Большинство и толком не знает, что это такое!
Гравитация или притяжение — это эффект, заставляющий все вещества массы или энергии притягиваться друг к другу, что является основным взаимодействием.
Это источник веса объектов на поверхности Земли.
В связи с развитием концепции физики семантика терминов также менялась со временем. Согласно определению строго различаемых терминов, гравитация используется для взаимодействия между небесными телами и в то же время как воздействия земли на объекты на ней.
Хотя разница между гравитацией и притяжением очень мала, разница между ними все же есть.
При рассмотрении вращения Земли система отсчета поверхности является вращающейся системой отсчета, а не инерциальной системой. Следовательно, гравитация — это «объединенная сила всемирного тяготения Земли и инерциальная центробежная сила». Гравитацию, на которую влияет центробежная сила, можно точно описать как «кажущуюся гравитацию».
Гравитация и электромагнитное взаимодействие, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие вместе составляют четыре основных взаимодействия природы. Среди этих четырех основных взаимодействий гравитация является самой слабой, но она также является эффективной силой дальнего действия.
В современной физике явление гравитации, как правило, точно описывается общей теорией относительности, которая считает, что гравитация отражает характеристики инерции объекта при искривлении времени и пространства. Закон всемирного тяготения Ньютона в классической механике является превосходным приблизительным описанием силы тяжести при нормальных физических условиях.
На земле объект подвергается воздействию силы тяжести земли, вызывающей ускорение свободного падения, и его направление вертикально вниз, в результате чего объект падает на землю. Эта сила тяжести также придает объекту вес. Во вселенной гравитация собирает материю для формирования небесных тел, и в то же время небесные тела притягиваются друг к другу, образуя систему небесных тел, вращающихся в соответствии со своими орбитами. Кроме того, притяжение Луны и Солнца к воде на земле формирует приливы и отливы на земле.
Теоретическая история.
Закон всемирного тяготения Ньютона.
В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал закон всемирного тяготения в своей книге «Математические принципы натуральной философии». Закон всемирного тяготения Ньютона формулируется следующим образом：
Каждая частица во вселенной притягивает каждую другую частицу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Если массы двух частиц равны и если расстояние между ними равно r, то сила всемирного тяготения F между ними равна:
Среди них она (гравитация) называется гравитационной постоянной (или универсальной гравитационной постоянной). Значение гравитационной постоянной, рекомендованное CODATA в 2018 году, составляет:
G = (6,67430 ± 0,00015)·10 –11 м 3 /кг·с 2
Эта формула применима только тогда, когда расстояние между двумя объектами намного больше геометрического размера объекта, и объект можно грубо рассматривать как частицу. В противном случае объект должен быть разделен на достаточно мелкие частицы, между ними должна быть рассчитана сила тяжести, а затем интегрирована.
Единицей тяжести является Ньютон (N) или Дина (dyn). В Международной системе единиц вес объекта весом 1 килограмм на поверхности земли составляет приблизительно:
8kg*m*s⁻²
В системе CGS вес объекта в 1 грамм на поверхности земли составляет приблизительно:
980g*cm*s⁻²
Общая теория относительности.
В 1916 году Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности, теорию гравитации, описанную геометрическим языком, которая представляет собой высочайший уровень исследований теории гравитации в современной физике. Общая теория относительности включает классический закон всемирного тяготения Ньютона в рамках специальной теории относительности. В общей теории относительности гравитация описывается как геометрическое свойство (кривизна) пространства-времени; и эта кривизна пространства-времени напрямую связана с тензором энергии-импульса вещества и излучения в пространстве-времени, и ее контакт представляет собой уравнение поля Эйнштейна (система нелинейных уравнений в частных производных второго порядка).
Скорость распространения гравитации.
Существует три основные теории скорости распространения гравитации：
- Взгляд Ньютона на действие на расстоянии предполагает, что передача силы тяжести не требует времени (скорость бесконечна).
- Скорость притяжения - это определенное значение скорости света.
- Что сейчас общепризнанно, так это утверждение Эйнштейна о том, что скорость распространения силы тяжести равна скорости света в вакууме.
Гравитация Земли.
Каждое планетное тело, включая Землю, имеет свои собственные гравитационные характеристики.
Предположим, что для сферически симметричного объекта сила притяжения в определенном месте пропорциональна массе объекта и обратно пропорциональна квадрату расстояния от сферического центра объекта.
Сила гравитационного поля определенной позиции равна ускорению объекта, когда он находится в этой позиции. Ускорение свободного падения с поверхности земли выражается как g, которое может быть выражено следующей стандартной силой тяжести: по данным Международного бюро мер и весов (DIPM), стандартная сила тяжести составляет 9,80665 м/с2 или 32,1740 футов/с2.
Это показывает, что если пренебречь влиянием сопротивления воздуха, скорость объекта, находящегося в свободном падении вблизи поверхности, увеличится на 9,81 м/с. Следовательно, скорость объекта, падающего из состояния покоя, достигнет 9,81 м/с за одну секунду, 19,62 м/с за следующую секунду и так далее.
Согласно третьему закону Ньютона, на землю также воздействует обратная сила падающего объекта, что означает, что земля также ускорит свое движение к объекту. Однако из-за огромной массы земли это ускорение слишком мало, чтобы его можно было заметить.
Система уравнений свободного падения.
При нормальных обстоятельствах, когда объект движется под действием постоянной силы тяжести, набор динамических уравнений может описать орбиту его движения. Например, закон всемирного тяготения Ньютона дает простое уравнение F = mg, где m представляет массу объекта.
Когда расстояние объекта в свободном падении до земли может быть измерено расстоянием, которое мы используем каждый день, эта гипотеза разумна. Однако, если она используется для расчета орбиты космического корабля на большом расстоянии, это приведет к большим ошибкам.
Гравитация и астрономия.
Открытие и применение закона всемирного тяготения Ньютона было использовано для расчета и понимания деталей различных планет нашей солнечной системы, массы солнца, расстояния между звездами и даже для размышлений о теории темной материи.
Хотя люди не бывали на солнце и других планетах, мы все же можем знать их массу. Это вытекает из изучения закона всемирного тяготения. Любой объект в космосе вращается вокруг определенных объектов большой массы по определенной орбите, и всеобщее притяжение между ними поддерживает их орбиту. Планеты вращаются вокруг звезд, звезды вращаются вокруг центра галактики, галактика вращается вокруг центра скопления, а скопление вращается вокруг сверхскопления.
Теория всего сущего.
В прошлом столетии механизмы генерации трех других основных взаимодействий: сильного взаимодействия, слабого взаимодействия и электромагнитного взаимодействия были разрешены с помощью концепции передачи канонических бозонов относительного действия.
Сейчас люди пытаются объединить канонические бозоны, теорию относительности и гравитацию в единое целое. Поэтому вопрос о том, как гравитационное взаимодействие взаимодействует с тремя другими основными эффектами, остается открытым.
Заключение.
Нормальная работа большого количества механических изобретений в некоторой степени зависит от силы тяжести. Например, перепад высот может обеспечить полезное гидравлическое давление, которое является принципом действия внутривенных инстилляций и водонапорных башен. Гидроэлектростанции, которые используют потенциальную энергию притяжения воды для выработки электроэнергии, также могут использовать эту энергию для продвижения трамваев вверх по склонам. Аналогично, тяжелые предметы, подвешенные на тросе, могут непрерывно затягивать трос и часть троса, расположенную с другой стороны шкива, через шкив.
Есть и другие примеры: например, расплавленный свинец. Когда свинцовый расплав выливают с верхней части башни , она превращается в свинцовые пули, разбросанные подобно каплям дождя — сначала она разделяется на множество мелких капелек, образуя сферу в расплавленном состоянии, а затем постепенно затвердевает в твердое вещество, и под совместным действием множества идентичных расплавленных камней она в конечном итоге охлаждается при свободном падении, образуя сферическую или почти сферическую форму.
В конце концов, нормальная работа искусственных спутников Земли является результатом расчетов с использованием «принципов» Ньютона.
Подписывайтесь на канал, чтобы быть в курсе всех событий и расширить свои знания о нашей невероятной Вселенной! 🌌🚀