Почему вы приземляетесь на землю, а не улетаете в космос когда прыгаете вверх? Почему вещи падают, когда вы их подбрасываете? Ответ - гравитация: невидимая сила, которая притягивает объекты друг к другу.
Сила тяжести
Всемирное тяготение — это свойство тел притягиваться друг к другу, которое проявляется для всех известных нам объектов. Притягиваются абсолютно все тела во вселенной, но чем больше массы тел и чем ближе они находятся, тем сильнее сила притяжения между ними. Поэтому заметнее всего эта сила проявляется для больших и массивных тел, таких как звезды и планеты. Силу притяжения для тяжелых и сильно удаленных друг от друга тел заметить сложнее, то же происходит и в случае, когда тела находятся близко, но имеют небольшую массу. Только благодаря очень точным приборам удается надежно регистрировать силу тяготения в таких случаях.
Находясь на поверхности Земли, мы ощущаем действие всемирного тяготения как силу, которая притягивает все тела к центру нашей планеты. Она называется силой тяжести и не дает улететь подброшенным вверх предметам, возвращая их обратно на Землю. Сила тяжести с точностью до множителя совпадает с массой тела, что дает нам возможность измерять массу на весах, например с помощью гирек. Из этого также следует, что абсолютно все тела вблизи земной поверхности падают с одинаковым ускорением.
Только благодаря сопротивлению воздуха мы наблюдаем различия в скорости падения тяжелых свинцовых грузов и легких пушинок.
Современные технические средства, такие как ракеты, позволяют сообщить телам такую большую скорость, что сила тяжести не может вернуть их на Землю. Поэтому иногда говорят, что космонавты и конструкторы ракет одержали победу над силой тяжести. Такая скорость называется космической.
Различают:
1) первую космическую скорость, которую необходимо сообщить спутнику, чтобы вывести его на орбиту (такой спутник уже никогда не упадет, если на него не воздействовать какой-либо силой);
2) вторую космическую скорость, которую надо развить, чтобы улететь от Земли сколь угодно далеко;
3) третья космическая скорость необходима для того чтобы покинуть Солнечную систему;
4) четвертая космическая скорость - это минимальная скорость, с которой нужно двигаться, чтобы преодолеть притяжение нашей галактики.
Эти скорости очень высоки (первая – 7,9 км/с, вторая – 11,2 км/с, третья - 16,65 км/с , четвертая космическая скорость разная для каждой из точек Млечного Пути - вблизи нашего Солнца она составляет около 550 км/с), примерно в десять раз больше, чем скорости самых быстрых реактивных самолетов. Первую космическую скорость развил космический корабль Юрия Гагарина, вторую – лунные корабли «Аполлон» и межпланетные космические станции.
Явление гравитации
Гравитация была первым физическим явлением, которое ученые смогли описать, используя язык математических формул. Несмотря на отдельные успехи некоторых античных научных школ в астрономии и геометрии, многие древние философы имели неправильное представление о свойствах тяготения. Например, Аристотель считал, что тяжелые предметы падают с большей скоростью, чем легкие. Такое представление было опровергнуто только в XVI веке знаменитым Галилеем, который обнаружил, что все тела падают одинаково, когда на них не действует сопротивление воздуха. Важный вклад в изучение гравитации внес также Кеплер, а до него — Коперник.
Правильную формулу для закона всемирного тяготения нашел английский математик Исаак Ньютон:
Опубликованные им научные работы произвели настоящую революцию в механике и астрономии, так как хорошо описывали движение планет и звезд в Галактике.
Только в XX веке Альберт Эйнштейн получил более точные законы для описания гравитации, разработав Общую теорию относительности. Эта теория помогает понять и правильно описать поведение тел очень большой массы, на очень больших расстояниях и скоростях.
Несмотря на многовековую историю, гравитация и сегодня таит множество загадок и нерешенных проблем:
Как образуются и развиваются гигантские квазары и черные дыры?
Что представляет собой темная материя?
Как ведет себя гравитация на микроскопических расстояниях?
Может ли существовать антигравитация, то есть взаимное отталкивание тел?
На эти и многие другие вопросы только предстоит найти ответ будущим исследователям.
Если вам понравилась статья, поставьте лайк и подпишитесь на канал Научпоп. Наука для всех. Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!