Lực hấp dẫn giữa vệ tinh và Trái Đất đóng vai trò là lực

Độ cao mà các vệ tinh nhân tạo di chuyển đã có thể so sánh được với bán kính của Trái đất, do đó để tính quỹ đạo của chúng, việc tính đến sự thay đổi của lực hấp dẫn với khoảng cách ngày càng tăng là hoàn toàn cần thiết.

Vì vậy, Galileo lập luận rằng tất cả các vật thể được thả từ một độ cao nhất định gần bề mặt Trái đất sẽ rơi xuống với cùng một gia tốc g (nếu bỏ qua lực cản của không khí). Lực gây ra gia tốc này được gọi là lực hấp dẫn. Chúng ta hãy áp dụng định luật thứ hai của Newton cho lực hấp dẫn, coi như là gia tốc một Gia tốc trọng lực g . Như vậy, trọng lực tác dụng lên cơ thể có thể viết là:

F g = mg

Lực này hướng xuống tâm Trái Đất.

Tại vì trong hệ SI g = 9,8 , khi đó trọng lực tác dụng lên vật có khối lượng 1kg là.

Chúng tôi áp dụng công thức của định luật vạn vật hấp dẫn để mô tả lực hấp dẫn - lực hấp dẫn giữa trái đất và một vật thể nằm trên bề mặt của nó. Khi đó m 1 sẽ được thay thế bằng khối lượng của Trái đất m 3, và r - bằng khoảng cách đến tâm Trái đất, tức là đến bán kính của Trái đất r 3. Do đó, chúng tôi nhận được:

Trong đó m là khối lượng của một vật thể nằm trên bề mặt Trái đất. Từ đẳng thức này, nó dẫn đến:

Nói cách khác, gia tốc rơi tự do trên bề mặt trái đất g được xác định bởi các giá trị m 3 và r 3.

Trên Mặt Trăng, trên các hành tinh khác, hoặc ngoài không gian, lực hấp dẫn tác động lên một vật thể có cùng khối lượng sẽ khác nhau. Ví dụ, trên Mặt trăng, giá trị g chỉ đại diện cho một phần sáu g trên Trái đất, và một vật thể khối lượng 1 kg chịu tác dụng của một lực hấp dẫn chỉ bằng 1,7 N.

Cho đến khi đo được hằng số hấp dẫn G, khối lượng của Trái đất vẫn chưa được biết đến. Và chỉ sau khi G được đo bằng cách sử dụng tỷ số, người ta có thể tính được khối lượng của trái đất. Điều này lần đầu tiên được thực hiện bởi chính Henry Cavendish. Thay vào công thức gia tốc rơi tự do có giá trị g = 9,8m / s và bán kính trái đất r z = 6,3810 6 ta được khối lượng của Trái đất có giá trị nào sau đây:

Đối với lực hấp dẫn tác dụng lên các thiên thể gần bề mặt Trái đất, người ta có thể đơn giản sử dụng biểu thức mg. Nếu cần tính lực hút tác dụng lên một thiên thể cách Trái đất một khoảng nào đó, hoặc lực gây ra bởi một thiên thể khác (ví dụ, Mặt trăng hoặc một hành tinh khác) thì nên sử dụng giá trị của g, được tính bằng công thức nổi tiếng, trong đó r 3 và m 3 phải được thay bằng khoảng cách và khối lượng tương ứng, bạn cũng có thể sử dụng trực tiếp công thức của định luật vạn vật hấp dẫn. Có một số phương pháp để xác định gia tốc do trọng lực rất chính xác. Người ta có thể tìm g một cách đơn giản bằng cách cân một quả nặng chuẩn trên một cân lò xo. Những chiếc cân địa chất phải thật tuyệt vời - lò xo của chúng thay đổi sức căng khi có thêm một tải trọng nhỏ hơn một phần triệu gam. Kết quả tuyệt vời được đưa ra bởi cân bằng thạch anh xoắn. Về nguyên tắc, thiết bị của họ rất đơn giản. Một đòn bẩy được hàn với một dây tóc thạch anh kéo dài theo chiều ngang, với trọng lượng của dây tóc bị xoắn nhẹ:

Con lắc cũng được sử dụng cho mục đích tương tự. Cho đến gần đây, phương pháp con lắc để đo g là phương pháp duy nhất và chỉ trong những năm 60-70. Chúng bắt đầu được thay thế bằng các phương pháp cân chính xác và tiện lợi hơn. Trong mọi trường hợp, bằng cách đo chu kỳ dao động của con lắc toán học, công thức có thể được sử dụng để tìm giá trị của g khá chính xác. Bằng cách đo giá trị của g ở các vị trí khác nhau trên cùng một dụng cụ, người ta có thể phán đoán những thay đổi tương đối của lực hấp dẫn với độ chính xác đến phần triệu.

Các giá trị của gia tốc trọng trường g tại các điểm khác nhau trên Trái đất hơi khác nhau. Từ công thức g = Gm 3 có thể thấy rằng giá trị của g phải nhỏ hơn, ví dụ ở đỉnh núi hơn là ở mực nước biển, vì khoảng cách từ tâm Trái đất đến đỉnh núi là một phần lớn hơn. Thật vậy, thực tế này đã được thiết lập bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, công thức g = Gm 3 / r 3 2 không đưa ra giá trị chính xác của g tại tất cả các điểm, vì bề mặt trái đất không chính xác là hình cầu: không chỉ có núi và biển trên bề mặt của nó, mà còn có sự thay đổi bán kính của Trái đất tại đường xích đạo; Ngoài ra, khối lượng của trái đất không được phân bố đồng đều; Sự quay của Trái đất cũng ảnh hưởng đến sự thay đổi của g.

Tuy nhiên, các tính chất của gia tốc trọng trường hóa ra phức tạp hơn Galileo nghĩ. Tìm hiểu rằng độ lớn của gia tốc phụ thuộc vào vĩ độ mà nó được đo:

Độ lớn của gia tốc rơi tự do cũng thay đổi theo độ cao so với bề mặt Trái đất:

Vectơ gia tốc trọng trường luôn hướng thẳng đứng xuống dưới, nhưng dọc theo một dây dọi tại một vị trí nhất định trên Trái đất.

Do đó, ở cùng vĩ độ và ở cùng độ cao so với mực nước biển, gia tốc trọng trường phải như nhau. Các phép đo chính xác cho thấy rất thường xuyên có sai lệch so với tiêu chuẩn này - dị thường trọng lực. Lý do cho sự bất thường là sự phân bố khối lượng không đồng nhất gần vị trí đo.

Như đã đề cập, lực hấp dẫn từ phía bên của một vật thể lớn có thể được biểu diễn bằng tổng các lực tác động từ các hạt riêng lẻ của một vật thể lớn. Lực hút của con lắc bởi Trái đất là kết quả của tác dụng của tất cả các hạt của Trái đất lên nó. Nhưng rõ ràng là các hạt gần đóng góp lớn nhất vào tổng lực - xét cho cùng, lực hút tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.

Nếu khối lượng nặng tập trung gần nơi đo thì g sẽ lớn hơn định mức, ngược lại g nhỏ hơn định mức.

Ví dụ, nếu g được đo trên một ngọn núi hoặc trên một chiếc máy bay bay trên biển ở độ cao của một ngọn núi, thì trong trường hợp đầu tiên sẽ thu được một con số lớn. Ngoài ra, trên định mức là giá trị của g trên các hòn đảo hẻo lánh ở đại dương. Rõ ràng là trong cả hai trường hợp, sự gia tăng g được giải thích bằng sự tập trung của các khối lượng bổ sung tại nơi đo.

Không chỉ giá trị của g, mà cả hướng của trọng lực cũng có thể lệch khỏi định mức. Nếu bạn treo một tải trên một sợi, thì sợi kéo dài sẽ hiển thị theo phương thẳng đứng cho vị trí này. Chiều dọc này có thể lệch khỏi tiêu chuẩn. Hướng "bình thường" của phương thẳng đứng được các nhà địa chất biết đến từ các bản đồ đặc biệt, trên đó hình "lý tưởng" của Trái đất được xây dựng dựa trên dữ liệu về các giá trị của g.

Hãy làm một thí nghiệm với một dây dọi dưới chân một ngọn núi lớn. Trọng lượng của một dây dọi bị Trái đất hút vào tâm của nó và bởi núi - sang một bên. Trong các điều kiện đó, dây dọi phải lệch khỏi phương của phương thẳng đứng bình thường. Vì khối lượng của Trái đất lớn hơn nhiều so với khối lượng của ngọn núi, độ lệch như vậy không vượt quá một vài cung giây.

Chiều dọc "bình thường" được xác định bởi các ngôi sao, vì đối với bất kỳ điểm địa lý nào, nó đã được tính toán tại vị trí nào trên bầu trời tại một thời điểm nhất định trong ngày và trong năm, chiều thẳng đứng của hình "lý tưởng" của Trái đất "nằm".

Sự sai lệch của dây dọi đôi khi dẫn đến những kết quả kỳ lạ. Ví dụ, ở Florence, ảnh hưởng của dãy Apennines không dẫn đến lực hút, mà là lực đẩy của dây dọi. Chỉ có thể có một lời giải thích: có những khoảng trống khổng lồ trên núi.

Một kết quả đáng chú ý thu được khi đo gia tốc trọng trường trên quy mô lục địa và đại dương. Các lục địa nặng hơn nhiều so với các đại dương, vì vậy có vẻ như giá trị g trên các lục địa sẽ lớn hơn. Hơn trên các đại dương. Trên thực tế, các giá trị của g, dọc theo cùng vĩ độ trên các đại dương và lục địa, về trung bình là như nhau.

Một lần nữa, chỉ có một lời giải thích: lục địa nằm trên đá nhẹ hơn và đại dương nằm trên đá nặng hơn. Thật vậy, ở những nơi có thể thăm dò trực tiếp, các nhà địa chất xác định rằng các đại dương nằm trên đá bazan nặng và lục địa nằm trên đá granit nhẹ.

Nhưng câu hỏi sau đây ngay lập tức được đặt ra: tại sao đá nặng và nhẹ lại bù đắp chính xác cho sự khác biệt về trọng lượng giữa lục địa và đại dương? Sự đền bù như vậy không thể là một vấn đề ngẫu nhiên; nguyên nhân của nó phải bắt nguồn từ cấu trúc của vỏ Trái đất.

Các nhà địa chất học tin rằng phần trên của vỏ trái đất dường như nổi trên lớp nhựa bên dưới, tức là khối dễ biến dạng. Áp suất ở độ sâu khoảng 100 km phải giống nhau ở mọi nơi, cũng giống như áp suất ở đáy của một bình có nước, trong đó các mảnh gỗ có trọng lượng khác nhau trôi nổi, là như nhau. Do đó, một cột vật chất có diện tích 1 m 2 tính từ bề mặt đến độ sâu 100 km nên có cùng trọng lượng cả dưới đại dương và dưới lục địa.

Sự cân bằng áp suất này (nó được gọi là đẳng áp) dẫn đến thực tế là trên các đại dương và lục địa dọc theo cùng một đường vĩ độ, giá trị của gia tốc trọng trường g không khác nhau đáng kể. Dị thường trọng lực cục bộ phục vụ công tác thăm dò địa chất, mục đích là tìm các mỏ khoáng sản dưới lòng đất, không đào hố, không đào mỏ.

Quặng nặng phải được tìm kiếm ở những nơi có g lớn nhất. Ngược lại, các chất lắng đọng của muối nhạt được phát hiện bằng các giá trị đánh giá thấp cục bộ của g. Bạn có thể đo g chính xác đến phần triệu của 1 m / s 2.

Phương pháp trinh sát sử dụng con lắc và cân siêu chính xác được gọi là phương pháp hấp dẫn. Chúng có tầm quan trọng thực tế rất lớn, đặc biệt là đối với việc tìm kiếm dầu mỏ. Thực tế là với các phương pháp thăm dò bằng trọng lực, người ta dễ dàng phát hiện ra các vòm muối dưới lòng đất, và rất thường xuyên là ở đâu có muối, ở đó có dầu. Hơn nữa, dầu nằm ở tầng sâu, và muối ở gần bề mặt trái đất hơn. Dầu được phát hiện bằng cách thăm dò bằng trọng lực ở Kazakhstan và các nơi khác.

Thay vì kéo xe bằng lò xo, nó có thể được tạo gia tốc bằng cách gắn một sợi dây ném qua ròng rọc, từ đầu đối diện của nó treo một tải. Khi đó lực truyền gia tốc sẽ do cân hàng hóa này. Gia tốc rơi tự do lại truyền cho vật bằng trọng lượng của nó.

Trong vật lý, trọng lượng là tên gọi chính thức của lực gây ra bởi lực hút của các vật thể lên bề mặt trái đất - "lực hút của lực hấp dẫn". Thực tế là các vật thể bị hút về phía trung tâm của trái đất làm cho lời giải thích này hợp lý.

Tuy nhiên bạn định nghĩa nó, trọng lượng là một lực. Nó không khác bất kỳ lực nào khác, ngoại trừ hai đặc điểm: trọng lượng hướng thẳng đứng và tác dụng liên tục, không thể triệt tiêu được.

Để đo trực tiếp trọng lượng của một vật, chúng ta phải sử dụng một cân lò xo được hiệu chỉnh theo đơn vị lực. Vì điều này thường không thuận tiện, chúng tôi so sánh trọng lượng này với trọng lượng khác bằng cách sử dụng một cân cân bằng, tức là tìm mối quan hệ:

TÁC ĐỘNG CỦA NĂNG LƯỢNG TRÁI ĐẤT TRÊN CƠ THỂ X THU HÚT TRÁI ĐẤT ẢNH HƯỞNG ĐẾN TIÊU CHUẨN CỦA MASS

Giả sử vật X bị hút mạnh gấp 3 lần tiêu chuẩn khối lượng. Trong trường hợp này, chúng ta nói rằng lực hấp dẫn của trái đất tác dụng lên vật thể X là lực 30 Newton, có nghĩa là nó gấp 3 lần lực hấp dẫn của trái đất tác dụng lên một kg khối lượng. Các khái niệm về khối lượng và trọng lượng thường bị nhầm lẫn, giữa chúng có sự khác biệt đáng kể. Khối lượng là một thuộc tính của chính cơ thể (nó là thước đo quán tính hoặc "lượng vật chất" của nó). Mặt khác, trọng lượng là lực mà cơ thể tác dụng lên giá đỡ hoặc kéo căng hệ thống treo (trọng lượng có giá trị bằng lực của trọng lực nếu giá đỡ hoặc hệ thống treo không có gia tốc).

Nếu ta dùng cân lò xo để đo trọng lượng của một vật với độ chính xác rất cao, rồi chuyển cân đi nơi khác, ta sẽ thấy trọng lượng của vật trên bề mặt Trái đất ở mỗi nơi có phần khác nhau. Chúng ta biết rằng ở xa bề mặt Trái đất, hoặc ở độ sâu của địa cầu, trọng lượng phải nhỏ hơn nhiều.

Khối lượng có thay đổi không? Các nhà khoa học, phản ánh về vấn đề này, từ lâu đã đi đến kết luận rằng khối lượng không nên thay đổi. Ngay cả tại tâm trái đất, nơi mà lực hấp dẫn, tác động theo mọi hướng, tạo ra một lực thực bằng không, thì vật thể vẫn có cùng khối lượng.

Do đó, khối lượng, được đo bằng độ khó mà chúng ta gặp phải khi cố gắng tăng tốc chuyển động của một chiếc xe đẩy nhỏ, là giống nhau ở mọi nơi: trên bề mặt Trái đất, ở trung tâm Trái đất, trên Mặt trăng. Trọng lượng ước tính khi kéo dài cân bằng lò xo (và cảm nhận

trong cơ tay của người cầm cân) sẽ ít hơn nhiều trên Mặt trăng và gần như bằng không ở tâm Trái đất. (hình 7)

Trọng lực của trái đất tác dụng lên các khối lượng khác nhau có độ lớn như thế nào? Làm thế nào để so sánh khối lượng của hai vật? Hãy lấy hai miếng chì giống hệt nhau, giả sử, mỗi miếng nặng 1 kg. Trái đất hút mỗi chúng một lực như nhau, bằng trọng lượng 10 N. Nếu gộp cả hai miếng có khối lượng 2 kg thì lực thẳng đứng đơn giản cộng lại: Trái đất hút 2 kg gấp đôi 1 kg. Chúng ta sẽ nhận được chính xác cùng một lực hút nhân đôi nếu chúng ta hợp nhất cả hai mảnh thành một hoặc đặt chúng chồng lên nhau. Lực hấp dẫn của bất kỳ vật chất đồng nhất nào chỉ đơn giản là cộng lại, và không có sự hấp thụ hay che chắn của mảnh vật chất này bởi mảnh vật chất khác.

Đối với bất kỳ vật liệu đồng nhất nào, trọng lượng tỷ lệ với khối lượng. Do đó, chúng tôi tin rằng Trái đất là nguồn gốc của "trường trọng lực" phát ra từ tâm của nó theo phương thẳng đứng và có khả năng thu hút bất kỳ mảnh vật chất nào. Trường trọng lực tác động như vậy đối với mỗi kg chì. Nhưng còn các lực hấp dẫn tác dụng lên cùng một khối lượng của các vật liệu khác nhau, ví dụ 1 kg chì và 1 kg nhôm thì sao? Ý nghĩa của câu hỏi này phụ thuộc vào ý nghĩa của các khối lượng bằng nhau. Cách đơn giản nhất để so sánh khối lượng, được sử dụng trong nghiên cứu khoa học và trong thực tiễn thương mại, là sử dụng một thang cân. Họ so sánh các lực kéo cả hai tải. Nhưng xét theo cách này, ví dụ, chì và nhôm có cùng khối lượng, chúng ta có thể giả định rằng các vật có khối lượng bằng nhau thì có khối lượng bằng nhau. Nhưng trên thực tế, ở đây chúng ta đang nói về hai loại khối lượng hoàn toàn khác nhau - khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn.

Đại lượng trong công thức Đại diện cho một khối lượng quán tính. Trong các thí nghiệm với xe đẩy, được gia tốc bằng lò xo, giá trị đóng vai trò là đặc trưng của "độ nặng của chất" cho thấy mức độ khó truyền gia tốc cho vật đang xét. Đặc trưng định lượng là tỷ lệ. Khối lượng này là thước đo quán tính, xu hướng của các hệ thống cơ học chống lại sự thay đổi trạng thái. Khối lượng là một thuộc tính phải giống nhau ở gần bề mặt Trái đất, trên Mặt trăng và trong không gian sâu và ở trung tâm Trái đất. Mối liên hệ của nó với lực hấp dẫn và điều gì thực sự xảy ra khi cân?

Hoàn toàn độc lập với khối lượng quán tính, người ta có thể đưa ra khái niệm khối lượng hấp dẫn là lượng vật chất bị Trái đất hút.

Chúng tôi tin rằng trường hấp dẫn của Trái đất là giống nhau đối với tất cả các vật thể trong đó, nhưng chúng tôi quy

metam khối lượng khác nhau, tỷ lệ với lực hút của các vật thể này bởi trường. Đây là khối lượng hấp dẫn. Ta nói rằng các vật thể khác nhau có trọng lượng khác nhau vì chúng có khối lượng hấp dẫn khác nhau sẽ bị trường hấp dẫn hút. Như vậy, theo định nghĩa, khối lượng hấp dẫn tỷ lệ thuận với trọng lượng cũng như lực hấp dẫn. Khối lượng hấp dẫn xác định lực mà vật thể bị Trái đất hút. Đồng thời, lực hấp dẫn là tương hỗ: nếu Trái đất hút một hòn đá, thì hòn đá cũng hút trái đất. Điều này có nghĩa là khối lượng hấp dẫn của một vật thể cũng quyết định nó thu hút một vật thể khác, Trái đất, mạnh mẽ như thế nào. Do đó, khối lượng hấp dẫn đo lượng vật chất mà lực hấp dẫn của trái đất tác động lên, hoặc lượng vật chất gây ra lực hút giữa các vật thể.

Lực hút trọng trường tác dụng lên hai miếng chì giống hệt nhau gấp đôi một miếng chì. Khối lượng hấp dẫn của các miếng chì phải tỷ lệ với khối lượng quán tính, vì khối lượng của cả hai rõ ràng là tỷ lệ thuận với số nguyên tử chì. Điều tương tự cũng áp dụng cho các mảnh bằng bất kỳ chất liệu nào khác, chẳng hạn như sáp, nhưng làm thế nào để một miếng chì so với một miếng sáp? Câu trả lời cho câu hỏi này được đưa ra bởi một thí nghiệm tượng trưng về nghiên cứu sự rơi của các vật thể có kích thước khác nhau từ đỉnh tháp nghiêng nghiêng Pisa, theo truyền thuyết, được thực hiện bởi Galileo. Thả hai mảnh vật liệu có kích thước bất kỳ. Chúng rơi với cùng một gia tốc g. Lực tác dụng lên một vật và tạo cho nó gia tốc6 là lực hút của Trái đất tác dụng lên vật này. Lực hút của các thiên thể bởi Trái đất tỉ lệ với khối lượng hấp dẫn. Nhưng trọng lực truyền cùng một gia tốc g cho tất cả các vật thể. Do đó, lực hấp dẫn, giống như trọng lượng, phải tỷ lệ với khối lượng quán tính. Do đó, các vật thể có hình dạng bất kỳ đều có tỷ lệ khối lượng như nhau.

Nếu chúng ta lấy 1 kg làm đơn vị của cả hai khối lượng, thì khối lượng hấp dẫn và quán tính sẽ giống nhau đối với tất cả các vật thể có kích thước từ bất kỳ vật liệu nào và ở bất kỳ vị trí nào.

Đây là cách nó được chứng minh. Hãy để chúng tôi so sánh tiêu chuẩn kilôgam làm bằng bạch kim6 với một viên đá chưa biết khối lượng. Hãy so sánh khối lượng quán tính của chúng bằng cách cho từng vật lần lượt chuyển động theo phương ngang dưới tác dụng của một lực nào đó và đo gia tốc. Cho rằng khối lượng của hòn đá là 5,31 kg. Lực hấp dẫn của Trái đất không liên quan đến sự so sánh này. Sau đó, chúng tôi so sánh khối lượng hấp dẫn của cả hai thiên thể bằng cách đo lực hấp dẫn giữa mỗi thiên thể và một thiên thể thứ ba nào đó, đơn giản nhất là Trái đất. Điều này có thể được thực hiện bằng cách cân cả hai cơ thể. Chúng ta sẽ thấy rằng khối lượng hấp dẫn của viên đá cũng là 5,31 kg.

Hơn nửa thế kỷ trước khi Newton đề xuất định luật vạn vật hấp dẫn của mình, Johannes Kepler (1571-1630) đã phát hiện ra rằng “chuyển động phức tạp của các hành tinh trong hệ mặt trời có thể được mô tả bằng ba định luật đơn giản. Định luật Kepler củng cố niềm tin vào giả thuyết Copernic rằng các hành tinh cũng quay quanh mặt trời.

Vào đầu thế kỷ 17, khẳng định rằng các hành tinh quay quanh Mặt trời chứ không phải xung quanh Trái đất là một dị giáo lớn nhất. Giordano Bruno, người công khai bảo vệ hệ thống Copernicus, đã bị Tòa án dị giáo kết án là kẻ dị giáo và bị thiêu sống. Ngay cả Gallileo vĩ đại, mặc dù có tình bạn thân thiết với Giáo hoàng, cũng bị Tòa án Dị giáo bỏ tù, lên án và buộc phải công khai từ bỏ quan điểm của mình.

Vào những ngày đó, những lời dạy của Aristotle và Ptolemy được coi là thiêng liêng và bất khả xâm phạm, nói rằng quỹ đạo của các hành tinh hình thành là kết quả của những chuyển động phức tạp dọc theo một hệ thống các vòng tròn. Vì vậy, để mô tả quỹ đạo của sao Hỏa, cần có một tá vòng tròn với nhiều đường kính khác nhau. Johannes Kepler đặt ra nhiệm vụ “chứng minh” rằng Sao Hỏa và Trái đất phải xoay quanh Mặt trời. Ông đang cố gắng tìm ra một quỹ đạo có dạng hình học đơn giản nhất, nó sẽ khớp chính xác với vô số phép đo vị trí của hành tinh. Nhiều năm tính toán tẻ nhạt trôi qua trước khi Kepler có thể hình thành ba định luật đơn giản mô tả rất chính xác chuyển động của tất cả các hành tinh:

Luật đầu tiên: Mỗi hành tinh chuyển động theo hình elip

một trong những trọng tâm của nó là

Luật thứ hai: Vectơ bán kính (đường nối Mặt trời

và hành tinh) mô tả ở những khoảng thời gian bằng nhau

thời gian khu vực bằng nhau

Luật thứ ba: Bình phương các thời kỳ của các hành tinh

tỷ lệ với các hình khối của phương tiện của chúng

khoảng cách từ mặt trời:

R 1 3 / T 1 2 = R 2 3 / T 2 2

Ý nghĩa của các công trình của Kepler là rất lớn. Ông đã khám phá ra các định luật mà Newton sau đó kết nối với định luật vạn vật hấp dẫn. Tất nhiên, bản thân Kepler cũng không nhận ra khám phá của mình sẽ dẫn đến điều gì. "Ông ấy đã tham gia vào những gợi ý tẻ nhạt về các quy tắc thực nghiệm, mà trong tương lai Newton được cho là sẽ dẫn đến một dạng hợp lý." Kepler không thể giải thích tại sao sự tồn tại của quỹ đạo hình elip, nhưng ngưỡng mộ sự thật rằng chúng tồn tại.

Trên cơ sở định luật thứ ba của Kepler, Newton kết luận rằng lực hút phải giảm khi khoảng cách tăng lên, và lực hút đó phải thay đổi khi (khoảng cách) -2. Bằng cách khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn, Newton đã chuyển ý tưởng đơn giản về chuyển động của mặt trăng cho toàn bộ hệ hành tinh. Ông đã chỉ ra rằng sức hút, theo các định luật mà ông suy ra, xác định chuyển động của các hành tinh theo quỹ đạo hình elip, và Mặt trời phải nằm ở một trong những trọng tâm của hình elip. Ông có thể dễ dàng suy ra hai định luật khác của Kepler, cũng tuân theo giả thuyết về vạn vật hấp dẫn của ông. Những định luật này có hiệu lực nếu chỉ tính đến lực hút của Mặt trời. Nhưng người ta cũng phải tính đến ảnh hưởng của các hành tinh khác đối với một hành tinh đang chuyển động, mặc dù trong hệ mặt trời những điểm hấp dẫn này là nhỏ so với sức hút của mặt trời.

Định luật thứ hai của Kepler dựa trên sự phụ thuộc tùy ý của lực hút vào khoảng cách, nếu lực này tác động dọc theo một đường thẳng nối các tâm của hành tinh và Mặt trời. Nhưng định luật thứ nhất và thứ ba của Kepler chỉ được thỏa mãn bởi định luật tỷ lệ nghịch của lực hút đối với bình phương khoảng cách.

Để có được định luật thứ ba của Kepler, Newton chỉ cần kết hợp các định luật chuyển động với định luật vạn vật hấp dẫn. Đối với trường hợp quỹ đạo tròn, người ta có thể lập luận như sau: cho một hành tinh có khối lượng bằng m chuyển động với vận tốc v dọc theo đường tròn bán kính R quanh Mặt trời, có khối lượng bằng M. Có thể thực hiện chuyển động này. chỉ khi có ngoại lực tác dụng lên hành tinh F = mv 2 / R, hành tinh này tạo ra gia tốc hướng tâm v 2 / R. Giả sử rằng lực hút giữa Mặt trời và hành tinh chỉ tạo ra một lực cần thiết. Sau đó:

GMm / r 2 = mv 2 / R

và khoảng cách r giữa m và M bằng bán kính quỹ đạo R. Nhưng tốc độ

trong đó T là thời gian hành tinh thực hiện một cuộc cách mạng. sau đó

Để có được định luật thứ ba của Kepler, bạn cần chuyển tất cả R và T về một phía của phương trình, và tất cả các đại lượng khác sang phía kia:

R 3 / T 2 \ u003d GM / 4 2

Nếu bây giờ chúng ta đi đến một hành tinh khác với bán kính quỹ đạo khác và chu kỳ quay vòng, thì tỷ lệ mới sẽ lại bằng GM / 4 2; giá trị này sẽ giống nhau đối với tất cả các hành tinh, vì G là hằng số phổ quát, và khối lượng M là như nhau đối với tất cả các hành tinh quay quanh Mặt trời. Do đó, giá trị của R 3 / T 2 sẽ giống nhau đối với tất cả các hành tinh theo định luật thứ ba của Kepler. Tính toán này cho phép bạn có được định luật thứ ba cho quỹ đạo hình elip, nhưng trong trường hợp này R là giá trị trung bình giữa khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất của hành tinh từ Mặt trời.

Được trang bị các phương pháp toán học mạnh mẽ và được hướng dẫn bởi trực giác xuất sắc, Newton đã áp dụng lý thuyết của mình vào một số lượng lớn các vấn đề trong NGUYÊN TẮC liên quan đến các đặc điểm của Mặt trăng, Trái đất, các hành tinh khác và chuyển động của chúng, cũng như các thiên thể khác: vệ tinh, sao chổi.

Mặt trăng trải qua nhiều nhiễu động làm lệch nó khỏi chuyển động tròn đều. Trước hết, nó di chuyển dọc theo một hình elip Keplerian, ở một trong những tâm điểm là Trái đất, giống như bất kỳ vệ tinh nào. Nhưng quỹ đạo này trải qua những biến đổi nhỏ do sức hút của Mặt trời. Vào lúc trăng non, mặt trăng gần mặt trời hơn trăng tròn, xuất hiện muộn hơn hai tuần; nguyên nhân này làm thay đổi lực hút, dẫn đến làm chậm lại và tăng tốc độ chuyển động của mặt trăng trong tháng. Hiệu ứng này tăng lên khi Mặt trời ở gần hơn vào mùa đông, do đó các biến thể hàng năm về tốc độ của Mặt trăng cũng được quan sát thấy. Ngoài ra, những thay đổi trong lực hút mặt trời làm thay đổi tính elip của quỹ đạo mặt trăng; quỹ đạo mặt trăng lệch lên xuống, mặt phẳng của quỹ đạo quay chậm dần đều. Như vậy, Newton đã chỉ ra rằng những bất thường được ghi nhận trong chuyển động của Mặt trăng là do lực hấp dẫn phổ quát gây ra. Ông đã không phát triển vấn đề thu hút Mặt Trời ở tất cả các chi tiết, chuyển động của Mặt Trăng vẫn là một vấn đề phức tạp, nó đang được phát triển với mức độ chi tiết ngày càng cao cho đến ngày nay.

Thủy triều đại dương từ lâu vẫn là một bí ẩn, dường như có thể được giải thích bằng cách thiết lập mối liên hệ của chúng với chuyển động của mặt trăng. Tuy nhiên, mọi người tin rằng một kết nối như vậy không thể thực sự tồn tại, và thậm chí Galileo còn chế giễu ý tưởng này. Newton đã chỉ ra rằng sự lên xuống của thủy triều là do lực hút không đồng đều của nước trong đại dương từ phía mặt trăng. Tâm của quỹ đạo Mặt Trăng không trùng với tâm của Trái Đất. Mặt Trăng và Trái Đất cùng quay quanh khối tâm chung của chúng. Khối tâm này nằm cách tâm Trái Đất khoảng 4800 km, cách bề mặt Trái Đất chỉ 1600 km. Khi Trái đất kéo Mặt trăng thì Mặt trăng kéo lên Trái đất một lực bằng nhau và ngược chiều, do đó lực Mv 2 / r sinh ra làm cho Trái đất chuyển động quanh một khối tâm chung với chu kỳ bằng một tháng. . Phần đại dương gần Mặt trăng bị hút mạnh hơn (nó ở gần hơn), nước dâng lên - và thủy triều hình thành. Phần đại dương nằm ở khoảng cách xa hơn so với Mặt trăng bị hút yếu hơn so với phần đất liền, và phần này của đại dương cũng có một đám nước nhô lên. Do đó, có hai đợt triều cường trong 24 giờ. Mặt trời cũng gây ra thủy triều, mặc dù không quá mạnh, bởi vì một khoảng cách lớn từ mặt trời làm dịu đi sự không đồng đều của lực hút.

Newton đã tiết lộ bản chất của sao chổi - những vị khách này của hệ mặt trời, luôn khơi dậy sự thích thú và thậm chí là nỗi kinh hoàng thiêng liêng. Newton đã chỉ ra rằng sao chổi chuyển động theo quỹ đạo hình elip rất dài, với Mặt trời là trọng tâm nước. Chuyển động của chúng được xác định, giống như chuyển động của các hành tinh, bởi lực hấp dẫn. Nhưng chúng có độ lớn rất nhỏ nên chỉ có thể nhìn thấy chúng khi đi qua gần Mặt trời. Có thể đo được quỹ đạo hình elip của sao chổi và có thể dự đoán chính xác thời gian nó quay trở lại khu vực của chúng ta. Sự trở lại thường xuyên của chúng vào những ngày dự đoán cho phép chúng tôi xác minh các quan sát của mình và cung cấp thêm một xác nhận khác về định luật vạn vật hấp dẫn.

Trong một số trường hợp, sao chổi trải qua một nhiễu động hấp dẫn mạnh, đi qua gần các hành tinh lớn và chuyển sang một quỹ đạo mới với chu kỳ khác. Đó là lý do tại sao chúng ta biết rằng sao chổi có khối lượng nhỏ: các hành tinh ảnh hưởng đến chuyển động của chúng, và sao chổi không ảnh hưởng đến chuyển động của các hành tinh, mặc dù chúng tác động lên chúng với cùng một lực.

Sao chổi di chuyển quá nhanh và hiếm đến mức ngày nay các nhà khoa học đang chờ đợi thời điểm các phương tiện hiện đại có thể được áp dụng để nghiên cứu một sao chổi lớn.

Nếu bạn nghĩ về vai trò của lực hấp dẫn đối với sự sống của hành tinh chúng ta, thì toàn bộ đại dương của các hiện tượng sẽ mở ra, và thậm chí là đại dương theo nghĩa đen của từ: đại dương nước, đại dương không khí. Nếu không có lực hấp dẫn, chúng sẽ không tồn tại.

Lực hấp dẫn, còn được gọi là lực hút hoặc lực hấp dẫn, là một thuộc tính phổ quát của vật chất mà tất cả các vật thể và cơ thể trong Vũ trụ đều sở hữu. Bản chất của lực hấp dẫn là tất cả các cơ thể vật chất tự hút tất cả các cơ thể khác xung quanh mình.

Trọng lực

Nếu lực hấp dẫn là một khái niệm và chất lượng chung mà tất cả các vật thể trong Vũ trụ sở hữu, thì lực hút của trái đất là một trường hợp đặc biệt của hiện tượng bao trùm này. Trái đất tự thu hút tất cả các đối tượng vật chất có trên nó. Nhờ đó, con người và động vật có thể di chuyển xung quanh trái đất một cách an toàn, sông, biển và đại dương có thể ở bên trong bờ biển của chúng, và không khí không thể bay qua các vùng rộng lớn của Vũ trụ, nhưng tạo thành bầu khí quyển của hành tinh chúng ta.

Một câu hỏi công bằng được đặt ra: nếu tất cả các vật thể đều có trọng lực, tại sao Trái đất lại thu hút con người và động vật đến với chính nó, mà không phải ngược lại? Thứ nhất, chúng ta cũng hút Trái đất về phía mình, chỉ là so với lực hút của nó, lực hút của chúng ta không đáng kể. Thứ hai, lực hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng của vật thể: vật có khối lượng càng nhỏ thì lực hấp dẫn của nó càng giảm.

Chỉ số thứ hai mà lực hút phụ thuộc là khoảng cách giữa các vật: khoảng cách càng lớn thì tác dụng của trọng lực càng ít. Bao gồm cả do điều này, các hành tinh chuyển động theo quỹ đạo của chúng, và không rơi vào nhau.

Đáng chú ý là Trái đất, Mặt trăng, Mặt trời và các hành tinh khác đều có hình dạng hình cầu chính xác bởi lực hấp dẫn. Nó hoạt động theo hướng của trung tâm, kéo về phía nó chất tạo nên "cơ thể" của hành tinh.

Trường hấp dẫn của trái đất

Trường hấp dẫn của Trái đất là trường năng lượng được hình thành xung quanh hành tinh của chúng ta do tác dụng của hai lực:

• Trọng lực;
• lực ly tâm, do sự xuất hiện của nó do sự quay của Trái đất quanh trục của nó (quay hàng ngày).

Vì cả lực hấp dẫn và lực ly tâm đều hoạt động không ngừng, nên trường hấp dẫn cũng là một hiện tượng không đổi.

Lực hấp dẫn của Mặt trời, Mặt trăng và một số thiên thể khác, cũng như khối lượng khí quyển của Trái đất, có ảnh hưởng không đáng kể đến trường.

Định luật hấp dẫn và Ngài Isaac Newton

Nhà vật lý người Anh, Ngài Isaac Newton, theo một truyền thuyết nổi tiếng, trong một lần đi dạo trong vườn vào ban ngày, ông đã nhìn thấy mặt trăng trên bầu trời. Cùng lúc đó, một quả táo rơi khỏi cành. Khi đó Newton đang nghiên cứu quy luật chuyển động và biết rằng một quả táo rơi xuống dưới tác động của trường hấp dẫn, và Mặt trăng quay theo quỹ đạo quanh Trái đất.

Và rồi ý nghĩ nảy ra trong đầu một nhà khoa học lỗi lạc, được soi sáng bởi cái nhìn sâu sắc, rằng có lẽ quả táo rơi xuống trái đất, tuân theo cùng một lực tác động lên Mặt Trăng trong quỹ đạo của nó, và không lao lên một cách ngẫu nhiên khắp thiên hà. Đây là cách định luật vạn vật hấp dẫn, còn được gọi là Định luật thứ ba của Newton, được phát hiện.

Trong ngôn ngữ của các công thức toán học, định luật này có dạng như sau:

F=GMm / D2 ,

ở đâu F- lực hấp dẫn lẫn nhau giữa hai vật thể;

M- khối lượng của phần thân thứ nhất;

m- khối lượng của vật thể thứ hai;

D2- khoảng cách giữa hai cơ thể;

G- hằng số hấp dẫn, bằng 6,67x10 -11.

Lực hấp dẫn là lực mạnh nhất trong Vũ trụ, là một trong bốn nền tảng cơ bản của vũ trụ, quyết định cấu trúc của nó. Một lần, nhờ có cô ấy, các hành tinh, các ngôi sao và toàn bộ thiên hà đã xuất hiện. Ngày nay, nó giữ cho Trái đất trên quỹ đạo trong hành trình không bao giờ kết thúc quanh Mặt trời.

Sự hấp dẫn có tầm quan trọng lớn đối với cuộc sống hàng ngày của một người. Nhờ lực vô hình này, các đại dương của thế giới chúng ta đập loạn xạ, sông chảy, hạt mưa rơi xuống đất. Từ khi còn nhỏ, chúng ta đã cảm nhận được sức nặng của cơ thể và các vật xung quanh. Ảnh hưởng của lực hấp dẫn đối với hoạt động kinh tế của chúng ta cũng rất lớn.

Lý thuyết đầu tiên về lực hấp dẫn được tạo ra bởi Isaac Newton vào cuối thế kỷ 17. Định luật vạn vật hấp dẫn của ông mô tả sự tương tác này trong khuôn khổ của cơ học cổ điển. Hiện tượng này được Einstein mô tả rộng rãi hơn trong thuyết tương đối rộng của ông, được công bố vào đầu thế kỷ trước. Các quá trình xảy ra với lực hấp dẫn ở cấp độ của các hạt cơ bản nên được giải thích bằng thuyết lượng tử của lực hấp dẫn, nhưng nó vẫn chưa được tạo ra.

Ngày nay chúng ta biết nhiều hơn về bản chất của lực hấp dẫn so với thời của Newton, nhưng bất chấp nhiều thế kỷ nghiên cứu, nó vẫn là một trở ngại thực sự trong vật lý hiện đại. Có rất nhiều điểm trắng trong lý thuyết hiện tại về lực hấp dẫn, và chúng ta vẫn chưa hiểu chính xác điều gì tạo ra nó, và sự tương tác này được chuyển giao như thế nào. Và, tất nhiên, chúng ta còn rất xa mới có thể kiểm soát được lực hấp dẫn, do đó, phản trọng lực hay lực bay sẽ chỉ tồn tại trên các trang tiểu thuyết khoa học viễn tưởng trong một thời gian dài sắp tới.

Cái gì rơi xuống đầu Newton?

Mọi người luôn nghĩ về bản chất của lực hút các vật thể vào trái đất, nhưng chỉ đến thế kỷ 17, Isaac Newton mới vén được bức màn bí mật. Cơ sở cho sự đột phá của ông được đặt ra bởi các công trình của Kepler và Galileo, những nhà khoa học lỗi lạc đã nghiên cứu chuyển động của các thiên thể.

Một thế kỷ rưỡi trước khi có Định luật Newton về vạn vật hấp dẫn, nhà thiên văn học người Ba Lan Copernicus tin rằng lực hút là “... không gì khác hơn là mong muốn tự nhiên mà cha đẻ của Vũ trụ ban tặng cho tất cả các hạt, cụ thể là hợp nhất thành một tổng thể chung , tạo thành các cơ thể có dạng hình cầu. ” Mặt khác, Descartes coi sức hút là kết quả của sự xáo trộn trong thế giới ether. Nhà triết học và nhà khoa học người Hy Lạp Aristotle đã chắc chắn rằng khối lượng ảnh hưởng đến tốc độ rơi của các vật thể. Và chỉ có Galileo Galilei vào cuối thế kỷ 16 đã chứng minh rằng điều này là không đúng: nếu không có lực cản của không khí, tất cả các vật thể đều tăng tốc như nhau.

Trái ngược với truyền thuyết phổ biến về cái đầu và quả táo, Newton đã đi tìm hiểu bản chất của lực hấp dẫn trong hơn hai mươi năm. Định luật hấp dẫn của ông là một trong những khám phá khoa học quan trọng nhất mọi thời đại. Nó phổ biến và cho phép bạn tính toán quỹ đạo của các thiên thể và mô tả chính xác hành vi của các vật thể xung quanh chúng ta. Lý thuyết cổ điển về lực hấp dẫn đã đặt nền tảng của cơ học thiên thể. Ba định luật của Newton đã cho các nhà khoa học cơ hội khám phá những hành tinh mới theo đúng nghĩa đen "trên đầu cây bút", cuối cùng nhờ chúng mà một người đã có thể vượt qua lực hấp dẫn của trái đất và bay vào vũ trụ. Họ đã đưa ra một cơ sở khoa học chặt chẽ theo quan niệm triết học về sự thống nhất vật chất của vũ trụ, trong đó mọi hiện tượng tự nhiên đều liên kết với nhau và được điều khiển bởi những quy luật vật lý phổ biến.

Newton không chỉ công bố một công thức cho phép bạn tính toán lực hút các vật thể vào nhau là gì, ông đã tạo ra một mô hình tổng thể, bao gồm cả phân tích toán học. Những kết luận lý thuyết này đã nhiều lần được xác nhận trong thực tế, kể cả với sự trợ giúp của các phương pháp hiện đại nhất.

Trong lý thuyết Newton, bất kỳ đối tượng vật chất nào cũng tạo ra một trường hấp dẫn, được gọi là trường hấp dẫn. Hơn nữa, lực tỷ lệ thuận với khối lượng của cả hai vật và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng:

F = (G m1 m2) / r2

G là hằng số hấp dẫn, bằng 6,67 × 10−11 m³ / (kg s²). Henry Cavendish là người đầu tiên tính toán nó vào năm 1798.

Trong cuộc sống hàng ngày và các bộ môn ứng dụng, lực mà trái đất kéo lên một vật thể được gọi là trọng lượng của nó. Lực hút giữa hai đối tượng vật chất bất kỳ trong vũ trụ là lực hấp dẫn nói một cách đơn giản.

Lực hút là lực yếu nhất trong bốn tương tác cơ bản của vật lý, nhưng do các tính năng của nó, nó có thể điều chỉnh chuyển động của các hệ sao và thiên hà:

• Lực hút hoạt động ở bất kỳ khoảng cách nào, đây là sự khác biệt chính giữa lực hấp dẫn và tương tác hạt nhân mạnh và yếu. Với khoảng cách tăng dần, ảnh hưởng của nó giảm đi, nhưng nó không bao giờ trở thành bằng không, vì vậy chúng ta có thể nói rằng ngay cả hai nguyên tử nằm ở các đầu khác nhau của thiên hà cũng gây ảnh hưởng lẫn nhau. Nó chỉ rất nhỏ;
• Lực hấp dẫn là phổ quát. Trường hấp dẫn vốn có trong bất kỳ cơ thể vật chất nào. Các nhà khoa học vẫn chưa phát hiện ra một vật thể nào trên hành tinh của chúng ta hoặc trong không gian sẽ không tham gia vào loại tương tác này, vì vậy vai trò của lực hấp dẫn đối với sự sống của Vũ trụ là rất lớn. Ở điểm này, lực hấp dẫn khác với tương tác điện từ, mà ảnh hưởng của chúng đối với các quá trình vũ trụ là nhỏ nhất, vì trong tự nhiên hầu hết các vật thể đều trung hòa về điện. Lực hấp dẫn không thể bị giới hạn hoặc bị che chắn;
• Lực hấp dẫn không chỉ tác động lên vật chất, mà còn tác động lên năng lượng. Đối với ông, thành phần hóa học của các vật thể không quan trọng, chỉ có khối lượng của chúng mới đóng vai trò quan trọng.

Sử dụng công thức Newton, có thể dễ dàng tính được lực hút. Ví dụ, lực hấp dẫn trên Mặt trăng ít hơn nhiều lần so với trên Trái đất, bởi vì vệ tinh của chúng ta có khối lượng tương đối nhỏ. Nhưng nó là đủ để hình thành thủy triều thường xuyên trong Đại dương Thế giới. Ở Trái Đất, gia tốc rơi tự do vào khoảng 9,81 m / s2. Hơn nữa, ở các cực, nó có phần lớn hơn ở xích đạo.

Mặc dù có tầm quan trọng to lớn đối với sự phát triển hơn nữa của khoa học, các định luật của Newton có một số điểm yếu khiến các nhà nghiên cứu ám ảnh. Không rõ trọng lực hoạt động như thế nào trong không gian hoàn toàn trống rỗng trong khoảng cách rộng lớn, và với tốc độ không thể hiểu được. Ngoài ra, dữ liệu dần dần bắt đầu tích lũy mâu thuẫn với các định luật của Newton: ví dụ, nghịch lý hấp dẫn hoặc sự dịch chuyển của điểm cận nhật của sao Thủy. Rõ ràng là lý thuyết vạn vật hấp dẫn cần được cải thiện. Vinh dự này thuộc về nhà vật lý lỗi lạc người Đức Albert Einstein.

Tính hấp dẫn và tính tương đối

Việc Newton từ chối thảo luận về bản chất của lực hấp dẫn ("Tôi không đưa ra giả thuyết") là một điểm yếu rõ ràng trong khái niệm của ông. Không có gì ngạc nhiên khi nhiều lý thuyết về lực hấp dẫn đã xuất hiện trong những năm sau đó.

Hầu hết chúng thuộc về cái gọi là mô hình thủy động lực học, mô hình này cố gắng biện minh cho sự xuất hiện của lực hấp dẫn bằng tương tác cơ học của các đối tượng vật chất với một số chất trung gian có những đặc tính nhất định. Các nhà nghiên cứu gọi nó theo cách khác: "chân không", "ête", "luồng hấp thụ", v.v. Trong trường hợp này, lực hút giữa các vật thể phát sinh do sự thay đổi của chất này, khi nó bị hấp thụ bởi các vật thể hoặc màn hình. chảy. Trên thực tế, tất cả các lý thuyết như vậy đều có một nhược điểm nghiêm trọng: dự đoán khá chính xác sự phụ thuộc của lực hấp dẫn vào khoảng cách, lẽ ra chúng phải dẫn đến sự giảm tốc của các vật thể chuyển động so với “ether” hoặc “dòng graviton”.

Einstein tiếp cận vấn đề này từ một góc độ khác. Trong thuyết tương đối rộng (GR) của ông, lực hấp dẫn không được coi là tương tác của các lực, mà là thuộc tính của bản thân không-thời gian. Vật nào có khối lượng làm cho nó bị uốn cong thì vật đó gây ra lực hút. Trong trường hợp này, lực hấp dẫn là một hiệu ứng hình học, được xem xét trong khuôn khổ của hình học phi Euclid.

Nói một cách đơn giản, liên tục không-thời gian ảnh hưởng đến vật chất, gây ra chuyển động của nó. Và điều đó, đến lượt nó, ảnh hưởng đến không gian, "chỉ ra" cho nó cách uốn cong.

Lực hút cũng tác động trong mô hình vi mô, nhưng ở cấp độ hạt cơ bản, ảnh hưởng của chúng so với tương tác tĩnh điện là không đáng kể. Các nhà vật lý tin rằng tương tác hấp dẫn không thua kém phần còn lại trong những khoảnh khắc đầu tiên (10-43 giây) sau Vụ nổ lớn.

Hiện tại, khái niệm lực hấp dẫn, được đề xuất trong thuyết tương đối rộng, là giả thuyết hoạt động chính được đa số cộng đồng khoa học chấp nhận và được xác nhận bởi kết quả của nhiều thí nghiệm.

Einstein trong công trình nghiên cứu của mình đã thấy trước những tác động tuyệt vời của lực hấp dẫn, hầu hết trong số đó đã được xác nhận. Ví dụ, khả năng của các vật thể lớn có thể bẻ cong các tia sáng và thậm chí làm chậm thời gian trôi qua. Hiện tượng sau nhất thiết phải tính đến trong hoạt động của các hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu như GLONASS và GPS, nếu không sau vài ngày sai số của chúng sẽ lên đến hàng chục km.

Ngoài ra, hệ quả của lý thuyết Einstein là cái gọi là hiệu ứng tinh vi của lực hấp dẫn, chẳng hạn như trường trọng trường và lực cản của hệ quy chiếu quán tính (hay còn gọi là hiệu ứng Lense-Thirring). Những biểu hiện này của lực hấp dẫn rất yếu nên trong một thời gian dài không thể phát hiện ra. Chỉ trong năm 2005, nhờ sứ mệnh Gravity Probe B độc đáo của NASA, hiệu ứng Lense-Thirring đã được xác nhận.

Bức xạ hấp dẫn hoặc khám phá cơ bản nhất trong những năm gần đây

Sóng hấp dẫn là những dao động trong cấu trúc hình học không-thời gian lan truyền với tốc độ ánh sáng. Sự tồn tại của hiện tượng này cũng đã được Einstein tiên đoán trong thuyết tương đối rộng, nhưng do lực hấp dẫn yếu, độ lớn của nó rất nhỏ nên không thể phát hiện ra trong một thời gian dài. Chỉ có bằng chứng gián tiếp ủng hộ sự tồn tại của bức xạ.

Những sóng như vậy tạo ra bất kỳ đối tượng vật chất nào chuyển động với gia tốc không đối xứng. Các nhà khoa học mô tả chúng là "những gợn sóng của không-thời gian." Các nguồn bức xạ mạnh nhất như vậy là các thiên hà va chạm và hệ thống sụp đổ bao gồm hai vật thể. Ví dụ điển hình của trường hợp sau là sự hợp nhất của các lỗ đen hoặc sao neutron. Trong các quá trình như vậy, bức xạ hấp dẫn có thể vượt qua hơn 50% tổng khối lượng của hệ thống.

Sóng hấp dẫn lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2015 bởi hai đài quan sát LIGO. Gần như ngay lập tức, sự kiện này nhận được danh hiệu là khám phá lớn nhất trong vật lý trong những thập kỷ gần đây. Năm 2017, ông được trao giải Nobel. Sau đó, các nhà khoa học đã phát hiện ra bức xạ hấp dẫn nhiều lần nữa.

Quay trở lại những năm 70 của thế kỷ trước - rất lâu trước khi xác nhận thực nghiệm - các nhà khoa học đã đề xuất sử dụng bức xạ hấp dẫn để liên lạc đường dài. Ưu điểm chắc chắn của nó là khả năng cao đi qua bất kỳ chất nào mà không bị hấp thụ. Nhưng hiện tại điều này khó có thể thực hiện được, vì có những khó khăn rất lớn trong việc tạo và nhận các sóng này. Đúng, và chúng ta vẫn chưa có đủ kiến ​​thức thực sự về bản chất của lực hấp dẫn.

Ngày nay, một số hệ thống cài đặt tương tự như LIGO đang hoạt động ở các quốc gia khác nhau trên thế giới và những hệ thống mới đang được xây dựng. Rất có thể chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về bức xạ hấp dẫn trong tương lai gần.

Các lý thuyết thay thế về vạn vật hấp dẫn và lý do tạo ra chúng

Hiện tại, khái niệm chủ đạo về lực hấp dẫn là thuyết tương đối rộng. Toàn bộ mảng dữ liệu thử nghiệm và quan sát hiện có phù hợp với nó. Đồng thời, nó có một số lượng lớn các điểm yếu thẳng thắn và các điểm gây tranh cãi, vì vậy những nỗ lực tạo ra các mô hình mới giải thích bản chất của lực hấp dẫn vẫn chưa dừng lại.

Tất cả các lý thuyết về vạn vật hấp dẫn được phát triển cho đến nay có thể được chia thành một số nhóm chính:

• Tiêu chuẩn;
• thay thế;
• lượng tử;
• lý thuyết trường thống nhất.

Những nỗ lực để tạo ra một khái niệm mới về vạn vật hấp dẫn đã được thực hiện vào đầu thế kỷ 19. Nhiều tác giả đã đưa vào nó ete hoặc lý thuyết phân tử về ánh sáng. Nhưng sự xuất hiện của thuyết tương đối rộng đã đặt dấu chấm hết cho những nghiên cứu này. Sau khi được công bố, mục tiêu của các nhà khoa học đã thay đổi - giờ đây nỗ lực của họ là nhằm cải thiện mô hình Einstein, bao gồm các hiện tượng tự nhiên mới trong đó: sự quay của các hạt, sự giãn nở của Vũ trụ, v.v.

Vào đầu những năm 1980, các nhà vật lý đã bác bỏ bằng thực nghiệm tất cả các khái niệm ngoại trừ những khái niệm bao gồm thuyết tương đối rộng như một bộ phận hợp thành. Vào thời điểm này, "lý thuyết dây" đã đi vào thời trang, có vẻ rất hứa hẹn. Nhưng thực nghiệm xác nhận những giả thuyết này vẫn chưa được tìm thấy. Trong những thập kỷ qua, khoa học đã đạt đến những đỉnh cao đáng kể và đã tích lũy được một lượng lớn dữ liệu thực nghiệm. Ngày nay, những nỗ lực tạo ra các lý thuyết thay thế về lực hấp dẫn được lấy cảm hứng chủ yếu từ các nghiên cứu vũ trụ học liên quan đến các khái niệm như "vật chất tối", "lạm phát", "năng lượng tối".

Một trong những nhiệm vụ chính của vật lý hiện đại là thống nhất hai hướng cơ bản: thuyết lượng tử và thuyết tương đối rộng. Các nhà khoa học tìm cách kết nối sự hấp dẫn với các loại tương tác khác, do đó tạo ra một “lý thuyết về mọi thứ”. Đây chính xác là những gì mà lực hấp dẫn lượng tử thực hiện, một nhánh của vật lý cố gắng đưa ra một mô tả lượng tử về tương tác hấp dẫn. Một nhánh của hướng này là lý thuyết về lực hấp dẫn vòng lặp.

Mặc dù đã nỗ lực tích cực và lâu dài nhưng mục tiêu này vẫn chưa đạt được. Và nó thậm chí không phải là sự phức tạp của vấn đề này: nó chỉ là lý thuyết lượng tử và thuyết tương đối rộng dựa trên các mô hình hoàn toàn khác nhau. Cơ học lượng tử đề cập đến các hệ thống vật lý hoạt động dựa trên nền tảng của không-thời gian thông thường. Và trong lý thuyết tương đối, bản thân không-thời gian là một thành phần động phụ thuộc vào các tham số của hệ thống cổ điển có trong nó.

Cùng với những giả thuyết khoa học về vạn vật hấp dẫn, có những giả thuyết khác rất xa với vật lý hiện đại. Thật không may, trong những năm gần đây, những "lựa chọn" như vậy chỉ đơn giản là tràn ngập Internet và các kệ sách của các nhà sách. Một số tác giả của những tác phẩm như vậy thường thông báo cho người đọc rằng lực hấp dẫn không tồn tại, và các định luật của Newton và Einstein chỉ là phát minh và trò lừa bịp.

Một ví dụ là công trình của "nhà khoa học" Nikolai Levashov, người tuyên bố rằng Newton đã không khám phá ra định luật vạn vật hấp dẫn, và chỉ có các hành tinh và vệ tinh của chúng ta trên Mặt Trăng mới có lực hấp dẫn trong hệ Mặt Trời. Bằng chứng được đưa ra bởi "nhà khoa học Nga" này khá kỳ lạ. Một trong số đó là chuyến bay của tàu thăm dò Mỹ NEAR Shoemaker tới tiểu hành tinh Eros, diễn ra vào năm 2000. Levashov coi việc thiếu lực hút giữa tàu thăm dò và thiên thể là bằng chứng về sự giả dối trong các công trình của Newton và âm mưu của các nhà vật lý che giấu sự thật về lực hấp dẫn với con người.

Trên thực tế, tàu vũ trụ đã hoàn thành xuất sắc sứ mệnh của mình: đầu tiên, nó đi vào quỹ đạo của tiểu hành tinh, và sau đó hạ cánh nhẹ nhàng trên bề mặt của nó.

Lực hấp dẫn nhân tạo và nó dùng để làm gì

Có hai khái niệm liên quan đến lực hấp dẫn, bất chấp tình trạng lý thuyết hiện tại của chúng, đã được công chúng biết đến nhiều. Đây là những phản trọng lực và trọng lực nhân tạo.

Phản trọng lực là quá trình chống lại lực hút, có thể làm giảm đáng kể lực hút hoặc thậm chí thay thế nó bằng lực đẩy. Việc làm chủ công nghệ như vậy sẽ dẫn đến một cuộc cách mạng thực sự trong giao thông vận tải, hàng không, khám phá không gian và thay đổi hoàn toàn cuộc sống của chúng ta. Nhưng hiện tại, khả năng phản trọng lực thậm chí chưa có xác nhận về mặt lý thuyết. Hơn nữa, theo thuyết tương đối rộng, một hiện tượng như vậy không khả thi chút nào, vì không thể có khối lượng âm trong Vũ trụ của chúng ta. Rất có thể trong tương lai chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về lực hấp dẫn và học cách chế tạo máy bay dựa trên nguyên lý này.

Lực hấp dẫn nhân tạo là sự thay đổi do con người tạo ra trong lực hấp dẫn hiện có. Ngày nay, chúng ta không thực sự cần công nghệ như vậy, nhưng tình hình chắc chắn sẽ thay đổi sau khi bắt đầu du hành vũ trụ dài hạn. Và nó liên quan đến sinh lý của chúng ta. Cơ thể con người, đã "quen" với hàng triệu năm tiến hóa với lực hấp dẫn không đổi của Trái đất, nhận thức tác động của việc giảm trọng lực là vô cùng tiêu cực. Ở lại lâu ngay cả trong điều kiện lực hấp dẫn của mặt trăng (yếu hơn trái đất sáu lần) có thể dẫn đến những hậu quả đáng buồn. Ảo tưởng về sức hút có thể được tạo ra bằng cách sử dụng các lực vật lý khác, chẳng hạn như quán tính. Tuy nhiên, các tùy chọn này rất phức tạp và tốn kém. Hiện tại, lực hấp dẫn nhân tạo thậm chí còn chưa có những biện minh lý thuyết, rõ ràng là khả năng triển khai thực tế của nó là vấn đề của một tương lai rất xa.

Lực hấp dẫn là một khái niệm được mọi người biết đến từ thời đi học. Có vẻ như các nhà khoa học nên tìm hiểu kỹ lưỡng về hiện tượng này! Nhưng lực hấp dẫn vẫn là bí ẩn sâu sắc nhất đối với khoa học hiện đại. Và đây có thể được gọi là một ví dụ xuất sắc cho thấy hiểu biết của con người về thế giới rộng lớn và tuyệt vời của chúng ta còn hạn chế như thế nào.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào - hãy để lại ở phần bình luận bên dưới bài viết. Chúng tôi hoặc khách của chúng tôi sẽ vui lòng trả lời họ.

Chúng ta sống trên Trái đất, chúng ta di chuyển dọc theo bề mặt của nó, như thể dọc theo rìa của một vách đá nhô lên trên một vực thẳm không đáy. Chúng ta chỉ bị giữ lại trên bờ vực thẳm này bởi những gì ảnh hưởng đến chúng ta. trọng lực của trái đất; chúng ta không rơi khỏi bề mặt trái đất chỉ vì chúng ta có, như người ta nói, một trọng lượng nào đó. Chúng ta sẽ ngay lập tức bay ra khỏi “vách đá” này và nhanh chóng bay vào vực thẳm của không gian nếu lực hấp dẫn của hành tinh chúng ta đột ngột ngừng tác động. Chúng ta sẽ không ngừng lao vào vực thẳm của không gian thế giới, không biết lên hay xuống.

Sự chuyển động của trái đất

Của anh ấy chuyển động trên trái đất chúng ta cũng mắc nợ trọng lực. Chúng ta đi bộ trên Trái đất và liên tục vượt qua sức cản của lực này, cảm nhận hành động của nó, giống như một gánh nặng nào đó trên đôi chân của chúng ta. "Tải trọng" này đặc biệt tạo ra cảm giác khi leo núi, khi bạn phải kéo nó, giống như một loại quả nặng treo trên chân bạn. Nó không kém phần ảnh hưởng mạnh khi xuống núi, buộc chúng ta phải tăng tốc bước. Khắc phục công của trọng trường khi chuyển động trên Trái Đất. Những hướng này - "lên" và "xuống" - chỉ được chỉ định cho chúng ta bằng trọng lực. Tại tất cả các điểm trên bề mặt trái đất, nó hướng gần như về tâm của Trái đất. Do đó, khái niệm "đáy" và "đỉnh" sẽ hoàn toàn trái ngược với cái gọi là phản mã, tức là những người sống trên các phần đối diện hoàn toàn với bề mặt Trái đất. Ví dụ, hướng đối với những người sống ở Mátxcơva hiển thị "xuống", đối với cư dân của Tierra del Fuego hiển thị "lên". Chỉ đường hiển thị "xuống" cho những người ở cực và ở đường xích đạo tạo thành một góc vuông; chúng vuông góc với nhau. Bên ngoài Trái đất, khi di chuyển ra xa nó, lực hấp dẫn giảm, vì lực hút giảm (lực hút của Trái đất, giống như của bất kỳ thiên thể nào khác, kéo dài vô hạn trong không gian) và lực ly tâm tăng lên. , làm giảm lực hấp dẫn. Do đó, chúng ta nâng một số tải trọng, ví dụ như trong khinh khí cầu càng cao, thì tải trọng này càng giảm.

Lực ly tâm của Trái đất

Do sự quay hàng ngày, lực ly tâm của trái đất. Lực này tác dụng khắp mọi nơi trên bề mặt Trái đất theo phương vuông góc với trục của trái đất và hướng ra xa nó. Lực ly tâm nhỏ so với Trọng lực. Tại đường xích đạo, nó đạt giá trị lớn nhất. Nhưng ngay cả ở đây, theo tính toán của Newton, lực ly tâm chỉ bằng 1/289 lực hút. Càng xa xích đạo về phía bắc, lực ly tâm càng ít. Ở cực, nó là số không.
Tác dụng của lực li tâm của Trái đất. Ở một số độ cao lực ly tâm sẽ tăng đến mức nó sẽ bằng lực hút, và lực hấp dẫn trước tiên sẽ bằng không, và sau đó, với khoảng cách ngày càng tăng so với Trái đất, nó sẽ có giá trị âm và sẽ liên tục tăng, được hướng theo hướng ngược lại so với Trái đất.

Trọng lực

Kết quả của lực hút Trái đất và lực li tâm được gọi là Trọng lực. Lực hấp dẫn tại tất cả các điểm trên bề mặt trái đất sẽ giống nhau nếu quả bóng hoàn toàn chính xác và đều đặn của chúng ta, nếu khối lượng của nó có cùng mật độ ở mọi nơi, và cuối cùng, nếu không có chuyển động quay quanh trục hàng ngày. Nhưng, vì Trái đất của chúng ta không phải là một quả bóng thông thường, không bao gồm các loại đá có cùng mật độ ở tất cả các bộ phận của nó và quay mọi lúc, do đó, trọng lực tại mỗi điểm trên bề mặt trái đất hơi khác nhau. Do đó, tại mọi điểm trên bề mặt trái đất độ lớn của lực hấp dẫn phụ thuộc vào độ lớn của lực li tâm làm giảm lực hút, vào mật độ của đá trên trái đất và khoảng cách từ tâm trái đất.. Khoảng cách này càng lớn thì trọng lực càng ít. Bán kính của Trái đất, ở một đầu, giống như nó, nằm so với đường xích đạo của trái đất, là bán kính lớn nhất. Bán kính có điểm ở cực Bắc hoặc cực Nam là điểm cuối của chúng là nhỏ nhất. Do đó, tất cả các vật thể ở xích đạo có trọng lực nhỏ hơn (trọng lượng ít hơn) so với ở cực. Được biết rằng lực hấp dẫn ở cực lớn hơn ở xích đạo 1/289. Sự khác biệt này về trọng lực của các vật thể giống nhau ở xích đạo và ở cực có thể được tìm thấy bằng cách cân chúng với một cân bằng lò xo. Nếu chúng ta cân các cơ thể trên cân có trọng lượng, thì chúng ta sẽ không nhận thấy sự khác biệt này. Cán cân sẽ hiển thị cùng một trọng lượng cả ở cực và ở xích đạo; trọng lượng, giống như cơ thể đang được cân, tất nhiên cũng sẽ thay đổi trọng lượng.
Cân lò xo như một cách để đo lực hấp dẫn ở xích đạo và ở cực. Giả sử rằng một con tàu có hàng hóa nặng ở vùng cực, gần cực, khoảng 289 nghìn tấn. Khi đến các cảng gần đường xích đạo, một con tàu với hàng hóa sẽ chỉ nặng khoảng 288.000 tấn. Như vậy, tại đường xích đạo, con tàu bị mất khối lượng khoảng một nghìn tấn. Tất cả các vật thể được lưu giữ trên bề mặt trái đất chỉ do trọng lực tác động lên chúng. Buổi sáng, bước ra khỏi giường, bạn chỉ có thể hạ chân xuống sàn vì lực này kéo chân xuống.

Lực hấp dẫn bên trong Trái đất

Hãy xem nó thay đổi như thế nào trọng lực bên trong trái đất. Khi chúng ta đi sâu hơn vào Trái đất, lực hấp dẫn liên tục tăng lên đến một độ sâu nhất định. Ở độ sâu khoảng một nghìn km, lực hấp dẫn sẽ có giá trị cực đại (lớn nhất) và sẽ tăng khoảng năm phần trăm so với giá trị trung bình của nó trên bề mặt trái đất (9,81 m / s). Khi đi sâu hơn nữa, lực hấp dẫn sẽ liên tục giảm và ở tâm Trái đất sẽ bằng không.

Các giả định liên quan đến sự quay của Trái đất

Của chúng ta trái đất quay thực hiện một cuộc cách mạng hoàn toàn trên trục của nó trong 24 giờ. Lực ly tâm được biết là tăng tỷ lệ với bình phương của vận tốc góc. Do đó, nếu Trái đất tăng tốc độ quay quanh trục của nó 17 lần, thì lực ly tâm sẽ tăng gấp 17 lần bình phương, tức là 289 lần. Ở điều kiện bình thường, như đã nói ở trên, lực ly tâm ở xích đạo bằng 1/289 lực hấp dẫn. Với sự gia tăng 17 lần lực hút và lực li tâm làm bằng nhau. Lực hấp dẫn - kết quả của hai lực này - với sự gia tăng tốc độ quay theo trục của Trái đất sẽ bằng không.
Giá trị của lực li tâm trong quá trình quay của Trái đất. Tốc độ quay của Trái đất quanh trục của nó được gọi là tới hạn, vì với tốc độ quay như vậy của hành tinh chúng ta, tất cả các thiên thể ở xích đạo sẽ mất trọng lượng. Thời lượng trong ngày trong trường hợp quan trọng này sẽ là khoảng 1 giờ 25 phút. Với gia tốc quay của Trái đất hơn nữa, tất cả các vật thể (chủ yếu ở đường xích đạo) trước tiên sẽ mất trọng lượng, sau đó bị lực ly tâm ném vào không gian, và bản thân Trái đất sẽ bị xé ra bởi cùng một lực. Kết luận của chúng tôi sẽ đúng nếu Trái đất là một vật thể hoàn toàn rắn và khi gia tốc chuyển động quay của nó, sẽ không thay đổi hình dạng của nó, nói cách khác, nếu bán kính của đường xích đạo của trái đất vẫn giữ nguyên giá trị của nó. Nhưng người ta biết rằng với gia tốc quay của Trái đất, bề mặt của nó sẽ phải trải qua một số biến dạng: nó sẽ bắt đầu co lại theo hướng của các cực và mở rộng theo hướng của xích đạo; nó sẽ ngày càng xuất hiện nhiều hơn và phẳng hơn. Chiều dài của bán kính đường xích đạo của trái đất sau đó sẽ bắt đầu tăng lên và do đó làm tăng lực ly tâm. Như vậy, các thiên thể ở xích đạo sẽ mất đi lực hấp dẫn trước khi tốc độ quay của Trái đất tăng lên 17 lần, và thảm họa xảy đến với Trái đất trước một ngày sẽ giảm thời lượng của nó xuống còn 1 giờ 25 phút. Nói cách khác, tốc độ quay tới hạn của Trái đất sẽ ít hơn một chút, và độ dài tối đa trong ngày sẽ dài hơn một chút. Hãy tưởng tượng trong tâm trí rằng tốc độ quay của Trái đất, do một số lý do không xác định, sẽ tiến gần đến điểm quan trọng. Sau đó, cư dân trên trái đất sẽ ra sao? Trước hết, ở mọi nơi trên Trái đất, một ngày sẽ mất khoảng hai hoặc ba giờ. Ngày và đêm sẽ thay đổi theo kiểu vạn hoa một cách nhanh chóng. Mặt trời, giống như trong một thiên văn, sẽ di chuyển rất nhanh trên bầu trời, và ngay khi bạn thức dậy và tắm rửa sạch sẽ, nó sẽ ẩn sau đường chân trời và đêm sẽ đến thay thế nó. Mọi người sẽ không còn điều hướng chính xác trong thời gian. Sẽ không ai biết đó là ngày nào trong tháng và ngày thứ mấy trong tuần. Cuộc sống bình thường của con người sẽ vô tổ chức. Đồng hồ quả lắc sẽ chạy chậm lại và sau đó dừng ở mọi nơi. Họ đi bộ bởi vì trọng lực tác động lên họ. Xét cho cùng, trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, khi "người đi bộ" bắt đầu tụt lại phía sau hoặc chạy vội, cần phải thu ngắn hoặc kéo dài con lắc của họ, hoặc thậm chí treo thêm một số quả nặng lên con lắc. Các cơ quan ở đường xích đạo sẽ giảm trọng lượng của chúng. Trong những điều kiện tưởng tượng này, có thể dễ dàng nâng những cơ thể rất nặng. Sẽ không có gì khó khăn khi bạn phải gánh một con ngựa, một con voi, hay thậm chí nâng cả một ngôi nhà. Những con chim sẽ mất khả năng hạ cánh. Đây là một đàn chim sẻ bay lượn trên một cái máng có nước. Chúng kêu lớn, nhưng không thể hạ xuống. Một số ít hạt do anh ta ném ra sẽ treo lơ lửng trên Trái đất thành các hạt riêng biệt. Xa hơn nữa, hãy để tốc độ quay của Trái đất ngày càng tiến gần đến ngưỡng tới hạn. Hành tinh của chúng ta đang bị biến dạng mạnh mẽ và có vẻ ngoài ngày càng phẳng hơn. Nó được ví như một băng chuyền quay nhanh và có nguy cơ hất tung cư dân của nó. Sau đó các con sông sẽ ngừng chảy. Chúng sẽ là những đầm lầy tù đọng lâu ngày. Những con tàu biển khổng lồ sẽ gần như không chạm vào mặt nước với đáy của chúng, tàu ngầm sẽ không thể lặn xuống sâu dưới đáy biển, cá và động vật biển sẽ bơi trên mặt biển và đại dương, chúng sẽ không còn khả năng ẩn nấp. ở độ sâu của biển. Các thủy thủ sẽ không còn khả năng neo đậu, không còn làm chủ bánh lái của con tàu của mình, các con tàu lớn nhỏ sẽ đứng bất động. Đây là một hình ảnh tưởng tượng khác. Xe lửa chở khách đứng tại ga. Còi đã được thổi; đoàn tàu phải rời bến. Người lái xe đã thực hiện tất cả các biện pháp cần thiết. Người pha trò hào phóng ném than vào lò. Tia lửa lớn bay ra từ ống khói của đầu máy hơi nước. Các bánh xe đang quay một cách tuyệt vọng. Nhưng đầu máy vẫn đứng yên. Bánh xe của nó không chạm vào đường ray và không có ma sát giữa chúng. Thời điểm sẽ đến khi mọi người sẽ không thể xuống sàn; chúng sẽ bám như ruồi lên trần nhà. Để tốc độ quay của Trái đất không ngừng tăng lên. Lực ly tâm ngày càng vượt trội về độ lớn so với lực hút ... Khi đó con người, động vật, đồ gia dụng, nhà cửa, mọi đồ vật trên Trái Đất, toàn bộ thế giới động vật của nó sẽ bị ném vào thế giới vũ trụ. Lục địa Australia sẽ tách khỏi Trái đất và lơ lửng trong không gian giống như một đám mây đen khổng lồ. Châu Phi sẽ bay vào đáy vực sâu lặng lẽ, cách xa Trái đất. Các vùng nước của Ấn Độ Dương sẽ biến thành một số lượng lớn các giọt hình cầu và cũng sẽ bay vào khoảng cách vô biên. Biển Địa Trung Hải, chưa có thời gian để biến thành những giọt tích tụ khổng lồ, sẽ tách khỏi đáy với toàn bộ độ dày của nước, cùng với đó, nó có thể tự do đi qua từ Naples đến Algiers. Cuối cùng, tốc độ quay sẽ tăng lên rất nhiều, lực ly tâm sẽ tăng lên đến mức toàn bộ Trái đất sẽ bị xé toạc. Tuy nhiên, điều này cũng không thể xảy ra. Tốc độ quay của Trái đất, như chúng ta đã nói ở trên, không tăng lên, mà ngược lại, nó thậm chí còn giảm đi một chút - tuy nhiên, nó nhỏ đến mức, như chúng ta đã biết, trong 50 nghìn năm thời gian của ngày tăng lên. chỉ một giây. Nói cách khác, Trái đất giờ đây quay với tốc độ cần thiết cho hệ động thực vật trên hành tinh của chúng ta sinh sôi nảy nở dưới nhiệt lượng, những tia sáng mang lại sự sống của Mặt trời trong nhiều thiên niên kỷ.

Giá trị ma sát

Bây giờ chúng ta hãy xem những gì vấn đề ma sát và điều gì sẽ xảy ra nếu nó không có ở đó. Ma sát, như chúng ta đã biết, có tác hại đối với quần áo của chúng ta: áo khoác sẽ làm tuột tay áo trước, và làm mòn đế giày, vì tay áo và đế giày là nơi chịu ma sát nhiều nhất. Nhưng hãy tưởng tượng trong giây lát rằng bề mặt hành tinh của chúng ta vốn đã được đánh bóng rất tốt, hoàn toàn nhẵn và khả năng xảy ra ma sát sẽ bị loại trừ. Chúng ta có thể đi trên một bề mặt như vậy không? Dĩ nhiên là không. Mọi người đều biết rằng ngay cả trên băng và trên sàn xây xát, rất khó đi lại và bạn phải cẩn thận để không bị ngã. Nhưng bề mặt của băng và mặt sàn bị cọ xát vẫn có một số ma sát.
Lực ma sát đối với nước đá. Nếu lực ma sát biến mất trên bề mặt Trái đất, thì sự hỗn loạn không thể diễn tả sẽ mãi mãi ngự trị trên hành tinh của chúng ta. Nếu không có xích mích, biển sẽ nổi sóng mãi và bão tố sẽ không bao giờ nguôi ngoai. Những cơn lốc xoáy cát sẽ không ngừng treo lơ lửng trên Trái đất, và gió sẽ không ngừng thổi. Những âm thanh du dương của piano, violin và tiếng gầm rú khủng khiếp của các loài động vật săn mồi sẽ hòa trộn và lan truyền không ngừng trong không khí. Trong trường hợp không có ma sát, một vật thể chuyển động sẽ không bao giờ dừng lại. Trên bề mặt trái đất hoàn toàn nhẵn, các vật thể và vật thể khác nhau sẽ mãi mãi bị trộn lẫn theo nhiều hướng khác nhau. Thật nực cười và bi thảm sẽ là thế giới của Trái đất, nếu không có ma sát và lực hút của Trái đất.

Obi-Wan Kenobi nói rằng sức mạnh giữ cả thiên hà lại với nhau. Điều tương tự cũng có thể nói về lực hấp dẫn. Thực tế là lực hấp dẫn cho phép chúng ta đi trên Trái đất, Trái đất quay quanh Mặt trời và Mặt trời quay quanh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta. Làm thế nào để hiểu về lực hấp dẫn? Về điều này - trong bài báo của chúng tôi.

Hãy nói ngay rằng bạn sẽ không tìm thấy ở đây một câu trả lời chính xác rõ ràng cho câu hỏi "Lực hấp dẫn là gì." Bởi vì nó không tồn tại! Lực hấp dẫn là một trong những hiện tượng bí ẩn nhất mà các nhà khoa học vẫn chưa thể giải thích hết bản chất của nó.

Có rất nhiều giả thuyết và ý kiến. Có hơn một tá lý thuyết về lực hấp dẫn, lý thuyết thay thế và cổ điển. Chúng tôi sẽ xem xét những điều thú vị, phù hợp và hiện đại nhất.

Muốn biết thêm thông tin hữu ích và tin tức mới mỗi ngày? Tham gia với chúng tôi trên điện tín.

Lực hấp dẫn là một tương tác cơ bản vật lý

Có 4 tương tác cơ bản trong vật lý. Nhờ họ, thế giới chính xác là như vậy. Lực hấp dẫn là một trong những lực này.

Tương tác cơ bản:

• Trọng lực;
• điện từ học;
• tương tác mạnh mẽ;
• tương tác yếu.

Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong bốn lực cơ bản.

Hiện tại, lý thuyết hiện tại mô tả lực hấp dẫn là GR (thuyết tương đối rộng). Nó được đề xuất bởi Albert Einstein vào năm 1915-1916.

Tuy nhiên, chúng ta biết rằng còn quá sớm để nói về sự thật cuối cùng. Rốt cuộc, vài thế kỷ trước khi thuyết tương đối rộng ra đời trong vật lý, lý thuyết Newton, vốn đã được mở rộng đáng kể, đã chiếm ưu thế trong việc mô tả lực hấp dẫn.

Hiện tại, không thể giải thích và mô tả tất cả các vấn đề liên quan đến lực hấp dẫn trong khuôn khổ của thuyết tương đối rộng.

Trước Newton, người ta tin rằng trọng lực trên trái đất và trọng lực thiên thể là những thứ khác nhau. Người ta tin rằng các hành tinh chuyển động theo quy luật riêng của chúng, khác với quy luật lý tưởng của trái đất.

Newton phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn vào năm 1667. Tất nhiên, luật này đã tồn tại ngay cả trong thời kỳ khủng long và trước đó rất nhiều.

Các nhà triết học cổ đại đã nghĩ về sự tồn tại của lực hấp dẫn. Galileo đã thực nghiệm tính toán gia tốc rơi tự do trên Trái đất, phát hiện ra rằng nó giống nhau đối với các vật thể có khối lượng bất kỳ. Kepler đã nghiên cứu quy luật chuyển động của các thiên thể.

Newton đã có thể hình thành và tổng quát hóa các kết quả của các quan sát. Đây là những gì anh ấy nhận được:

Hai vật hút nhau bằng một lực gọi là lực hấp dẫn hay lực hấp dẫn.

Công thức của lực hút giữa các vật là:

G là hằng số hấp dẫn, m là khối lượng của các vật thể, r là khoảng cách giữa các khối tâm của các vật thể.

Ý nghĩa vật lý của hằng số hấp dẫn là gì? Nó bằng lực mà các vật có khối lượng 1 kilôgam tác dụng lên nhau, cách nhau 1m.

Theo lý thuyết của Newton, mọi vật thể đều tạo ra một trường hấp dẫn. Tính chính xác của định luật Newton đã được kiểm tra ở khoảng cách nhỏ hơn một cm. Tất nhiên, đối với khối lượng nhỏ các lực này không đáng kể và có thể được bỏ qua.

Công thức Newton có thể áp dụng cho cả việc tính toán lực hút của các hành tinh đối với mặt trời và các vật thể nhỏ. Đơn giản là chúng ta không nhận thấy lực mà các quả bóng trên bàn bida bị hút. Tuy nhiên, lực này tồn tại và có thể được tính toán.

Lực hút tác động giữa bất kỳ thiên thể nào trong vũ trụ. Hiệu ứng của nó mở rộng đến bất kỳ khoảng cách nào.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton không giải thích bản chất của lực hút, nhưng thiết lập các mẫu định lượng. Lý thuyết của Newton không mâu thuẫn với thuyết tương đối rộng. Nó khá đầy đủ để giải quyết các vấn đề thực tế trên quy mô của Trái đất và để tính toán chuyển động của các thiên thể.

Lực hấp dẫn trong thuyết tương đối rộng

Mặc dù thực tế là lý thuyết của Newton khá áp dụng trong thực tế, nhưng nó có một số thiếu sót. Định luật vạn vật hấp dẫn là một mô tả toán học, nhưng không đưa ra ý tưởng về bản chất vật lý cơ bản của sự vật.

Theo Newton, lực hút tác dụng ở mọi khoảng cách. Và nó hoạt động ngay lập tức. Xem xét rằng tốc độ nhanh nhất trên thế giới là tốc độ ánh sáng, có một sự khác biệt. Làm thế nào mà lực hấp dẫn có thể tác động tức thời ở bất kỳ khoảng cách nào, khi ánh sáng không cần ngay lập tức, mà là vài giây hoặc thậm chí vài năm để vượt qua chúng?

Trong khuôn khổ của thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn không được coi là một lực tác dụng lên các vật thể, mà là một độ cong của không gian và thời gian dưới tác dụng của khối lượng. Như vậy, lực hấp dẫn không phải là lực tương tác.

Tác dụng của trọng lực là gì? Hãy thử mô tả nó bằng phép loại suy.

Hãy tưởng tượng không gian như một tấm đàn hồi. Nếu bạn đặt một quả bóng tennis nhẹ lên nó, bề mặt sẽ vẫn bằng phẳng. Nhưng nếu bạn đặt một quả nặng bên cạnh quả bóng, nó sẽ đẩy một lỗ trên bề mặt, và quả bóng sẽ bắt đầu lăn về phía có khối lượng lớn và nặng. Đây là "lực hấp dẫn".

Nhân tiện! Đối với độc giả của chúng tôi, hiện đã giảm giá 10% cho bất kỳ loại công việc nào

Khám phá sóng hấp dẫn

Sóng hấp dẫn đã được Albert Einstein dự đoán vào năm 1916, nhưng chúng chỉ được phát hiện một trăm năm sau, vào năm 2015.

Sóng hấp dẫn là gì? Hãy rút ra một phép loại suy một lần nữa. Nếu bạn ném một viên đá vào vùng nước lặng, các vòng tròn sẽ đi trên mặt nước từ nơi nó rơi xuống. Sóng hấp dẫn là những gợn sóng, nhiễu loạn giống nhau. Không chỉ trên mặt nước, mà trong thế giới không-thời gian.

Thay vì nước - không-thời gian, và thay vì đá, hãy nói, một lỗ đen. Bất kỳ chuyển động có gia tốc nào của khối lượng đều tạo ra sóng hấp dẫn. Nếu các vật ở trạng thái rơi tự do, khoảng cách giữa chúng sẽ thay đổi khi có sóng hấp dẫn truyền qua.

Vì lực hấp dẫn là một lực rất yếu nên việc phát hiện ra sóng hấp dẫn có liên quan đến những khó khăn kỹ thuật lớn. Các công nghệ hiện đại đã làm cho nó có thể phát hiện một vụ nổ sóng hấp dẫn chỉ từ các nguồn siêu lớn.

Một sự kiện thích hợp để đăng ký sóng hấp dẫn là sự hợp nhất của các lỗ đen. Thật không may hoặc may mắn, điều này xảy ra khá hiếm. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã quản lý để ghi lại một làn sóng cuộn qua không gian của Vũ trụ theo đúng nghĩa đen.

Để ghi lại sóng hấp dẫn, một máy dò đường kính 4 km đã được chế tạo. Trong quá trình truyền sóng, người ta ghi lại dao động của gương trên vật treo trong chân không và sự giao thoa của ánh sáng phản xạ từ chúng.

Sóng hấp dẫn đã xác nhận tính đúng đắn của thuyết tương đối rộng.

Lực hấp dẫn và các hạt cơ bản

Trong mô hình chuẩn, các hạt cơ bản nhất định chịu trách nhiệm cho mỗi tương tác. Chúng ta có thể nói rằng các hạt là hạt mang tương tác.

Graviton chịu trách nhiệm về lực hấp dẫn - một hạt giả thuyết không khối lượng có năng lượng. Nhân tiện, trong tài liệu riêng biệt của chúng tôi, hãy đọc thêm về boson Higgs và các hạt cơ bản khác gây ra nhiều tiếng ồn.

Cuối cùng, đây là một số sự thật thú vị về lực hấp dẫn.

10 sự thật về lực hấp dẫn

1. Để thắng được lực hút của Trái đất, vật phải có vận tốc bằng 7,91 km / s. Đây là tốc độ vũ trụ đầu tiên. Nó là đủ để một vật thể (ví dụ, một tàu thăm dò không gian) di chuyển trên quỹ đạo quanh hành tinh.
2. Để thoát khỏi trường hấp dẫn của Trái đất, một tàu vũ trụ phải có tốc độ ít nhất là 11,2 km / s. Đây là vận tốc vũ trụ thứ hai.
3. Vật thể có lực hấp dẫn mạnh nhất là lỗ đen. Lực hấp dẫn của chúng mạnh đến mức chúng thậm chí còn thu hút cả ánh sáng (photon).
4. Bạn sẽ không tìm thấy lực hấp dẫn trong bất kỳ phương trình nào của cơ học lượng tử. Thực tế là khi bạn cố gắng đưa lực hấp dẫn vào các phương trình, chúng sẽ mất đi tính liên quan. Đây là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong vật lý hiện đại.
5. Từ trọng lực bắt nguồn từ tiếng Latin "gravis", có nghĩa là "nặng".
6. Vật có khối lượng càng lớn thì lực hấp dẫn càng mạnh. Nếu một người nặng 60 kilôgam trên Trái đất cân trên Sao Mộc, thì cân sẽ hiển thị 142 kilôgam.
7. Các nhà khoa học NASA đang cố gắng phát triển một chùm tia hấp dẫn cho phép các vật thể di chuyển không tiếp xúc, vượt qua lực hấp dẫn.
8. Các phi hành gia trên quỹ đạo cũng trải qua lực hấp dẫn. Cụ thể hơn là vi trọng lực. Họ dường như rơi không ngừng cùng với con tàu mà họ đang ở.
9. Lực hấp dẫn luôn thu hút và không bao giờ đẩy lùi.
10. Một lỗ đen có kích thước bằng quả bóng tennis kéo các vật thể có cùng lực với hành tinh của chúng ta.

Bây giờ bạn đã biết định nghĩa của lực hấp dẫn và bạn có thể nói công thức nào được sử dụng để tính lực hút. Nếu tảng đá khoa học đang kìm hãm bạn khó hơn trọng lực, hãy liên hệ với dịch vụ sinh viên của chúng tôi. Chúng tôi sẽ giúp bạn học dễ dàng dưới khối lượng công việc nặng nề nhất!