Gravitatsiya koinotdagi eng kuchli kuch bo'lib, koinotning to'rtta asosiy printsiplaridan biri bo'lib, uning tuzilishini belgilaydi. Bir paytlar uning sharofati bilan sayyoralar, yulduzlar va butun galaktikalar paydo bo'lgan. Bugungi kunda u Quyosh atrofidagi cheksiz sayohatida Yerni orbitada ushlab turadi.
O'ziga jalb qilish insonning kundalik hayoti uchun ham katta ahamiyatga ega. Ana shu ko‘zga ko‘rinmas kuch tufayli dunyomiz okeanlari pulsatsiyalanadi, daryolar oqadi, yomg‘ir tomchilari yerga tushadi. Bolaligimizdan boshlab biz tanamiz va atrofdagi narsalarning og'irligini his qilamiz. Gravitatsiyaning iqtisodiy faoliyatimizga ta'siri ham juda katta.
Birinchi tortishish nazariyasi 17-asr oxirida Isaak Nyuton tomonidan yaratilgan. Uning Umumjahon tortishish qonuni klassik mexanika doirasidagi bu o'zaro ta'sirni tasvirlaydi. Bu hodisa Eynshteyn tomonidan o'tgan asrning boshlarida nashr etilgan umumiy nisbiylik nazariyasida kengroq tasvirlangan. Elementar zarralar darajasida tortishish kuchi bilan sodir bo'ladigan jarayonlar tortishishning kvant nazariyasi bilan izohlanishi kerak, ammo u hali yaratilmagan.
Biz bugungi kunda tortishish tabiati haqida Nyuton davridagidan ko'ra ko'proq bilamiz, lekin ko'p asrlik o'rganishga qaramay, u hali ham zamonaviy fizika uchun haqiqiy to'siq bo'lib qolmoqda. Mavjud tortishish nazariyasida juda ko'p bo'sh joylar mavjud va biz hali ham uni nima hosil qilishini va bu o'zaro ta'sir qanday uzatilishini aniq tushunmayapmiz. Va, albatta, biz tortishish kuchini nazorat qila olishdan juda uzoqmiz, shuning uchun antigravitatsiya yoki levitatsiya uzoq vaqt davomida faqat ilmiy-fantastik romanlar sahifalarida mavjud bo'ladi.
Nyutonning boshiga nima tushdi?
Odamlar har doim ob'ektlarni er yuziga tortadigan kuchning tabiati haqida o'ylashgan, ammo faqat 17-asrda Isaak Nyuton sir pardasini ko'tarishga muvaffaq bo'lgan. Uning ochilishiga samoviy jismlarning harakatlarini o'rgangan ajoyib olimlar Kepler va Galileyning ishlari asos bo'ldi.
Nyutonning "Umumjahon tortishish qonuni" dan bir yarim asr oldin ham, polshalik astronom Kopernik jalb qilish "... koinotning otasi barcha zarralarni in'om etgan, ya'ni bitta umumiy yaxlitlikka birlashish istagidan boshqa narsa emas", deb hisoblagan. sharsimon jismlarni hosil qiladi”. Dekart jozibadorlikni dunyo efiridagi buzilishlar oqibati deb hisobladi. Yunon faylasufi va olimi Aristotel massaning jismlarning tushish tezligiga ta'sir qilishiga amin edi. Va faqat 16-asrning oxirida Galileo Galiley bu to'g'ri emasligini isbotladi: agar havo qarshiligi bo'lmasa, barcha jismlar bir xil tezlashadi.
Bosh va olma haqidagi mashhur afsonadan farqli o'laroq, Nyuton tortishish tabiatini tushunish uchun yigirma yildan ko'proq vaqt talab qildi. Uning tortishish qonuni barcha davrlarning eng muhim ilmiy kashfiyotlaridan biridir. U universal bo'lib, samoviy jismlarning traektoriyalarini hisoblash va atrofimizdagi jismlarning xatti-harakatlarini to'g'ri tasvirlash imkonini beradi. Klassik tortishish nazariyasi samoviy mexanika asoslarini yaratdi. Nyutonning uchta qonuni olimlarga tom ma'noda "qalam uchida" yangi sayyoralarni kashf qilish imkoniyatini berdi; oxir-oqibat, ular tufayli inson Yerning tortishish kuchini engib, koinotga ucha oldi. Ular olamning moddiy birligi haqidagi falsafiy kontseptsiyaga qat'iy ilmiy asos keltirdilar, unda barcha tabiat hodisalari o'zaro bog'liq va umumiy jismoniy qoidalar bilan boshqariladi.
Nyuton nafaqat jismlarni bir-biriga tortadigan kuchni hisoblash imkonini beruvchi formulani nashr etdi, balki matematik tahlilni ham o'z ichiga olgan to'liq modelni yaratdi. Ushbu nazariy xulosalar amaliyotda, jumladan, eng zamonaviy usullardan foydalangan holda qayta-qayta tasdiqlangan.
Nyuton nazariyasida har qanday moddiy ob'ekt tortishish deb ataladigan jozibali maydon hosil qiladi. Bundan tashqari, kuch ikkala jismning massasiga proportsional va ular orasidagi masofaga teskari proportsionaldir:
F = (G m1 m2)/r2
G - tortishish doimiysi, u 6,67 × 10−11 m³/(kg s²) ga teng. Genri Kavendish birinchi bo'lib 1798 yilda hisoblab chiqdi.
Kundalik hayotda va amaliy fanlarda erning jismni tortadigan kuchi uning og'irligi deb aytiladi. Olamdagi har qanday ikkita moddiy jism o'rtasidagi tortishish oddiy so'z bilan aytganda, tortishishdir.
Og'irlik kuchi fizikaning to'rtta asosiy o'zaro ta'siridan eng zaifidir, ammo uning xususiyatlari tufayli u yulduz tizimlari va galaktikalar harakatini tartibga solishga qodir:
- Joziba har qanday masofada ishlaydi, bu tortishish va kuchli va zaif yadroviy o'zaro ta'sirlar o'rtasidagi asosiy farq. Masofa oshgani sayin uning ta'siri kamayadi, lekin u hech qachon nolga teng bo'lmaydi, shuning uchun hatto galaktikaning turli uchlarida joylashgan ikkita atom ham o'zaro ta'sir qiladi, deb aytishimiz mumkin. Bu juda kichik;
- Gravitatsiya universaldir. Jozibadorlik maydoni har qanday moddiy jismga xosdir. Olimlar hali sayyoramizda yoki kosmosda bunday turdagi o'zaro ta'sirda ishtirok etmaydigan ob'ektni kashf qilishmagan, shuning uchun koinot hayotida tortishishning roli juda katta. Bu tortishish kuchini elektromagnit o'zaro ta'sirdan ajratib turadi, uning kosmik jarayonlarga ta'siri minimaldir, chunki tabiatda ko'pchilik jismlar elektr neytraldir. Gravitatsion kuchlarni cheklash yoki himoya qilish mumkin emas;
- Gravitatsiya nafaqat materiyaga, balki energiyaga ham ta'sir qiladi. Uning uchun ob'ektlarning kimyoviy tarkibi muhim emas, faqat ularning massasi muhimdir.
Nyuton formulasidan foydalanib, tortishish kuchini osongina hisoblash mumkin. Misol uchun, Oydagi tortishish Yerdagidan bir necha baravar kam, chunki bizning sun'iy yo'ldoshimiz nisbatan kichik massaga ega. Ammo buning uchun Jahon okeanida muntazam to'lqinlar va oqimlarni shakllantirish kifoya. Yerda tortishish tezlashuvi taxminan 9,81 m/s2 ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, qutblarda u ekvatorga qaraganda bir oz kattaroqdir.
Ilm-fanning keyingi rivojlanishi uchun juda katta ahamiyatga ega bo'lishiga qaramay, Nyuton qonunlari tadqiqotchilarni hayratda qoldiradigan bir qator zaif tomonlarga ega edi. Og'irlik kuchi juda katta masofalarda va tushunarsiz tezlikda mutlaqo bo'sh kosmosda qanday harakat qilishi aniq emas edi. Bundan tashqari, asta-sekin Nyuton qonunlariga zid bo'lgan ma'lumotlar to'plana boshladi: masalan, tortishish paradoksi yoki Merkuriy perigeliyasining siljishi. Umumjahon tortishish nazariyasi takomillashtirishni talab qilishi ma'lum bo'ldi. Bu sharaf nemis fizigi Albert Eynshteynga nasib etdi.
Jozibadorlik va nisbiylik nazariyasi
Nyutonning tortishish tabiatini muhokama qilishdan bosh tortishi ("Men hech qanday faraz o'ylamayman") uning kontseptsiyasining aniq zaifligi edi. Keyingi yillarda tortishishning ko'plab nazariyalari paydo bo'lganligi ajablanarli emas.
Ularning aksariyati gidrodinamik deb ataladigan modellarga tegishli bo'lib, ular moddiy jismlarning ma'lum xususiyatlarga ega bo'lgan ba'zi bir oraliq moddalar bilan mexanik o'zaro ta'sirida tortishishning paydo bo'lishini asoslashga harakat qildilar. Tadqiqotchilar buni boshqacha nomladilar: "vakuum", "efir", "graviton oqimi" va boshqalar. Bu holda, jismlar orasidagi tortishish kuchi ushbu moddaning o'zgarishi natijasida, u ob'ektlar yoki ekranlangan oqimlar tomonidan so'rilganida paydo bo'lgan. Aslida, bunday nazariyalarning barchasi bitta jiddiy kamchilikka ega edi: tortishish kuchining masofaga bog'liqligini aniq bashorat qilish, ular "efir" yoki "graviton oqimi" ga nisbatan harakatlanadigan jismlarning sekinlashishiga olib kelishi kerak edi.
Eynshteyn bu masalaga boshqa tomondan yondashdi. Uning umumiy nisbiylik nazariyasida (GTR) tortishish kuchlarning o'zaro ta'siri sifatida emas, balki fazo-vaqtning o'ziga xos xususiyati sifatida qaraladi. Massaga ega bo'lgan har qanday ob'ekt uning egilishiga olib keladi, bu esa diqqatni jalb qiladi. Bunday holda, tortishish Evklid bo'lmagan geometriya doirasida ko'rib chiqiladigan geometrik effektdir.
Oddiy qilib aytganda, fazo-vaqt uzluksizligi materiyaga ta'sir qiladi va uning harakatiga sabab bo'ladi. Va u, o'z navbatida, kosmosga ta'sir qiladi, unga qanday egilish kerakligini "aytadi".
Jozibador kuchlar mikrokosmosda ham harakat qiladi, ammo elementar zarralar darajasida ularning elektrostatik o'zaro ta'siriga nisbatan ta'siri ahamiyatsiz. Fiziklarning fikricha, tortishish kuchining o'zaro ta'siri Katta portlashdan keyingi dastlabki daqiqalarda (10 -43 soniya) boshqalardan kam bo'lmagan.
Hozirgi vaqtda umumiy nisbiylik nazariyasida taklif qilingan tortishish tushunchasi ko'pchilik ilmiy jamoatchilik tomonidan qabul qilingan va ko'plab tajribalar natijalari bilan tasdiqlangan asosiy ishchi farazdir.
Eynshteyn o'z ishida tortishish kuchlarining ajoyib ta'sirini oldindan ko'rgan, ularning aksariyati allaqachon tasdiqlangan. Masalan, massiv jismlarning yorug'lik nurlarini egish va hatto vaqt oqimini sekinlashtirish qobiliyati. GLONASS va GPS kabi global sun'iy yo'ldosh navigatsiya tizimlarini ishlatishda oxirgi hodisani hisobga olish kerak, aks holda bir necha kundan keyin ularning xatosi o'nlab kilometrlarni tashkil qiladi.
Bundan tashqari, Eynshteyn nazariyasining oqibati tortishishning nozik ta'siri, masalan, gravimagnit maydon va inertial sanoq sistemalarining tortishishlari (shuningdek, Lens-Tirring effekti deb ham ataladi). Gravitatsiyaning bu ko'rinishlari shunchalik zaifki, ularni uzoq vaqt davomida aniqlab bo'lmaydi. Faqatgina 2005 yilda NASAning Gravity Probe B noyob missiyasi tufayli Lens-Thirring effekti tasdiqlandi.
Gravitatsion nurlanish yoki so'nggi yillarning eng fundamental kashfiyoti
Gravitatsion to'lqinlar - bu yorug'lik tezligida harakatlanadigan geometrik fazo-vaqt strukturasining tebranishlari. Ushbu hodisaning mavjudligini Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasida ham bashorat qilgan, ammo tortishish kuchining zaifligi tufayli uning kattaligi juda kichik, shuning uchun uni uzoq vaqt davomida aniqlab bo'lmaydi. Faqat bilvosita dalillar radiatsiya mavjudligini tasdiqladi.
Shunga o'xshash to'lqinlar assimetrik tezlanish bilan harakatlanadigan har qanday moddiy ob'ektlar tomonidan hosil bo'ladi. Olimlar ularni "vaqt-fazodagi to'lqinlar" deb ta'riflaydilar. Bunday nurlanishning eng kuchli manbalari to'qnashuvchi galaktikalar va ikkita ob'ektdan tashkil topgan qulab tushadigan tizimlardir. Qora tuynuklar yoki neytron yulduzlarining birlashishi oxirgi holatning odatiy misolidir. Bunday jarayonlarda gravitatsion nurlanish tizimning umumiy massasining 50% dan ko'prog'ini o'tkazishi mumkin.
Gravitatsion to'lqinlar birinchi marta 2015 yilda ikkita LIGO observatoriyasi tomonidan kashf etilgan. Deyarli darhol bu voqea so'nggi o'n yilliklardagi fizikadagi eng katta kashfiyot maqomini oldi. 2017 yilda u Nobel mukofoti bilan taqdirlangan. Shundan so'ng, olimlar gravitatsiyaviy nurlanishni yana bir necha bor aniqlashga muvaffaq bo'lishdi.
O'tgan asrning 70-yillarida - eksperimental tasdiqlashdan ancha oldin - olimlar uzoq masofali aloqa uchun tortishish nurlanishidan foydalanishni taklif qilishdi. Uning shubhasiz afzalligi har qanday moddadan so'rilmasdan o'tishning yuqori qobiliyatidir. Ammo hozirda buning iloji yo'q, chunki bu to'lqinlarni yaratish va qabul qilishda juda katta qiyinchiliklar mavjud. Va biz hali ham tortishish tabiati haqida etarli darajada haqiqiy bilimga ega emasmiz.
Bugungi kunda dunyoning turli mamlakatlarida LIGO’ga o‘xshash bir nechta qurilmalar ishlamoqda va yangilari qurilmoqda. Yaqin kelajakda biz gravitatsiyaviy nurlanish haqida ko'proq bilib olamiz.
Umumjahon tortishishning muqobil nazariyalari va ularning yaratilish sabablari
Hozirgi vaqtda tortishishning asosiy tushunchasi umumiy nisbiylikdir. Eksperimental ma'lumotlar va kuzatishlarning barcha mavjud to'plami unga mos keladi. Shu bilan birga, u juda ko'p aniq zaif tomonlarga va bahsli masalalarga ega, shuning uchun tortishish tabiatini tushuntiruvchi yangi modellarni yaratishga urinishlar to'xtamaydi.
Bugungi kunga qadar ishlab chiqilgan universal tortishishning barcha nazariyalarini bir nechta asosiy guruhlarga bo'lish mumkin:
- standart;
- muqobil;
- kvant;
- yagona maydon nazariyasi.
Umumjahon tortishishning yangi kontseptsiyasini yaratishga urinishlar 19-asrda boshlangan. Turli mualliflar unga efir yoki yorug'likning korpuskulyar nazariyasini kiritdilar. Ammo umumiy nisbiylik nazariyasining paydo bo'lishi bu tadqiqotlarga chek qo'ydi. U nashr etilgandan so'ng, olimlarning maqsadi o'zgardi - endi ularning sa'y-harakatlari Eynshteyn modelini, shu jumladan undagi yangi tabiiy hodisalarni: zarralarning aylanishi, koinotning kengayishi va boshqalarni takomillashtirishga qaratilgan edi.
1980-yillarning boshlariga kelib, fiziklar umumiy nisbiylik nazariyasini ajralmas qism sifatida o'z ichiga olgan tushunchalardan tashqari barcha tushunchalarni eksperimental ravishda rad etishdi. Bu vaqtda juda istiqbolli ko'rinadigan "torli nazariyalar" modaga kirdi. Ammo bu farazlar hech qachon eksperimental ravishda tasdiqlanmagan. So'nggi o'n yilliklarda fan sezilarli cho'qqilarni zabt etdi va juda ko'p empirik ma'lumotlarni to'pladi. Bugungi kunda tortishishning muqobil nazariyalarini yaratishga urinishlar asosan "qorong'u materiya", "inflyatsiya", "qorong'u energiya" kabi tushunchalar bilan bog'liq kosmologik tadqiqotlardan ilhomlangan.
Zamonaviy fizikaning asosiy vazifalaridan biri ikkita asosiy yo'nalishni birlashtirishdir: kvant nazariyasi va umumiy nisbiylik. Olimlar jozibadorlikni boshqa turdagi o'zaro ta'sirlar bilan bog'lashga harakat qilmoqdalar va shu bilan "hamma narsa nazariyasini" yaratadilar. Kvant tortishish aynan shunday qiladi - gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirlarning kvant tavsifini berishga harakat qiladigan fizikaning bir bo'limi. Ushbu yo'nalishning bir tarmog'i pastadir tortishish nazariyasidir.
Faol va ko'p yillik sa'y-harakatlarga qaramay, bu maqsadga hali erishilgani yo'q. Va bu muammoning murakkabligi ham emas: shunchaki kvant nazariyasi va umumiy nisbiylik mutlaqo boshqa paradigmalarga asoslangan. Kvant mexanikasi oddiy fazo-vaqt fonida ishlaydigan fizik tizimlar bilan shug'ullanadi. Nisbiylik nazariyasida esa fazo-vaqtning o'zi unda joylashgan klassik tizimlarning parametrlariga qarab dinamik komponent hisoblanadi.
Umumjahon tortishish haqidagi ilmiy farazlar bilan bir qatorda zamonaviy fizikadan juda uzoq bo'lgan nazariyalar ham mavjud. Afsuski, so'nggi yillarda bunday "opuslar" shunchaki Internet va kitob do'konlari javonlarini to'ldirdi. Bunday asarlarning ba'zi mualliflari odatda o'quvchiga tortishish mavjud emasligini va Nyuton va Eynshteyn qonunlari uydirma va yolg'on ekanligini aytadilar.
Bunga Nyuton universal tortishish qonunini kashf qilmagan, quyosh tizimida faqat sayyoralar va sun'iy yo'ldoshimiz Oy tortishish kuchiga ega, deb ta'kidlagan "olim" Nikolay Levashovning asarlari bunga misoldir. Bu "rus olimi" juda g'alati dalillar keltiradi. Ulardan biri 2000 yilda amalga oshirilgan Eros asteroidiga Amerika NEAR Shoemaker zondining parvozidir. Levashov zond va samoviy jism o'rtasidagi tortishishning yo'qligi Nyuton asarlarining yolg'onligi va fiziklarning tortishish haqidagi haqiqatni odamlardan yashirgan fitnasining isboti deb hisoblaydi.
Darhaqiqat, kosmik kema o'z missiyasini muvaffaqiyatli yakunladi: dastlab u asteroid orbitasiga chiqdi, keyin esa uning yuzasiga yumshoq qo'nishni amalga oshirdi.
Sun'iy tortishish va u nima uchun kerak
Gravitatsiya bilan bog'liq ikkita tushuncha mavjud bo'lib, ular hozirgi nazariy holatiga qaramay, keng jamoatchilikka yaxshi ma'lum. Bular antigravitatsiya va sun'iy tortishish.
Antigravitatsiya - bu tortishish kuchiga qarshi turish jarayoni bo'lib, uni sezilarli darajada kamaytirishi yoki hatto uni itarish bilan almashtirishi mumkin. Bunday texnologiyani o'zlashtirish transport, aviatsiya, kosmik tadqiqotlarda haqiqiy inqilobga olib keladi va butun hayotimizni tubdan o'zgartiradi. Ammo hozirgi vaqtda antigravitatsiya ehtimoli hatto nazariy jihatdan tasdiqlanmagan. Bundan tashqari, umumiy nisbiylik nazariyasiga asoslanib, bunday hodisani umuman amalga oshirish mumkin emas, chunki bizning koinotimizda salbiy massa bo'lishi mumkin emas. Kelajakda biz tortishish haqida ko'proq ma'lumotga ega bo'lishimiz va shu printsip asosida samolyot yasashni o'rganishimiz mumkin.
Sun'iy tortishish - bu mavjud tortishish kuchining inson tomonidan yaratilgan o'zgarishi. Bugungi kunda biz bunday texnologiyaga muhtoj emasmiz, lekin uzoq muddatli kosmik sayohat boshlangandan keyin vaziyat, albatta, o'zgaradi. Va nuqta bizning fiziologiyamizda. Millionlab yillik evolyutsiya davomida Yerning doimiy tortishish kuchiga "odatlanib qolgan" inson tanasi tortishishning pasayishi ta'sirini juda salbiy qabul qiladi. Oyning tortishish kuchi sharoitida ham (Yernikidan olti baravar zaif) uzoq vaqt qolish dahshatli oqibatlarga olib kelishi mumkin. Jozibadorlik illyuziyasi boshqa jismoniy kuchlar, masalan, inertsiya yordamida yaratilishi mumkin. Biroq, bunday variantlar murakkab va qimmat. Hozirgi vaqtda sun'iy tortishish hatto nazariy asosga ham ega emas, uning mumkin bo'lgan amaliy amalga oshirilishi juda uzoq kelajak masalasi ekanligi aniq.
Gravitatsiya maktabdan beri hammaga ma'lum bo'lgan tushunchadir. Olimlar bu hodisani chuqur o'rganishlari kerak edi! Ammo tortishish kuchi zamonaviy fan uchun eng chuqur sir bo'lib qolmoqda. Va buni insoniyat bilimlari bizning ulkan va ajoyib dunyomiz haqida qanchalik cheklanganligiga ajoyib misol deb atash mumkin.
Agar sizda biron bir savol bo'lsa, ularni maqola ostidagi sharhlarda qoldiring. Biz yoki bizning tashrif buyuruvchilarimiz ularga javob berishdan mamnun bo'lamiz
Tabiatda jismlarning o'zaro ta'sirini tavsiflovchi turli xil kuchlar mavjud. Keling, mexanikada yuzaga keladigan kuchlarni ko'rib chiqaylik.
Gravitatsion kuchlar. Ehtimol, inson borligini anglagan birinchi kuch bu Yerdan jismlarga ta'sir qiluvchi tortishish kuchi edi.
Odamlar tortishish kuchi har qanday jismlar orasida harakat qilishini tushunishlari uchun ko'p asrlar kerak bo'ldi. Odamlar tortishish kuchi har qanday jismlar orasida harakat qilishini tushunishlari uchun ko'p asrlar kerak bo'ldi. Bu haqiqatni birinchi bo'lib ingliz fizigi Nyuton tushundi. Sayyoralar harakatini tartibga soluvchi qonunlarni (Kepler qonunlari) tahlil qilib, u shunday xulosaga keldiki, sayyoralar harakatining kuzatilgan qonunlari ular o'rtasida ularning massalariga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va teskari proportsional jozibador kuch mavjud bo'lgandagina amalga oshirilishi mumkin. ular orasidagi masofaning kvadrati.
Nyuton tomonidan tuzilgan universal tortishish qonuni. Har qanday ikkita jism bir-birini tortadi. Nuqta jismlari orasidagi tortishish kuchi ularni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan bo'lib, ikkalasining massalariga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir:
Bunda nuqta jismlar deganda o'lchamlari ular orasidagi masofadan ko'p marta kichik bo'lgan jismlar tushuniladi.
Umumjahon tortishish kuchlari tortishish kuchlari deb ataladi. G mutanosiblik koeffitsienti tortishish doimiysi deb ataladi. Uning qiymati eksperimental tarzda aniqlandi: G = 6,7 10¯¹¹ N m² / kg².
Gravitatsiya Yer yuzasiga yaqin ta'sir qilish uning markaziga to'g'ri keladi va quyidagi formula bilan hisoblanadi:
Bu erda g - tortishish tezlashishi (g = 9,8 m / s²).
Gravitatsiyaning tirik tabiatdagi roli juda katta, chunki tirik mavjudotlarning hajmi, shakli va nisbati ko'p jihatdan uning kattaligiga bog'liq.
Tana vazni. Gorizontal tekislikka (qo'llab-quvvatlash) qandaydir yuk qo'yilganda nima sodir bo'lishini ko'rib chiqaylik. Yuk tushirilgandan keyingi birinchi daqiqada u tortishish kuchi ta'sirida pastga qarab harakatlana boshlaydi (8-rasm).
Samolyot egilib, yuqoriga yo'naltirilgan elastik kuch (qo'llab-quvvatlash reaktsiyasi) paydo bo'ladi. Elastik kuch (Fu) tortishish kuchini muvozanatlashtirgandan so'ng, tananing tushishi va tayanchning egilishi to'xtaydi.
Qo'llab-quvvatlashning egilishi tananing ta'siri ostida paydo bo'lgan, shuning uchun tananing og'irligi deb ataladigan tananing yonidan ma'lum bir kuch (P) ta'sir qiladi (8-rasm, b). Nyutonning uchinchi qonuniga ko'ra, jismning og'irligi kattaligi bo'yicha yerning reaktsiya kuchiga teng va teskari yo'nalishda yo'naltiriladi.
P = - Fu = Fheavy.
Tana vazni jismning unga nisbatan harakatsiz bo'lgan gorizontal tayanchga ta'sir qiladigan P kuchi deyiladi.
Tayanchga tortish kuchi (og'irlik) qo'llanilganligi sababli u deformatsiyalanadi va elastikligi tufayli tortishish kuchiga qarshi turadi. Bu holda tayanch tomonidan ishlab chiqilgan kuchlar qo'llab-quvvatlovchi reaktsiya kuchlari deb ataladi va qarshi harakatning rivojlanish hodisasi qo'llab-quvvatlash reaktsiyasi deb ataladi. Nyutonning uchinchi qonuniga ko'ra, qo'llab-quvvatlovchi reaktsiya kuchi kattaligi bo'yicha tananing tortishish kuchiga teng va yo'nalishi bo'yicha qarama-qarshidir.
Agar tayanch ustidagi odam tanasining tayanchdan yo'naltirilgan qismlarining tezlashishi bilan harakat qilsa, unda tayanchning reaktsiya kuchi ma miqdoriga ortadi, bu erda m - odamning massasi va tezlashuvi uning tanasining qismlari harakatlanadi. Ushbu dinamik effektlarni deformatsiya o'lchagichlar (dinamogrammalar) yordamida qayd etish mumkin.
Og'irlikni tana vazni bilan aralashtirib yubormaslik kerak. Jismning massasi uning inert xususiyatlarini xarakterlaydi va na tortishish kuchiga, na uning harakatlanadigan tezlashishiga bog'liq emas.
Jismning og'irligi uning tayanchga ta'sir qiladigan kuchini tavsiflaydi va tortishish kuchiga ham, harakatning tezlashishiga ham bog'liq.
Masalan, Oyda jismning og'irligi Yerdagi jismning og'irligidan taxminan 6 baravar kam.Ikkala holatda ham massa bir xil bo'lib, tanadagi moddalar miqdori bilan belgilanadi.
Kundalik hayotda, texnologiyada va sportda og'irlik ko'pincha nyutonlarda (N) emas, balki kilogramm kuchida (kgf) ko'rsatiladi. Bir birlikdan ikkinchisiga o'tish quyidagi formula bo'yicha amalga oshiriladi: 1 kgf = 9,8 N.
Qo'llab-quvvatlash va tana harakatsiz bo'lsa, u holda tananing massasi bu tananing tortishish kuchiga teng bo'ladi. Qo'llab-quvvatlash va tana biroz tezlanish bilan harakat qilganda, uning yo'nalishiga qarab, tana vaznsizlik yoki ortiqcha yukni boshdan kechirishi mumkin. Tezlashuv yo'nalishi bo'yicha mos kelganda va tortishish tezlashishiga teng bo'lsa, tananing og'irligi nolga teng bo'ladi, shuning uchun vaznsizlik holati paydo bo'ladi (ISS, pastga tushganda yuqori tezlikda harakatlanuvchi lift). Qo'llab-quvvatlash harakatining tezlashishi erkin tushish tezlashishiga qarama-qarshi bo'lsa, odam ortiqcha yukni boshdan kechiradi (Yer yuzasidan boshqariladigan kosmik kemaning uchirilishi, yuqoriga ko'tarilgan tezyurar lift).
Gravitatsiya, shuningdek, tortishish yoki tortishish sifatida ham tanilgan, koinotdagi barcha jismlar va jismlar ega bo'lgan materiyaning universal xususiyatidir. Gravitatsiyaning mohiyati shundan iboratki, barcha moddiy jismlar o'z atrofidagi barcha boshqa jismlarni o'ziga tortadi.
Yerning tortishish kuchi
Agar tortishish olamdagi barcha jismlarga ega bo'lgan umumiy tushuncha va sifat bo'lsa, tortishish bu keng qamrovli hodisaning alohida holatidir. Er o'zida joylashgan barcha moddiy narsalarni o'ziga tortadi. Buning yordamida odamlar va hayvonlar er yuzida xavfsiz harakatlana oladilar, daryolar, dengizlar va okeanlar ularning qirg'oqlarida qolishi mumkin, havo esa koinotning ulkan kengliklarida ucha olmaydi, balki sayyoramiz atmosferasini hosil qiladi.
Adolatli savol tug'iladi: agar barcha jismlar tortishish kuchiga ega bo'lsa, nima uchun Yer odamlar va hayvonlarni o'ziga tortadi, aksincha emas? Birinchidan, biz Yerni ham o'zimizga jalb qilamiz, shunchaki uning tortishish kuchi bilan solishtirganda bizning tortishishimiz ahamiyatsiz. Ikkinchidan, tortishish kuchi to'g'ridan-to'g'ri tananing massasiga bog'liq: tananing massasi qanchalik kichik bo'lsa, uning tortishish kuchlari shunchalik past bo'ladi.
Jozibadorlik kuchi bog'liq bo'lgan ikkinchi ko'rsatkich - bu jismlar orasidagi masofa: masofa qanchalik katta bo'lsa, tortishish ta'siri shunchalik kam bo'ladi. Bundan tashqari, sayyoralar o'z orbitalarida harakat qiladilar va bir-birining ustiga tushmaydilar.
Shunisi e'tiborga loyiqki, Yer, Oy, Quyosh va boshqa sayyoralar sferik shaklga ega bo'lishlari uchun tortishish kuchiga qarzdor. U markaz yo'nalishi bo'yicha harakat qiladi, sayyoraning "tanasi" ni tashkil etuvchi moddani o'ziga tortadi.
Yerning tortishish maydoni
Yerning tortishish maydoni - bu ikki kuchning ta'siri tufayli sayyoramiz atrofida hosil bo'lgan kuch-energiya maydoni:
- tortishish;
- markazdan qochma kuch, uning ko'rinishi Yerning o'z o'qi atrofida aylanishiga bog'liq (kunlik aylanish).
Og'irlik va markazdan qochma kuch doimiy ravishda harakat qilganligi sababli, tortishish maydoni doimiy hodisadir.
Maydonga Quyosh, Oy va boshqa ba'zi samoviy jismlarning tortishish kuchlari, shuningdek, Yerning atmosfera massalari biroz ta'sir qiladi.
Umumjahon tortishish qonuni va ser Isaak Nyuton
Ingliz fizigi ser Isaak Nyuton, mashhur afsonaga ko'ra, bir kuni kunduzi bog'da sayr qilib, osmonda Oyni ko'rdi. Shu payt shoxdan olma tushib ketdi. Nyuton o'sha paytda harakat qonunini o'rganayotgan edi va olma tortishish maydoni ta'siriga tushishini va Oy Yer atrofida orbitada aylanishini bilardi.
Va keyin aql-idrok bilan yoritilgan ajoyib olim, ehtimol, Oy o'z orbitasida bo'lgan bir xil kuchga bo'ysunib, galaktika bo'ylab tasodifiy shoshilmasdan, erga tushishi mumkin degan fikrga keldi. Nyutonning uchinchi qonuni deb ham ataladigan universal tortishish qonuni shu tarzda kashf etilgan.
Matematik formulalar tilida bu qonun quyidagicha ko'rinadi:
F=GMm/D 2 ,
Qayerda F- ikki jism orasidagi o'zaro tortishish kuchi;
M- birinchi jismning massasi;
m- ikkinchi tananing massasi;
D 2- ikki jism orasidagi masofa;
G- tortishish doimiysi 6,67x10 -11 ga teng.
Birinchidan, Yerni harakatsiz to'p sifatida tasavvur qilaylik (3.1-rasm, a). Yer (M massasi) va jism (m) orasidagi tortishish kuchi F quyidagi formula bilan aniqlanadi: F=Gmm/r 2
bu erda r - Yerning radiusi. G doimiysi deb nomlanadi universal tortishish doimiysi va juda kichik. r doimiy bo'lsa, F kuchi const. m. Massasi m bo'lgan jismning Yer tomonidan tortilishi bu jismning og'irligini aniqlaydi: W = mg tenglamalarni taqqoslash shuni beradi: g = const = GM/r 2.
Massasi m boʻlgan jismning Yer tomonidan tortilishi uning g tezlanishi bilan “pastga” tushishiga olib keladi, bu A, B, C nuqtalarida va yer yuzasining hamma joyida doimiy boʻladi (3.1,6-rasm).
Erkin tana kuchlari diagrammasi shuningdek, Yerga m massali jismdan ta'sir qiluvchi kuch mavjudligini ko'rsatadi, bu esa Yerdan jismga ta'sir qiluvchi kuchga qarama-qarshi yo'naltiriladi. Biroq, Yerning M massasi shunchalik kattaki, F = Ma formulasi bo'yicha hisoblangan Yerning "yuqoriga" a tezlanishi ahamiyatsiz va uni e'tiborsiz qoldirish mumkin. Yer sharsimon shakldan boshqa shaklga ega: qutbdagi radius r r ekvatordagi radiusdan kichik r e.Demak, massasi m bo‘lgan jismning qutbdagi tortishish kuchi F p =GMm/r 2 p. ekvatordagidan kattaroqdir F e = GMm/r e . Shuning uchun qutbdagi g p erkin tushish tezlanishi ekvatordagi g e erkin tushish tezlanishidan kattaroqdir. Tezlanish g kenglik bilan Yer radiusining o'zgarishiga mos ravishda o'zgaradi.
Ma'lumki, Yer doimiy harakatda. U o'z o'qi atrofida aylanib, har kuni bir inqilob qiladi va Quyosh atrofida bir yillik aylanish bilan orbita bo'ylab harakatlanadi. Oddiylik uchun Yerni bir hil shar sifatida olib, A qutbda va C ekvatorida m massali jismlarning harakatini ko'rib chiqamiz (3.2-rasm). Bir sutkada A nuqtadagi jism 360° ga aylanib, joyida qoladi, C nuqtadagi tana esa 2l masofani bosib o‘tadi. C nuqtada joylashgan jismning aylana orbita bo'ylab harakatlanishi uchun qandaydir kuch kerak bo'ladi. Bu mv 2 / r formulasi bilan aniqlanadigan markazga qo'zg'atuvchi kuch bo'lib, bu erda v - tananing orbitadagi tezligi. C nuqtada joylashgan jismga ta'sir etuvchi tortishish kuchi F = GMm/r, bo'lishi kerak:
a) tananing aylana bo'ylab harakatlanishini ta'minlash;
b) tanani Yerga tortadi.
Shunday qilib, ekvatorda F = (mv 2 /r)+mg, qutbda esa F = mg. Demak, orbital radiusi C nuqtada r dan A nuqtada nolga o‘zgarganda g kenglik bilan o‘zgaradi.
Agar Yerning aylanish tezligi ekvatordagi jismga ta'sir etuvchi markazga tortish kuchi tortishish kuchiga teng bo'lib qolsa, nima sodir bo'lishini tasavvur qilish qiziq, ya'ni mv 2 /r = F = GMm/r. 2018-03-22 Umumiy tortishish kuchi faqat tanani aylana orbita bo'ylab C nuqtasida ushlab turish uchun ishlatiladi va Yer yuzasida hech qanday kuch qolmaydi. Yerning aylanish tezligining har qanday o'sishi tananing kosmosga "suzishi" imkonini beradi. Shu bilan birga, agar bortida kosmonavtlar bo‘lgan kosmik kema mv*/R=F = GMm/R 2 tengligi qanoatlantiriladigan v tezlikda Yer markazidan R balandlikka uchirilsa, bu kosmik kema vaznsizlik sharoitida Yer atrofida aylanish.
Gravitatsion tezlanishning aniq o'lchovlari g ning 3.1-jadvalda ko'rsatilganidek, kengliklarga qarab o'zgarishini ko'rsatadi. Bundan kelib chiqadiki, ma'lum bir jismning og'irligi Yer yuzasidan 90 ° kenglikdagi maksimaldan 0 ° kenglikdagi minimalgacha o'zgaradi.
Treningning bu darajasida g tezlashuvidagi kichik o'zgarishlar odatda e'tiborga olinmaydi va o'rtacha 9,81 m-s 2 qiymatidan foydalaniladi. Hisob-kitoblarni soddalashtirish uchun tezlashuv g ko'pincha eng yaqin butun son sifatida qabul qilinadi, ya'ni 10 m-s - 2 va shu tariqa Yerdan 1 kg og'irlikdagi jismga, ya'ni og'irligiga ta'sir qiluvchi tortishish kuchi 10 N sifatida qabul qilinadi. Ko'pgina imtihon komissiyalari taklif qiladi. imtihon oluvchilar uchun g=10 m-s - 2 yoki 10 N-kg -1 yordamida hisob-kitoblarni soddalashtirish.
Hech kimga sir emaski, butun dunyo tortishish qonunini buyuk ingliz olimi Isaak Nyuton kashf etgan, u afsonaga ko'ra, kechki bog'da sayr qilib, fizika muammolari haqida o'ylagan. O'sha paytda olma daraxtdan tushdi (bir versiyaga ko'ra, to'g'ridan-to'g'ri fizikning boshiga, boshqasiga ko'ra, u oddiygina yiqildi), bu keyinchalik Nyutonning mashhur olmasiga aylandi, chunki u olimni idrok etishga, evrikaga olib keldi. Nyutonning boshiga tushgan olma uni butunjahon tortishish qonunini ochishga ilhomlantirdi, chunki tungi osmondagi Oy harakatsiz qoldi, lekin olma tushib ketdi, ehtimol olim Oyga qandaydir kuch ta'sir qilmoqda (uning aylanishiga sabab bo'lgan) deb o'ylagan. orbita), shuning uchun olma ustida, uning erga tushishiga olib keladi.
Endi, ba'zi fan tarixchilarining fikriga ko'ra, olma haqidagi bu butun hikoya shunchaki go'zal fantastika. Darhaqiqat, olma yiqildimi yoki tushmadimi, unchalik muhim emas, muhimi shundaki, olim haqiqatan ham fizika va astronomiyaning asoslaridan biri bo'lgan butun dunyo tortishish qonunini kashf etgan va shakllantirgan.
Albatta, Nyutondan ancha oldin odamlar erga tushgan narsalarni ham, osmondagi yulduzlarni ham kuzatishgan, lekin undan oldin ular tortishishning ikki turi borligiga ishonishgan: yer (faqat Yer ichida harakat qilib, jismlarning qulashiga olib keladi) va samoviy (). yulduzlar va oyga ta'sir qilish). Nyuton birinchi bo'lib bu ikki tortishish turini o'z boshida birlashtirdi, birinchi bo'lib faqat bitta tortishish borligini va uning harakatini universal fizik qonun bilan tavsiflash mumkinligini tushundi.
Umumjahon tortishish qonunining ta'rifi
Bu qonunga ko'ra, barcha moddiy jismlar bir-birini tortadi va tortishish kuchi jismlarning fizik yoki kimyoviy xossalariga bog'liq emas. Bu, agar hamma narsa iloji boricha soddalashtirilgan bo'lsa, faqat jismlarning og'irligi va ular orasidagi masofaga bog'liq. Shuningdek, siz Yerdagi barcha jismlarga sayyoramizning tortishish kuchi deb ataladigan tortishish kuchi ta'sir qilishini qo'shimcha ravishda hisobga olishingiz kerak (lotincha "gravitas" so'zi og'irlik deb tarjima qilingan).
Keling, universal tortishish qonunini iloji boricha qisqacha shakllantirishga va yozishga harakat qilaylik: massalari m1 va m2 bo'lgan va R masofasi bilan ajratilgan ikkita jism o'rtasidagi tortishish kuchi ikkala massaga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va kvadratiga teskari proportsionaldir. ular orasidagi masofa.
Umumjahon tortishish qonuni formulasi
Quyida e'tiboringizga butun olam tortishish qonunining formulasini taqdim etamiz.
Ushbu formuladagi G - tortishish doimiysi, 6,67408(31) 10 −11 ga teng, bu bizning sayyoramizning tortishish kuchining har qanday moddiy ob'ektga ta'sirining kattaligi.
Umumjahon tortishish va jismlarning vaznsizlik qonuni
Nyuton tomonidan kashf etilgan universal tortishish qonuni, shuningdek, unga hamroh bo'lgan matematik apparatlar keyinchalik samoviy mexanika va astronomiyaning asosini tashkil etdi, chunki uning yordami bilan osmon jismlari harakatining tabiatini, shuningdek, hodisani tushuntirish mumkin. vaznsizlikdan. Kosmosda sayyora kabi katta jismning tortishish kuchi va tortishish kuchidan ancha uzoqda bo'lgan har qanday moddiy ob'ekt (masalan, bortida kosmonavtlar bo'lgan kosmik kema) o'zini vaznsizlik holatida topadi, chunki kuch Yerning tortishish ta'siri (tortishish qonuni formulasida G) yoki boshqa sayyora endi unga ta'sir qilmaydi.
Umumjahon tortishish qonuni, video
Xulosa qilib aytganda, universal tortishish qonunining kashfiyoti haqida ibratli video.
