้านบนปรากฏขึ้น หลังจากที่แรงยืดหยุ่น (Fу) ปรับสมดุลของแรงโน้มถ่วงแล้ว การลดลงของร่างกายและการโก่งตัวของส่วนรองรับจะหยุดลง

การโก่งตัวของส่วนรองรับเกิดขึ้นภายใต้การกระทำของร่างกายดังนั้นแรงบางอย่าง (P) จึงทำหน้าที่รองรับจากด้านข้างของร่างกายซึ่งเรียกว่าน้ำหนักของร่างกาย (รูปที่ 8, b) ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน น้ำหนักของวัตถุจะมีขนาดเท่ากับแรงปฏิกิริยาภาคพื้นดินและมีทิศทางไปในทิศทางตรงกันข้าม

P = - Fу = หนักหนา

น้ำหนักตัว เรียกว่าแรง P ซึ่งวัตถุกระทำบนแนวรองรับแนวนอนซึ่งไม่มีการเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแรงนั้น.

เนื่องจากแรงโน้มถ่วง (น้ำหนัก) ถูกนำไปใช้กับส่วนรองรับ จึงมีรูปร่างผิดปกติ และเนื่องจากความยืดหยุ่น จึงต้านแรงโน้มถ่วงได้ แรงที่พัฒนาในกรณีนี้จากด้านข้างของแนวรับเรียกว่าแรงปฏิกิริยาสนับสนุนและปรากฏการณ์ของการพัฒนาการตอบโต้นั้นเรียกว่าปฏิกิริยาสนับสนุน ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงปฏิกิริยารองรับจะมีขนาดเท่ากับแรงโน้มถ่วงของร่างกายและมีทิศทางตรงกันข้าม

ถ้าบุคคลที่อยู่บนแนวรองรับเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของส่วนต่างๆ ของร่างกายที่พุ่งมาจากแนวรับ แรงปฏิกิริยาของแนวรับจะเพิ่มขึ้นตามจำนวน ma โดยที่ m คือมวลของบุคคล และคือความเร่งที่ ส่วนของร่างกายของเขาเคลื่อนไหว เอฟเฟกต์ไดนามิกเหล่านี้สามารถบันทึกได้โดยใช้อุปกรณ์สเตรนเกจ (ไดนาโมแกรม)

น้ำหนักไม่ควรสับสนกับน้ำหนักตัว มวลของร่างกายแสดงถึงคุณสมบัติเฉื่อยของมัน และไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงหรือความเร่งที่วัตถุเคลื่อนที่

น้ำหนักของร่างกายบ่งบอกถึงแรงที่มันทำหน้าที่รองรับและขึ้นอยู่กับทั้งแรงโน้มถ่วงและความเร่งของการเคลื่อนไหว

ตัวอย่างเช่น บนดวงจันทร์ น้ำหนักของวัตถุจะน้อยกว่าน้ำหนักของวัตถุบนโลกประมาณ 6 เท่า มวลในทั้งสองกรณีจะเท่ากันและถูกกำหนดโดยปริมาณของสสารในร่างกาย

ในชีวิตประจำวัน เทคโนโลยี และการกีฬา น้ำหนักมักไม่ได้ระบุเป็นนิวตัน (N) แต่เป็นหน่วยกิโลกรัมแรง (kgf) การเปลี่ยนจากหน่วยหนึ่งไปอีกหน่วยหนึ่งจะดำเนินการตามสูตร: 1 kgf = 9.8 N

เมื่อส่วนรองรับและร่างกายไม่เคลื่อนไหว มวลของร่างกายจะเท่ากับแรงโน้มถ่วงของร่างกายนี้ เมื่อส่วนรองรับและร่างกายเคลื่อนไหวด้วยความเร่ง ร่างกายอาจประสบกับภาวะไร้น้ำหนักหรือโอเวอร์โหลด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับทิศทางของมัน เมื่อความเร่งตรงกันในทิศทางและเท่ากับความเร่งของแรงโน้มถ่วง น้ำหนักของร่างกายจะเป็นศูนย์ ดังนั้น ภาวะไร้น้ำหนักจึงเกิดขึ้น (ISS ลิฟต์ความเร็วสูงเมื่อลดระดับลง) เมื่อความเร่งของการเคลื่อนที่รองรับอยู่ตรงข้ามกับการเร่งความเร็วของการตกอย่างอิสระ บุคคลนั้นจะประสบกับการบรรทุกเกินพิกัด (การปล่อยยานอวกาศที่มีคนขับจากพื้นผิวโลก ลิฟต์ความเร็วสูงลอยขึ้นด้านบน)

แรงโน้มถ่วงหรือที่เรียกว่าแรงดึงดูดหรือความโน้มถ่วงเป็นสมบัติสากลของสสารที่วัตถุและวัตถุทั้งหมดในจักรวาลครอบครอง แก่นแท้ของแรงโน้มถ่วงก็คือวัตถุทั้งหมดจะดึงดูดวัตถุอื่นๆ ที่อยู่รอบตัวพวกมัน

แรงโน้มถ่วงของโลก

ถ้าแรงโน้มถ่วงเป็นแนวคิดทั่วไปและคุณภาพที่วัตถุทั้งหมดในจักรวาลครอบครอง แรงโน้มถ่วงก็เป็นกรณีพิเศษของปรากฏการณ์ที่ครอบคลุมนี้ โลกดึงดูดวัตถุวัตถุทั้งหมดที่อยู่บนนั้นมาสู่ตัวมันเอง ด้วยเหตุนี้ ผู้คนและสัตว์จึงสามารถเคลื่อนที่ข้ามโลกได้อย่างปลอดภัย แม่น้ำ ทะเล และมหาสมุทรสามารถอยู่ภายในชายฝั่งได้ และอากาศไม่สามารถบินข้ามพื้นที่อันกว้างใหญ่ไพศาลได้ แต่ก่อตัวเป็นชั้นบรรยากาศของโลกของเรา

คำถามที่ยุติธรรมเกิดขึ้น: หากวัตถุทั้งหมดมีแรงโน้มถ่วง เหตุใดโลกจึงดึงดูดผู้คนและสัตว์ให้เข้ามาหาตัวเอง และในทางกลับกันกลับไม่เป็นเช่นนั้น ประการแรก เรายังดึงดูดโลกเข้ามาหาเราด้วย เพียงแต่ว่า แรงโน้มถ่วงของเรานั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับแรงดึงดูดของมัน ประการที่สอง แรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับมวลของร่างกายโดยตรง ยิ่งมวลของร่างกายมีขนาดเล็กลง แรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

ตัวบ่งชี้ที่สองที่แรงดึงดูดขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างวัตถุ ยิ่งระยะห่างมากเท่าใด ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงก็จะน้อยลงเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ ดาวเคราะห์จึงเคลื่อนที่ในวงโคจรของมันและไม่ตกลงมาทับกัน

เป็นที่น่าสังเกตว่าโลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์อื่นๆ มีรูปร่างเป็นทรงกลมตามแรงโน้มถ่วงอย่างแม่นยำ มันทำหน้าที่ในทิศทางของจุดศูนย์กลางโดยดึงสสารที่ประกอบเป็น "ร่างกาย" ของดาวเคราะห์เข้าหามัน

สนามโน้มถ่วงของโลก

สนามโน้มถ่วงของโลกเป็นสนามพลังงานแรงที่เกิดขึ้นรอบโลกของเราเนื่องจากการกระทำของแรงสองแรง:

• แรงโน้มถ่วง;
• แรงเหวี่ยงซึ่งเป็นผลมาจากการหมุนของโลกรอบแกนของมัน (การหมุนรายวัน)

เนื่องจากทั้งแรงโน้มถ่วงและแรงเหวี่ยงกระทำอย่างต่อเนื่อง สนามโน้มถ่วงจึงเป็นปรากฏการณ์ที่คงที่

สนามได้รับผลกระทบเล็กน้อยจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และเทห์ฟากฟ้าอื่นๆ รวมถึงมวลในชั้นบรรยากาศของโลก

กฎแรงโน้มถ่วงสากล และ เซอร์ไอแซก นิวตัน

ตามตำนานอันโด่งดัง เซอร์ไอแซก นิวตัน นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ วันหนึ่งขณะเดินอยู่ในสวนในตอนกลางวัน เขาเห็นดวงจันทร์บนท้องฟ้า ในเวลาเดียวกันนั้นก็มีแอปเปิ้ลลูกหนึ่งร่วงหล่นจากกิ่ง นิวตันกำลังศึกษากฎการเคลื่อนที่และรู้ว่าแอปเปิ้ลตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วง และดวงจันทร์ก็หมุนรอบโลกเป็นวงโคจร

จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ผู้ชาญฉลาดซึ่งส่องสว่างด้วยความเข้าใจก็เกิดความคิดที่ว่าบางทีแอปเปิ้ลอาจตกลงไปที่พื้นโดยเชื่อฟังแรงเดียวกันกับที่ดวงจันทร์อยู่ในวงโคจรของมัน และไม่รีบเร่งไปทั่วกาแลคซีอย่างสุ่ม นี่คือวิธีที่ค้นพบกฎความโน้มถ่วงสากลหรือที่เรียกว่ากฎข้อที่สามของนิวตัน

ในภาษาของสูตรทางคณิตศาสตร์ กฎนี้มีลักษณะดังนี้:

เอฟ=จีเอ็มเอ็ม/ดี 2 ,

ที่ไหน เอฟ- แรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกันระหว่างวัตถุทั้งสอง

ม- มวลของวัตถุตัวแรก

ม- มวลของวัตถุที่สอง

ดี 2- ระยะห่างระหว่างสองร่าง

ช- ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงเท่ากับ 6.67x10 -11

ขั้นแรก ลองจินตนาการว่าโลกเป็นลูกบอลที่อยู่นิ่ง (รูปที่ 3.1, a) แรงโน้มถ่วง F ระหว่างโลก (มวล M) และวัตถุ (มวล m) ถูกกำหนดโดยสูตร: ฉ=ชมม./รอบ 2

โดยที่ r คือรัศมีของโลก ค่าคงที่ G เรียกว่า ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงสากลและมีขนาดเล็กมาก เมื่อ r คงที่ แรง F จะเป็น const ม. แรงดึงดูดของมวล m โดยโลกเป็นตัวกำหนดน้ำหนักของวัตถุนี้: W = mg การเปรียบเทียบสมการจะได้: g = const = GM/r 2

การดึงดูดวัตถุที่มีมวล m จากโลก ทำให้มันตกลง “ลง” ด้วยความเร่ง g ซึ่งคงที่ที่ทุกจุด A, B, C และทุกที่บนพื้นผิวโลก (รูปที่ 3.1,6)

แผนภาพแรงวัตถุอิสระยังแสดงให้เห็นว่ามีแรงที่กระทำต่อโลกจากวัตถุที่มีมวล m ซึ่งตรงข้ามกับแรงที่กระทำต่อวัตถุจากโลก อย่างไรก็ตาม มวล M ของโลกมีขนาดใหญ่มากจนความเร่ง a ของโลก "สูงขึ้น" ซึ่งคำนวณโดยสูตร F = Ma นั้นไม่มีนัยสำคัญและสามารถละเลยได้ โลกมีรูปร่างอื่นที่ไม่ใช่ทรงกลม: รัศมีที่ขั้ว r r น้อยกว่ารัศมีที่เส้นศูนย์สูตร r e ซึ่งหมายความว่าแรงดึงดูดของวัตถุที่มีมวล m ที่ขั้ว F p =GMm/r 2 p มากกว่าที่เส้นศูนย์สูตร F e = GMm/r e ดังนั้น ความเร่งของการตกอย่างอิสระ g p ที่ขั้วมีค่ามากกว่าความเร่งของการตกอย่างอิสระ g p ที่เส้นศูนย์สูตร ความเร่ง g เปลี่ยนแปลงไปตามละติจูดตามการเปลี่ยนแปลงรัศมีของโลก



ดังที่คุณทราบ โลกมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง มันหมุนรอบแกนของมัน ทำให้เกิดการปฏิวัติหนึ่งครั้งทุกวัน และเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยการปฏิวัติหนึ่งปี เพื่อความง่าย ให้พิจารณาโลกเป็นลูกบอลเนื้อเดียวกัน ให้เราพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุมวล m ที่ขั้ว A และที่เส้นศูนย์สูตร C (รูปที่ 3.2) ในหนึ่งวัน ร่างกายที่จุด A หมุนได้ 360° โดยคงอยู่กับที่ ในขณะที่ร่างกายที่จุด C ครอบคลุมระยะทาง 2 ลิตร เพื่อให้วัตถุซึ่งอยู่ที่จุด C เคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลมได้ จำเป็นต้องใช้แรงบางอย่าง นี่คือแรงสู่ศูนย์กลาง ซึ่งกำหนดโดยสูตร mv 2 /r โดยที่ v คือความเร็วของวัตถุในวงโคจร แรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุซึ่งอยู่ที่จุด C, F = GMm/r ควร:

ก) ตรวจสอบการเคลื่อนไหวของร่างกายเป็นวงกลม

b) ดึงดูดร่างกายมายังโลก

ดังนั้น F = (mv 2 /r)+mg ที่เส้นศูนย์สูตร และ F = mg ที่ขั้ว ซึ่งหมายความว่า g จะเปลี่ยนไปตามละติจูดเมื่อรัศมีวงโคจรเปลี่ยนจาก r ที่จุด C เป็นศูนย์ที่จุด A

น่าสนใจที่จะจินตนาการว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากความเร็วการหมุนของโลกเพิ่มขึ้นมากจนแรงสู่ศูนย์กลางที่กระทำต่อวัตถุที่เส้นศูนย์สูตรจะเท่ากับแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ mv 2 /r = F = GMm/r 2. แรงโน้มถ่วงทั้งหมดจะใช้เพื่อรักษาวัตถุไว้ที่จุด C ในวงโคจรเป็นวงกลมเท่านั้น และจะไม่มีแรงเหลือกระทำต่อพื้นผิวโลก การเพิ่มความเร็วการหมุนของโลกอีกจะทำให้ร่างกาย "ลอยออกไป" สู่อวกาศ ในเวลาเดียวกัน ถ้ายานอวกาศที่มีนักบินอวกาศอยู่บนเรือถูกปล่อยไปที่ความสูง R เหนือศูนย์กลางโลกด้วยความเร็ว v จนได้ค่าความเท่าเทียมกัน mv*/R=F = GMm/R 2 ยานอวกาศลำนี้จะ หมุนรอบโลกในสภาวะไร้น้ำหนัก

การวัดที่แม่นยำของความเร่งโน้มถ่วง g แสดงว่า g แปรผันตามละติจูด ดังแสดงในตารางที่ 3.1 ตามมาว่าน้ำหนักของวัตถุบางอย่างเปลี่ยนแปลงเหนือพื้นผิวโลกจากสูงสุดที่ละติจูด 90° เป็นค่าต่ำสุดที่ละติจูด 0°



ในการฝึกระดับนี้ การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ของความเร่ง g มักจะถูกละเลย และใช้ค่าเฉลี่ย 9.81 m-s 2 เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น ความเร่ง g มักจะถือเป็นจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด เช่น 10 m-s - 2 ดังนั้นแรงดึงดูดที่กระทำจากโลกบนวัตถุที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัม (เช่น น้ำหนัก) จะถูกใช้เป็น 10 นิวตัน คณะกรรมการตรวจสอบส่วนใหญ่แนะนำ ใช้ g=10 m-s - 2 หรือ 10 N-kg -1 สำหรับผู้สอบเพื่อทำให้การคำนวณง่ายขึ้น

ไม่มีความลับใดที่กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลถูกค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ไอแซกนิวตันซึ่งตามตำนานกำลังเดินอยู่ในสวนยามเย็นและคิดถึงปัญหาของฟิสิกส์ ในขณะนั้นแอปเปิ้ลลูกหนึ่งหล่นลงมาจากต้นไม้ (ตามเวอร์ชันหนึ่งโดยตรงบนหัวของนักฟิสิกส์ ส่วนอีกเวอร์ชันหนึ่งก็ตกลงมา) ซึ่งต่อมากลายเป็นแอปเปิ้ลที่มีชื่อเสียงของนิวตันในขณะที่มันนำนักวิทยาศาสตร์ไปสู่ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งนั่นคือยูเรก้า ลูกแอปเปิ้ลที่ตกลงบนหัวของนิวตันเป็นแรงบันดาลใจให้เขาค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงสากล เนื่องจากดวงจันทร์ในท้องฟ้ายามค่ำคืนยังคงนิ่งอยู่ แต่ลูกแอปเปิ้ลหล่นลงมา บางทีนักวิทยาศาสตร์อาจคิดว่ามีแรงบางอย่างกำลังกระทำบนดวงจันทร์ (ทำให้มันหมุนเข้า วงโคจร) ดังนั้นบนลูกแอปเปิ้ลทำให้มันตกลงสู่พื้น

ตามที่นักประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์บางคนกล่าวไว้ เรื่องราวทั้งหมดนี้เกี่ยวกับแอปเปิลเป็นเพียงนิยายที่สวยงาม ไม่ว่าแอปเปิลจะหล่นลงมาหรือไม่นั้นไม่สำคัญนัก สิ่งสำคัญคือ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบและสร้างกฎแรงโน้มถ่วงสากลขึ้นมาจริง ๆ ซึ่งปัจจุบันเป็นเสาหลักประการหนึ่งของทั้งฟิสิกส์และดาราศาสตร์

แน่นอนว่า ก่อนนิวตัน ผู้คนสังเกตเห็นทั้งสองสิ่งที่ตกลงสู่พื้นและดวงดาวบนท้องฟ้า แต่ต่อหน้าเขาพวกเขาเชื่อว่ามีแรงโน้มถ่วงอยู่สองประเภท: บนบก (ทำหน้าที่ภายในโลกโดยเฉพาะ ทำให้วัตถุตกลงมา) และบนท้องฟ้า ( ทำหน้าที่เกี่ยวกับดวงดาวและดวงจันทร์) นิวตันเป็นคนแรกที่รวมแรงโน้มถ่วงทั้งสองประเภทนี้ไว้ในหัวของเขา และเป็นคนแรกที่เข้าใจว่ามีแรงโน้มถ่วงเพียงอันเดียวเท่านั้น และการกระทำของมันสามารถอธิบายได้ด้วยกฎฟิสิกส์สากล

คำจำกัดความของกฎแรงโน้มถ่วงสากล

ตามกฎหมายนี้ วัตถุทั้งหมดจะดึงดูดซึ่งกันและกัน และแรงดึงดูดไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมีของร่างกาย ขึ้นอยู่กับว่าทุกอย่างจะง่ายขึ้นมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เฉพาะกับน้ำหนักของร่างกายและระยะห่างระหว่างพวกเขาเท่านั้น คุณต้องคำนึงถึงความจริงที่ว่าร่างกายทั้งหมดบนโลกได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลกซึ่งเรียกว่าแรงโน้มถ่วง (จากภาษาละตินคำว่า "gravitas" แปลว่าความหนักเบา)

ตอนนี้ให้เราพยายามกำหนดและเขียนกฎแรงโน้มถ่วงสากลให้สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้: แรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีมวล m1 และ m2 และแยกจากกันด้วยระยะห่าง R เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลทั้งสองและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของ ระยะห่างระหว่างพวกเขา

สูตรกฎแรงโน้มถ่วงสากล

ด้านล่างนี้เราขอนำเสนอสูตรกฎแรงโน้มถ่วงสากลให้คุณทราบ

G ในสูตรนี้คือค่าคงที่ความโน้มถ่วง เท่ากับ 6.67408(31) 10 −11 ซึ่งเป็นขนาดของผลกระทบของแรงโน้มถ่วงของโลกที่มีต่อวัตถุใดๆ ก็ตาม

กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากลและความไร้น้ำหนักของร่างกาย

กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลที่ค้นพบโดยนิวตันตลอดจนเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่มาพร้อมกันนั้นได้ก่อให้เกิดพื้นฐานของกลศาสตร์ท้องฟ้าและดาราศาสตร์เนื่องจากด้วยความช่วยเหลือจึงเป็นไปได้ที่จะอธิบายธรรมชาติของการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าตลอดจนปรากฏการณ์ ของความไร้น้ำหนัก เมื่ออยู่ในอวกาศในระยะที่ห่างจากแรงดึงดูดและแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่เช่นดาวเคราะห์วัตถุวัตถุใด ๆ (เช่นยานอวกาศที่มีนักบินอวกาศอยู่บนเรือ) จะพบว่าตัวเองอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักเนื่องจากแรง ของอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของโลก (G ในสูตรกฎแรงโน้มถ่วง) หรือดาวเคราะห์ดวงอื่นจะไม่มีอิทธิพลต่อมันอีกต่อไป

กฎแรงโน้มถ่วงสากล วีดีโอ

และโดยสรุปเป็นวิดีโอแนะนำเกี่ยวกับการค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงสากล