Newton'un ikinci yasasının yorumuna dayanarak, hareketteki değişimin kuvvet yoluyla gerçekleştiği sonucuna varabiliriz. Mekanik, farklı fiziksel nitelikteki kuvvetleri dikkate alır. Birçoğu, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi kullanılarak belirlenir.

1862'de evrensel yerçekimi yasası I. Newton tarafından keşfedildi. Ay'ı tutan kuvvetlerin, bir elmanın Dünya'ya düşmesine neden olan kuvvetlerle aynı nitelikte olduğunu öne sürdü. Hipotezin anlamı, Şekil 1'de gösterildiği gibi, çizgi boyunca yönlendirilen ve kütle merkezlerini birbirine bağlayan çekim kuvvetlerinin etkisinin varlığıdır. on. 1. Küresel bir cismin, topun merkeziyle çakışan bir kütle merkezi vardır.

Resim çizme 1 . 10 . 1 . Cisimler arasındaki yerçekimi çekim kuvvetleri. F 1 → = - F 2 →.

tanım 1

Newton, gezegenlerin bilinen hareket yönleriyle onlara hangi kuvvetlerin etki ettiğini bulmaya çalıştı. Bu süreç denir mekaniğin ters problemi.

Mekaniğin ana görevi, cisme etki eden bilinen kuvvetleri ve verilen bir durumu (doğrudan problem) kullanarak herhangi bir andaki hızı ile kütlesi bilinen bir cismin koordinatlarını belirlemektir. Bilinen yönü ile cisme etki eden kuvvetlerin belirlenmesi ile tersi gerçekleştirilir. Bu tür görevler, bilim insanını evrensel yerçekimi yasasının tanımını keşfetmeye yönlendirdi.

Bütün cisimler, kütleleri ile doğru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı bir kuvvetle birbirlerine çekilirler.

F = G m 1 m 2 r 2.

G değeri, yerçekimi sabiti olarak adlandırılan ve G = 6, 67 · 10 - 11 N · m 2 / k g 2 (C And) formülüyle gösterilen doğadaki tüm cisimlerin orantı katsayısını belirler.

Doğadaki olayların çoğu, evrensel yerçekimi kuvvetinin eyleminin varlığı ile açıklanır. Gezegenlerin hareketi, Dünya'nın yapay uyduları, balistik füzelerin uçuş yolu, Dünya yüzeyine yakın cisimlerin hareketi - her şey yerçekimi ve dinamik yasası ile açıklanır.

tanım 3

Yerçekimi kuvvetinin tezahürü, varlığı ile karakterize edilir. Yerçekimi... Bu, cisimlerin Dünya'ya ve yüzeyine yakın olan çekim kuvvetinin adıdır.

M, Dünya'nın kütlesi olarak gösterildiğinde, R Z yarıçaptır, m cismin kütlesidir, o zaman yerçekimi formülü şu şekli alır:

F = G M R З 2 m = mg.

Burada g - yerçekimi ivmesi, g = G M R З 2'ye eşittir.

Yerçekimi kuvveti, Ay-Dünya örneğinde gösterildiği gibi, Dünya'nın merkezine doğru yönlendirilir. Diğer kuvvetlerin etkisinin yokluğunda, vücut serbest düşüşün hızlanmasıyla hareket eder. Ortalama değeri 9.81 m / s 2'dir. Bilinen bir G ve yarıçapı R 3 = 6, 38 · 106 m ile Dünya'nın kütlesi M şu formül kullanılarak hesaplanır:

M = g R 3 2 G = 5, 98 10 24 kg.

Cisim Dünya yüzeyinden uzaklaşırsa, yerçekimi kuvvetinin etkisi ve yerçekimi ivmesi, merkeze olan r mesafesinin karesiyle ters orantılı olarak değişir. Resim 1. on. Şekil 2, uzay aracı astronotuna etki eden yerçekimi kuvvetinin Dünya'dan uzaklaştıkça nasıl değiştiğini göstermektedir. Açıkçası, Dünya'ya olan çekiminin F'si 700 N'ye eşittir.

Resim çizme 1 . 10 . 2 . Astronot üzerinde Dünya'dan uzaklaştıkça yerçekimi kuvvetinin değişmesi.

örnek 1

Dünya-Ay, iki cisim sisteminin etkileşiminin bir örneği olarak uygundur.

Ay'a olan uzaklık r Л = 3, 84 · 106 m'dir.Dünya'nın yarıçapından 60 kat daha büyüktür R З.Bu nedenle, yerçekimi varlığında, Ay'ın yörüngesinin yerçekimi ivmesi α Л olacaktır. α Л = g R З r Л 2 = 9,81 m / s 2 60 2 = 0,0027 m / s 2.

Dünyanın merkezine doğru yönlendirilir ve merkezcil olarak adlandırılır. Hesaplama a L = υ 2 r L = 4 π 2 r L T 2 = 0, 0027 m / s 2 formülüne göre yapılır, burada T = 27, 3 gün Ay'ın Dünya etrafındaki dönüş süresidir. Farklı şekillerde yapılan sonuçlar ve hesaplamalar, Newton'un Ay'ı yörüngede tutan kuvvet ve yerçekimi kuvvetinin aynı nitelikte olduğu varsayımında haklı olduğunu göstermektedir.

Ayın, yüzeydeki g Л yerçekiminin ivmesini belirleyen kendi yerçekimi alanı vardır. Ay'ın kütlesi Dünya'nın kütlesinden 81 kat daha azdır ve yarıçapı 3.7 kattır. Dolayısıyla g Л ivmesinin şu ifadeden belirlenmesi gerektiği açıktır:

g L = G M L R L 2 = G M Z 3, 7 2 T 3 2 = 0, 17 g = 1, 66 m / s 2.

Bu zayıf yerçekimi, aydaki astronotlar için tipiktir. Bu nedenle, büyük sıçramalar ve adımlar yapabilirsiniz. Dünya'da bir metre yukarı atlama, Ay'da yedi metre sıçramaya karşılık gelir.

Yapay uyduların hareketi dünya atmosferinin dışında kaydedilir, bu nedenle Dünya'nın yerçekimi kuvvetlerinden etkilenirler. Bir uzay gövdesinin yörüngesi, ilk hıza bağlı olarak değişebilir. Yapay bir uydunun dünyaya yakın bir yörüngedeki hareketi, yaklaşık olarak Dünya'nın merkezine olan mesafe olarak alınır, R З yarıçapına eşittir.200 - 300 km irtifalarda uçarlar.

tanım 4

Dolayısıyla, yerçekimi kuvvetleri tarafından iletilen uydunun merkezcil ivmesinin, yerçekimi ivmesine g eşit olduğu sonucu çıkar. Uydu hızı υ 1 adını alacaktır. onu ararlar ilk uzay hızı.

Merkezcil ivme için kinematik formülü uygulayarak şunu elde ederiz:

bir n = υ 1 2 R З = g, υ 1 = g R З = 7, 91 · 10 3 m / s.

Bu hızda uydu, T 1 = 2 πR З υ 1 = 84 m ve 12 s'ye eşit bir sürede Dünya'nın etrafında uçmayı başardı.

Ancak uydunun Dünya'ya yakın dairesel bir yörüngede dönme süresi, gerçek yörüngenin yarıçapı ile Dünya'nın yarıçapı arasında bir fark olduğundan, yukarıda belirtilenden çok daha uzundur.

Uydu, bir merminin veya balistik füzenin yörüngesine uzaktan benzeyen serbest düşüş ilkesine göre hareket eder. Fark, uydunun yüksek hızında yatmaktadır ve yörüngesinin eğrilik yarıçapı, Dünya'nın yarıçapının uzunluğuna ulaşır.

Uzun mesafelerde dairesel yörüngeler boyunca hareket eden uydular, yörüngenin yarıçapının r karesiyle ters orantılı olarak zayıf bir yerçekimine sahiptir. Ardından uydunun hızını bulmak şu koşulu takip eder:

υ 2 к = g R 3 2 r 2, υ = g R 3 R З r = υ 1 R 3 r.

Bu nedenle, yüksek yörüngelerde uyduların varlığı, hareketlerinin dünyaya yakın bir yörüngeden daha düşük bir hıza sahip olduğunu gösterir. Dolaşım dönemi formülü:

T = 2 πr υ = 2 πr υ 1 r R З = 2 πR З υ 1 r R 3 3/2 = T 1 2 π R З.

T 1 uydunun dünyaya yakın yörüngedeki dönüş periyodunun değerini alır. T yörünge yarıçapının boyutu ile artar. r değeri 6, 6 R3 ise, T uydusu 24 saate eşittir. Ekvator düzleminde fırlatıldığında, dünya yüzeyinde bir noktada asılı olarak görülecektir. Bu tür uyduların kullanımı uzay radyo iletişim sisteminde bilinmektedir. Yarıçapı r = 6, 6 R 3 olan bir yörüngeye yerdurağan denir.

Resim çizme 1 . 10 . 3 . Uyduların hareketinin modeli.

Metinde bir hata fark ederseniz, lütfen seçin ve Ctrl + Enter tuşlarına basın

7. sınıf fizik dersinizde evrensel yerçekimi fenomenini incelediniz. Evrendeki tüm cisimler arasında çekim kuvvetlerinin hareket etmesi gerçeğinden oluşur.

Newton, Ay'ın Dünya ve Güneş çevresindeki gezegenlerin hareketini incelemesi sonucunda yerçekimi kuvvetlerinin (yerçekimi kuvvetleri olarak da adlandırılır) varlığı hakkında sonuca vardı.

Newton'un değeri, yalnızca cisimlerin karşılıklı çekimi konusundaki ustaca tahmininde değil, aynı zamanda etkileşimlerinin yasasını, yani iki cisim arasındaki yerçekimi kuvvetini hesaplamak için bir formül bulabilmesi gerçeğinde yatmaktadır.

Evrensel yerçekimi yasası diyor ki:

• Herhangi iki cisim, her birinin kütlesi ile doğru orantılı ve aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı bir kuvvetle birbirine çekilir.

F, m 1 ve m 2 kütleli cisimler arasındaki yerçekimi çekim kuvveti vektörünün modülü olduğunda, g cisimler (merkezleri) arasındaki mesafedir; G denilen bir katsayıdır yerçekimi sabiti.

Eğer m 1 = m 2 = 1 kg ve g = 1 m ise, formülden de anlaşılacağı gibi, yerçekimi sabiti G sayısal olarak F kuvvetine eşittir. Başka bir deyişle, yerçekimi sabiti sayısal olarak kuvvete eşittir. F 1 m mesafede bulunan 1 kg kütleli iki cismin çekiciliği. Ölçümler gösteriyor ki

G = 6.67 10 -11 Nm 2 / kg 2.

Formül, üç durumda evrensel yerçekimi kuvvetini hesaplarken doğru bir sonuç verir: 1) cisimlerin boyutları aralarındaki mesafeye kıyasla ihmal edilebilirse (Şekil 32, a); 2) her iki gövde de homojense ve küresel bir şekle sahipse (Şekil 32, b); 3) etkileşen cisimlerden biri, boyutları ve kütlesi, bu topun yüzeyinde veya yakınında bulunan ikinci gövdeden (herhangi bir şekilde) çok daha büyük olan bir top ise (Şekil 32, c).

Pirinç. 32. Evrensel çekim yasasının uygulanabilirliğinin sınırlarını belirleyen koşullar

Ele alınan vakaların üçüncüsü, yukarıdaki formülü kullanarak üzerindeki herhangi bir cismin Dünya'ya olan çekim kuvvetini hesaplamanın temelidir. Bu durumda, Dünya'nın yarıçapı, cisimler arasındaki mesafe olarak alınmalıdır, çünkü yüzeyinde veya yakınında bulunan tüm cisimlerin boyutları, Dünya'nın yarıçapına kıyasla ihmal edilebilir.

Newton'un üçüncü yasasına göre, bir dalda asılı kalan veya serbest düşüşün ivmesiyle düşen bir elma, Dünya tarafından çekildiği aynı kuvvet modülü ile Dünya'yı kendine çeker. Ancak, Dünya'nın kütlesi elmanın kütlesinden orantısız bir şekilde daha büyük olduğundan, Dünya'nın elmaya olan çekim kuvvetinin neden olduğu ivmesi sıfıra yakındır.

sorular

1. Evrensel yerçekimi denilen şey neydi?
2. Yerçekimi kuvvetleri başka nasıl adlandırılır?
3. Evrensel yerçekimi yasasını kim ve hangi yüzyılda keşfetti?
4. Evrensel yerçekimi yasasını formüle edin. Bu kanunu ifade eden formülü yazınız.
5. Yerçekimi kuvvetlerini hesaplamak için yerçekimi yasası ne zaman uygulanmalıdır?
6. Dünya bir daldan sarkan bir elmaya çekilir mi?

Egzersiz 15

1. Yerçekimi kuvvetinin tezahürüne örnekler verin.
2. Uzay istasyonu Dünya'dan Ay'a uçuyor. Bu durumda Dünya'ya çekim kuvveti vektörünün modülü nasıl değişir; Ay'a? Aynı veya farklı büyüklükteki kuvvetlerle, istasyon, aralarında ortadayken Dünya ve Ay'a çekilir mi? Kuvvetler farklıysa hangisi daha büyüktür ve kaç katıdır? Tüm cevapları gerekçelendirin. (Dünya'nın kütlesinin Ay'ın kütlesinin yaklaşık 81 katı olduğu bilinmektedir.)
3. Güneş'in kütlesinin, Dünya'nın kütlesinin 330.000 katı olduğu bilinmektedir. Güneş'in Dünya'yı, Dünya'nın Güneş'i çektiğinden 330.000 kat daha fazla çektiği doğru mu? Cevabı açıklayın.
4. Çocuğun attığı top bir süre yukarı doğru hareket etti. Aynı zamanda, hızı sıfıra eşit olana kadar her zaman azaldı. Ardından top artan bir hızla aşağıya doğru düşmeye başladı. Aşağıdakileri açıklayın: a) top yukarı doğru hareket ederken yerçekimi kuvvetiyle dünyaya doğru çekilip çekilmediğini; aşağı doğru; b) top yukarı çıkarken hızının düşmesine neden olan şey; aşağı hareket ederken hızını artırmak; c) Neden, top yukarı hareket ettiğinde hızı azaldı, aşağı hareket ettiğinde arttı.
5. Dünya'daki bir kişi Ay'a çekilir mi? Eğer öyleyse, onu daha çok çeken şey nedir - Ay'a mı yoksa Dünya'ya mı? Ay bu kişiye ilgi duyuyor mu? Cevapları gerekçelendirin.

Hepimiz Dünya'da yürüyoruz çünkü o bizi çekiyor. Dünya yüzeyindeki tüm cisimleri çekmeseydi, o zaman ondan uzaklaşarak uzaya uçardık. Ancak bu olmaz ve herkes yerçekiminin varlığını bilir.

Dünyayı mı çekiyoruz? Ay çekiyor!

Dünyayı kendimize mi çekiyoruz? Komik soru, değil mi? Ama çözelim. Denizlerin ve okyanusların gelgitinin ne olduğunu biliyor musunuz? Her gün su kıyıları terk eder, saatlerce nerede olduğu bilinmez ve sonra hiçbir şey olmamış gibi geri döner.

Yani şu anda suyun nerede olduğu bilinmiyor, ancak yaklaşık olarak okyanusun ortasında. Orada sudan dağ gibi bir şey oluşur. İnanılmaz, değil mi? Yayılmaya meyilli olan su, sadece kendini aşağıya doğru akmaz, aynı zamanda dağları da oluşturur. Ve bu dağlarda büyük bir su kütlesi yoğunlaşmıştır.

Düşük gelgitler sırasında kıyıdan ayrılan tüm su hacmini tahmin edin ve devasa miktarlardan bahsettiğimizi anlayacaksınız. Ama bu gerçekleştiğine göre, bir nedeni olmalı. Ve bir nedeni var. Bunun nedeni, bu suyun Ay'a çekilmesinde yatmaktadır.

Dünya yörüngesinde dönen Ay, okyanusların üzerinden geçer ve okyanus sularını kendine çeker. Ay, dünya tarafından çekildiği için dünyanın etrafında döner. Ama aynı zamanda kendisinin de Dünya'yı kendine çektiği ortaya çıktı. Bununla birlikte, dünya onun için çok büyük, ancak etkisi okyanuslardaki suyu hareket ettirmek için yeterli.

Kuvvet ve evrensel yerçekimi yasası: kavram ve formül

Şimdi devam edelim ve düşünelim: Eğer yakınlarda bulunan iki büyük cisim birbirini çekiyorsa, daha küçük cisimlerin de birbirini çekeceğini varsaymak mantıklı değil mi? Sadece çok daha mı küçükler ve çekim güçleri az mı olacak?

Bu varsayımın kesinlikle doğru olduğu ortaya çıkıyor. Evrendeki tüm cisimler arasında kesinlikle çekim kuvvetleri veya başka bir deyişle evrensel yerçekimi kuvvetleri vardır.

Isaac Newton, böyle bir fenomeni bir yasa biçiminde keşfeden ve formüle eden ilk kişiydi. Evrensel çekim yasası şöyle der: tüm cisimler birbirine çekilirken, çekim kuvveti cisimlerin her birinin kütlesiyle doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır:

F = G * (m_1 * m_2) / r^ 2,

Burada F, cisimler arasındaki çekim kuvveti vektörünün büyüklüğü, m_1 ve m_2 bu cisimlerin kütleleridir, r cisimler arasındaki mesafedir, G yerçekimi sabitidir.

Yerçekimi sabiti, 1 metre uzaklıkta bulunan 1 kg kütleli cisimler arasında var olan kuvvete sayısal olarak eşittir. Bu değer deneysel olarak bulundu: G = 6.67 * 〖10〗 ^ (- 11) N * m ^ 2⁄ 〖kg〗 ^ 2.

Asıl sorumuza dönersek: "Dünyayı mı çekiyoruz?", güvenle cevap verebiliriz: "evet." Newton'un üçüncü yasasına göre, Dünya'yı tam olarak Dünya'nın bizi çektiği kuvvetle çekiyoruz. Bu kuvvet, evrensel yerçekimi yasasından hesaplanabilir.

Ve Newton'un ikinci yasasına göre, cisimlerin herhangi bir kuvvet tarafından birbirleri üzerindeki etkisi, birbirlerine verdikleri ivme şeklinde ifade edilir. Ancak verilen ivme vücut ağırlığına bağlıdır.

Dünyanın kütlesi büyüktür ve bize yerçekimi ivmesini verir. Ve kütlemiz Dünya'ya kıyasla ihmal edilebilir ve bu nedenle Dünya'ya verdiğimiz ivme pratikte sıfırdır. Bu yüzden Dünya'ya çekiliyoruz ve üzerinde yürüyoruz, tersi değil.

Evrensel yerçekimi yasası, Newton tarafından 1687'de ayın uydusunun Dünya etrafındaki hareketini incelerken keşfedildi. İngiliz fizikçi, çekim kuvvetlerini karakterize eden varsayımı açıkça formüle etti. Ayrıca Newton, Kepler yasalarını analiz ederek, yerçekimi kuvvetlerinin sadece gezegenimizde değil, uzayda da var olması gerektiğini hesapladı.

Sorunun tarihi

Evrensel çekim yasası kendiliğinden doğmadı. Antik çağlardan beri insanlar, esas olarak tarım takvimlerini hazırlamak, önemli tarihleri ​​hesaplamak ve dini bayramlar için gök kubbeyi incelediler. Gözlemler, "dünyanın" merkezinde, gök cisimlerinin yörüngelerde döndüğü bir Armatür (Güneş) olduğunu gösterdi. Daha sonra, kilisenin dogmaları böyle düşünmeye izin vermedi ve insanlar binlerce yıl boyunca biriken bilgileri kaybetti.

16. yüzyılda, teleskopların icadından önce, gök kubbeye bilimsel bir şekilde bakan ve kilisenin yasaklarını reddeden bir gökbilimciler galaksisi ortaya çıktı. Uzun yıllar uzayı gözlemleyen T. Brahe, gezegenlerin hareketlerini özel bir dikkatle sistematize etti. Bu yüksek kesinlikli veriler, I. Kepler'in daha sonra üç yasasını keşfetmesine yardımcı oldu.

Isaac Newton tarafından astronomideki yerçekimi yasasının keşfi (1667) sırasında, N. Copernicus dünyasının güneş merkezli sistemi nihayet kuruldu. Ona göre, sistemin gezegenlerinin her biri, birçok hesaplama için yeterli bir yaklaşımla dairesel olarak kabul edilebilecek yörüngelerde Luminary etrafında döner. 17. yüzyılın başında. T. Brahe'nin çalışmalarını analiz eden I. Kepler, gezegenlerin hareketini karakterize eden kinematik yasaları oluşturdu. Keşif, gezegenlerin hareketinin dinamiklerini, yani tam olarak bu tür hareketlerini belirleyen kuvvetleri aydınlatmanın temeli oldu.

Etkileşim açıklaması

Kısa süreli zayıf ve güçlü etkileşimlerin aksine, yerçekimi ve elektromanyetik alanlar uzun menzilli özelliklere sahiptir: etkileri dev mesafelerde kendini gösterir. Makrokozmostaki mekanik olaylar 2 kuvvetten etkilenir: elektromanyetik ve yerçekimi. Gezegenlerin uydular üzerindeki etkisi, fırlatılan veya fırlatılan bir nesnenin uçuşu, bir vücudun sıvı içinde yüzmesi - yerçekimi kuvvetleri bu fenomenlerin her birinde hareket eder. Bu nesneler gezegen tarafından çekilir, ona doğru çekilir, bu nedenle "evrensel çekim yasası" adı verilir.

Karşılıklı çekim kuvvetinin fiziksel bedenler arasında koşulsuz olarak etki ettiği kanıtlanmıştır. Dünyadaki nesnelerin düşmesi, Ay'ın dönüşü, evrensel çekim kuvvetlerinin etkisi altında meydana gelen Güneş etrafındaki gezegenler gibi olaylara yerçekimi denir.

Evrensel yerçekimi yasası: formül

Evrensel yerçekimi şu şekilde formüle edilir: herhangi iki maddi nesne belirli bir kuvvetle birbirini çeker. Bu kuvvetin büyüklüğü bu cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru, aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır:

Formülde, m1 ve m2, incelenen malzeme nesnelerinin kütleleridir; r, hesaplanan nesnelerin kütle merkezleri arasında belirlenen mesafedir; G, 1 m mesafede bulunan, her biri 1 kg ağırlığındaki iki cismin karşılıklı çekiminin gerçekleştirildiği kuvveti ifade eden sabit bir yerçekimi miktarıdır.

Çekim gücünü ne belirler

Yerçekimi yasası bölgeye bağlı olarak farklı çalışır. Yerçekimi kuvveti belirli bir konumdaki enlem değerlerine bağlı olduğundan, benzer şekilde yerçekimi ivmesi de farklı yerlerde farklı değerlere sahiptir. Yerçekimi kuvveti ve buna bağlı olarak serbest düşüşün ivmesi, Dünya'nın kutuplarında maksimum değere sahiptir - bu noktalardaki yerçekimi kuvveti, yerçekimi kuvvetine eşittir. Minimum değerler ekvatorda olacaktır.

Dünya hafifçe düzleşmiştir, kutup yarıçapı ekvatordan yaklaşık 21.5 km daha azdır. Bununla birlikte, bu bağımlılık, Dünya'nın günlük dönüşü ile karşılaştırıldığında daha az önemlidir. Hesaplamalar, Dünya'nın ekvatorda düzleşmesi nedeniyle, yerçekimi ivmesinin kutuptaki değerinden %0,18 ve günlük dönüşten sonra - %0,34 oranında biraz daha az olduğunu göstermektedir.

Ancak Dünya üzerinde aynı yerde yön vektörleri arasındaki açı küçüktür, dolayısıyla yerçekimi kuvveti ile yerçekimi kuvveti arasındaki fark önemsizdir ve hesaplamalarda ihmal edilebilir. Yani, bu kuvvetlerin modüllerinin aynı olduğunu varsayabiliriz - Dünya yüzeyine yakın yerçekimi ivmesi her yerde aynıdır ve yaklaşık 9,8 m / s²'ye eşittir.

Çıktı

Isaac Newton, bilimsel bir devrim yapan, dinamiklerin ilkelerini tamamen yeniden inşa eden ve bunlara dayanarak dünyanın bilimsel bir resmini yaratan bir bilim adamıydı. Keşfi, bilimin gelişimini, maddi ve manevi kültürün yaratılmasını etkiledi. Newton'un kaderi, dünya fikrinin sonuçlarını gözden geçirme görevine düştü. XVII yüzyılda. Bilim adamları, yeni bir bilimin - fiziğin temelini oluşturmanın görkemli çalışmasını tamamladılar.

evrensel yerçekimi yasası

Yerçekimi (evrensel yerçekimi, yerçekimi)(Lat. gravitas - "ağırlık") - tüm maddi cisimlerin tabi olduğu doğada uzun vadeli temel etkileşim. Modern verilere göre, diğer kuvvetlerden farklı olarak, istisnasız tüm cisimlere, kütlelerine bakılmaksızın aynı ivmenin verilmesi anlamında evrensel bir etkileşimdir. Temelde yerçekimi kozmik ölçekte belirleyici bir rol oynar. Terim Yerçekimi yerçekimi etkileşimini inceleyen fizik dalının adı olarak da kullanılır. Klasik fizikte yerçekimini tanımlayan en başarılı modern fizik teorisi genel göreliliktir; yerçekimi etkileşiminin kuantum teorisi henüz kurulmamıştır.

yerçekimi etkileşimi

Yerçekimi etkileşimi, dünyamızdaki dört temel etkileşimden biridir. Klasik mekanik çerçevesinde yerçekimi etkileşimi anlatılmaktadır. yerçekimi kanunu Newton, iki maddesel kütle noktası arasındaki çekim kuvvetinin m 1 ve m 2 mesafe ile ayrılmış r, her iki kütleyle orantılı ve uzaklığın karesiyle ters orantılı - yani,

Buraya G- yerçekimi sabiti, yaklaşık olarak eşit m³ / (kg s²). Eksi işareti, cisme etki eden kuvvetin cisme yönlendirilen yarıçap vektörüne her zaman eşit olduğu anlamına gelir, yani yerçekimi etkileşimi her zaman herhangi bir cismin çekimine yol açar.

Evrensel yerçekimi yasası, radyasyon çalışmasında da meydana gelen (örneğin, Işık basıncına bakınız) ters kare yasasının uygulamalarından biridir ve bir alandaki ikinci dereceden bir artışın doğrudan bir sonucudur. artan yarıçaplı küre, bu da herhangi bir birim alanın tüm kürenin alanına katkısında ikinci dereceden bir azalmaya yol açar.

Gök mekaniğinin en basit problemi, iki cismin boş uzayda yerçekimi etkileşimidir. Bu görev analitik olarak sonuna kadar çözülür; çözümünün sonucu genellikle Kepler'in üç yasası şeklinde formüle edilir.

Etkileşen cisimlerin sayısındaki artışla, görev çok daha karmaşık hale gelir. Bu nedenle, zaten ünlü olan üç cisim problemi (yani, sıfır olmayan kütleli üç cismin hareketi) analitik olarak genel bir biçimde çözülemez. Sayısal çözümle, çözümlerin başlangıç ​​koşullarına göre kararsızlığı oldukça hızlı bir şekilde belirlenir. Güneş sistemine uygulanan bu istikrarsızlık, yüz milyon yılı aşan ölçeklerde gezegenlerin hareketini tahmin etmeyi imkansız hale getiriyor.

Bazı özel durumlarda yaklaşık bir çözüm bulmak mümkündür. En önemli durum, bir cismin kütlesinin diğer cisimlerin kütlesinden önemli ölçüde büyük olmasıdır (örnekler: güneş sistemi ve Satürn'ün halkalarının dinamikleri). Bu durumda, bir ilk yaklaşım olarak, ışık cisimlerinin birbirleriyle etkileşmediğini ve masif cisim etrafındaki Kepler yörüngeleri boyunca hareket etmediğini varsayabiliriz. Aralarındaki etkileşimler, pertürbasyon teorisi çerçevesinde dikkate alınabilir ve zaman içinde ortalaması alınabilir. Bu durumda, rezonanslar, çekiciler, kaos vb. gibi önemsiz olmayan fenomenler ortaya çıkabilir. Bu tür fenomenlerin açıklayıcı bir örneği, Satürn'ün halkalarının basit olmayan yapısıdır.

Yaklaşık olarak aynı kütleye sahip çok sayıda çekici cisimden oluşan bir sistemin davranışını tanımlama girişimlerine rağmen, dinamik kaos olgusu nedeniyle bu mümkün olmamıştır.

Güçlü yerçekimi alanları

Güçlü yerçekimi alanlarında, göreli hızlarla hareket ederken, genel görelilik teorisinin etkileri kendini göstermeye başlar:

• yerçekimi yasasının Newton'dan sapması;
• yerçekimi bozukluklarının sonlu yayılma hızı ile ilişkili potansiyellerin gecikmesi; yerçekimi dalgalarının görünümü;
• doğrusal olmayan etkiler: yerçekimi dalgaları birbirleriyle etkileşime girme eğilimindedir, bu nedenle güçlü alanlarda dalgaların üst üste gelme ilkesi artık yerine getirilmez;
• uzay-zamanın geometrisini değiştirmek;
• kara deliklerin ortaya çıkışı;

yerçekimi radyasyonu

Genel göreliliğin önemli tahminlerinden biri, varlığı henüz doğrudan gözlemlerle doğrulanmayan yerçekimi radyasyonudur. Bununla birlikte, varlığı lehine dolaylı gözlemsel kanıtlar vardır, yani: PSR B1913 + 16 pulsar - Huls-Taylor pulsar - ikili sistemdeki enerji kayıpları, bu enerjinin taşındığı modelle iyi bir uyum içindedir. yerçekimi radyasyonu ile.

Yerçekimi radyasyonu yalnızca değişken dört kutuplu veya daha yüksek çok kutuplu momentlere sahip sistemler tarafından üretilebilir, bu gerçek, çoğu doğal kaynağın yerçekimi radyasyonunun yönlü olduğunu ve bu da tespitini önemli ölçüde karmaşıklaştırdığını gösterir. yerçekimi gücü ben-alan kaynağı orantılıdır (v / C) 2ben + 2 çok kutuplu elektrik tipi ise ve (v / C) 2ben + 4 - çok kutuplu manyetik tip ise, nerede v yayan sistemdeki kaynakların karakteristik hareket hızıdır ve Cışık hızıdır. Böylece, baskın moment, elektrik tipinin dört kutuplu momenti olacaktır ve karşılık gelen radyasyonun gücü şuna eşittir:

nerede Q benJ yayan sistemin kütle dağılımının dört kutuplu momentinin tensörüdür. Devamlı (1/W) radyasyon gücünün büyüklük sırasını tahmin etmenizi sağlar.

1969'dan (Weber'in deneyleri) günümüze (Şubat 2007) kadar, yerçekimi radyasyonunu doğrudan tespit etmek için girişimlerde bulunuldu. ABD, Avrupa ve Japonya'da şu anda birkaç çalışan yer tabanlı dedektör (GEO 600) ve ayrıca Tataristan Cumhuriyeti'nin uzay yerçekimi dedektörü projesi var.

Yerçekiminin ince etkileri

Kütleçekimsel çekim ve zaman genişlemesinin klasik etkilerine ek olarak, genel görelilik, yerçekiminin diğer tezahürlerinin varlığını da öngörür, bunlar karasal koşullarda çok zayıftır ve bu nedenle bunların tespiti ve deneysel doğrulaması çok zordur. Yakın zamana kadar, bu zorlukların üstesinden gelmek deneycilerin yeteneklerinin ötesinde görünüyordu.

Bunlar arasında, özellikle, eylemsiz referans çerçevelerinin sürüklenmesi (veya Lense-Thirring etkisi) ve gravitomanyetik alan sayılabilir. 2005 yılında, NASA'nın robotik Yerçekimi Sondası B, Dünya'nın yakınında bu etkileri ölçmek için eşi görülmemiş derecede hassas bir deney gerçekleştirdi, ancak tam sonuçlar henüz yayınlanmadı.

Kuantum yerçekimi teorisi

Yarım asırdan fazla çabaya rağmen, yerçekimi, tutarlı bir yeniden normalleştirilebilir kuantum teorisinin henüz inşa edilmediği tek temel etkileşimdir. Bununla birlikte, düşük enerjilerde, kuantum alan teorisinin ruhunda, yerçekimi etkileşimi gravitonların değişimi olarak temsil edilebilir - spin 2 ile ayar bozonları.

Standart yerçekimi teorileri

Yerçekiminin kuantum etkilerinin en aşırı deneysel ve gözlemsel koşullar altında bile son derece küçük olması nedeniyle, bunların güvenilir bir gözlemi henüz yoktur. Teorik tahminler, vakaların ezici çoğunluğunda kişinin kendisini yerçekimi etkileşiminin klasik tanımıyla sınırlayabileceğini göstermektedir.

Modern bir kanonik klasik yerçekimi teorisi vardır - genel görelilik teorisi ve onu rafine eden birçok hipotez ve birbiriyle rekabet eden çeşitli derecelerde detaylandırma teorileri (Alternatif yerçekimi teorileri makalesine bakın). Tüm bu teoriler, şu anda deneysel testlerin yürütülmekte olduğu yaklaşıklık çerçevesinde çok benzer tahminler vermektedir. Başlıca, en iyi geliştirilmiş veya bilinen yerçekimi teorilerinden birkaçı aşağıda açıklanmıştır.

• Yerçekimi geometrik bir alan değil, bir tensör tarafından tanımlanan gerçek bir fiziksel kuvvet alanıdır.

• Yerçekimi fenomeni, enerji-momentum ve açısal momentumun korunumu yasalarının açık bir şekilde yerine getirildiği düz Minkowski uzayı çerçevesinde düşünülmelidir. O zaman Minkowski uzayındaki cisimlerin hareketi, bu cisimlerin efektif Riemann uzayındaki hareketine eşdeğerdir.

• Metrik belirlemek için tensör denklemlerinde, graviton kütlesi hesaba katılmalı ve ayrıca Minkowski uzayının metriği ile ilişkili ayar koşulları kullanılmalıdır. Bu, uygun bir referans çerçevesi seçerek yerçekimi alanının yerel olarak bile yok edilmesine izin vermez.

Genel görelilikte olduğu gibi, RTG'de madde, yerçekimi alanının kendisi hariç, tüm madde biçimleri (elektromanyetik alan dahil) olarak anlaşılır. RTG teorisinin sonuçları şu şekildedir: genel görelilikte tahmin edilen fiziksel nesneler olarak kara delikler yoktur; Evren düz, homojen, izotropik, durağan ve Öklidyendir.

Öte yandan, RTG karşıtlarının aşağıdaki hükümlere dayanan daha az ikna edici argümanları yoktur:

Benzer bir durum, Öklidyen olmayan uzay ile Minkowski uzayı arasındaki bağlantıyı hesaba katmak için ikinci tensör denkleminin tanıtıldığı RTG'de gerçekleşir. Jordan - Brans - Dicke teorisinde boyutsuz ayarlanabilir bir parametrenin varlığından dolayı, teorinin sonuçlarının yerçekimi deneylerinin sonuçlarıyla örtüşmesi için onu seçmek mümkün hale gelir.

Kaynaklar ve notlar

Edebiyat

• V.P. Vizgin Göreceli yerçekimi teorisi (kökenler ve oluşum, 1900-1915). Moskova: Nauka, 1981 .-- 352c.
• V.P. Vizgin Yirminci yüzyılın ilk üçte birinde birleşik teoriler. M.: Nauka, 1985 .-- 304c.
• Ivanenko D.D., Sardanashvili G.A. Yerçekimi, 3. baskı. M.: URSS, 2008 .-- 200'ler.

Ayrıca bakınız

• Gravimetre

Bağlantılar

• Evrensel yerçekimi yasası veya "Ay neden dünyaya düşmüyor?" - Sadece zor hakkında