Какво е гравитацията и какво е нейното значение за живота на Земята

Седемнадесети век не е без причина да се нарича век на велики астрономически открития. Дългосрочните наблюдения на Галилео, Коперник, Тихо Брахе направиха възможността Йохан Кеплер да формира законите на движението на небесните тела. За да обяснят защо планетите са в безкрайно движение, това, което ги кара да останат в орбитата си и какво е гравитацията, отнема гений - Исак Нютон.

Гениални хипотези

Исак Нютон формулира законите си за движението не за теория, а за практическо приложение. Обобщавайки данните за трайни астрономически наблюдения и благодарение на законите си на движение, този велик учен е в състояние да отговори на въпрос, който озадачава повече от едно поколение учени: "Какво държи планетите в орбитите си?" магнитни течности. благодаря Първият закон на Нютон стана ясно, че сила не е необходима за равномерно праволинейно движение. Необходима е сила, за да накарат планетите да се движат по криволинейна орбита. Ако приложим формулата на силата от втория закон на Нютон, то тя ще бъде равна на произведението на ускорението по маса. Нютон стигна до заключението, че ускорението трябва да бъде равно на v ² / R. Така например, по-леко небесно тяло, например, Луната ще се върти около по-тежко, но никога няма да я достигне. Това може да се мисли като падащо от допирателна към кръг върху самия кръг. В точката на контакт скоростта може да бъде постоянна или равна на нула, но ускорението винаги е налице. Постоянно движение в дадена орбита без отсъствие на видимо ускорение - това е отговорът на Нютон на въпроса за движението на планетите.

атракция

И така, Луната се движи около Земята, а Земята - около Слънцето, подчинявайки се на определена сила. Гениалността на Нютон се проявява във факта, че той съчетава гравитационната сила на небесните тела с гравитацията, която е позната на всеки жител на Земята. Има една легенда, че обикновена ябълка, която пада върху главата му, е била избутана до правилните заключения на Нютон. Привличането на ябълката и луната към Земята е описано в съответствие с абсолютно еднакви закони - заключава изследователят. Гравитацията получи второто си име от думата "gravis", което означава "тежест".

гравитация

Обобщавайки законите на движението на планетите, Нютон установи, че силата на тяхното взаимодействие може да се изчисли по формулата:

Когато m ₁ m ₂ са масите на взаимодействащи тела, R е разстоянието между тях, а G е определен коефициент на пропорционалност, наречен гравитационна константа. Думата "гравитация" е избрана абсолютно правилно, защото идва от думата "тегло". Точният брой на постоянния Нютон не е бил известен, много по-късно стойността на G установява Cavendish. Вижда се, че действието на силата на привличане се влияе от масите на телата и разстоянието между тях се взема под внимание. Никакви други фактори не могат да повлияят на силата на гравитацията.

Значение на закона за привличане

Този закон е универсален и може да бъде приложен към всякакви две тела, които имат маса. В случая, когато масата на едно взаимодействащо тяло е много по-голяма от масата на другото, можем да говорим за конкретен случай на гравитационна сила, за която има специален термин "гравитация". Тази концепция се използва за проблеми, които изчисляват силата на гравитацията върху Земята или други небесни тела. Ако заместим стойността на гравитацията във формулата на втория закон на Нютон, ще получим стойността F = ma. Тук е ускорението на гравитацията, което кара тялото да се стреми един към друг. В задачите, свързани с използването на гравитационно ускорение обикновено се обозначава с буквата g. С помощта на разработеното от него интегрално смятане Нютон доказал математически, че силата на гравитацията в топката винаги е концентрирана в центъра на по-голямо тяло. В двойката ябълка-земя, векторът на ускорението е насочен към центъра на земята, в двойката земно-слънце е насочен към слънцето и т.н.

Зависимост на гравитацията от географската ширина

Гравитацията на Земята зависи от височината на тялото под повърхността на планетата и от географската ширина, на която се провежда експериментът. Височината на тялото влияе върху стойността на R, както може да се види, колкото по-далече от повърхността на Земята, толкова по-малка е стойността на g. Връзката на гравитацията с географската ширина се обяснява с факта, че Земята е оформена като геоид, а не като сфера. На полюсите е малко сплескан. Следователно, разстоянието от центъра на Земята до екватора и до полюса ще бъде различно - до 10%. Подобно несъответствие прави изчисленията, например, изчисленията на трансконтинентални товарни товари, доста неудобни. Следователно, индикаторът се основава на силата на привличане при средни ширини от 9,81 m / s2.

Телесно тегло

В ежедневието се използва широко такова нещо като телесно тегло. Във физиката тя се обозначава с буквата P. Теглото е силата, с която тялото притиска опората. Във вътрешното понятие за тегло често се заменя с понятието "маса", въпреки че това са напълно различни стойности. В зависимост от стойността на гравитацията, теглото на тялото също се променя. Например, теглото на водещата част на Земята и на Луната ще се различава. Но масата остава непроменена както на Земята, така и на Луната. Освен това в някои случаи телесното тегло може да бъде нула. Теглото е стойност, която има посока, а масата е скаларна.

Но тъй като според третия закон на Нютон действието е равно на противопоставянето, теглото на тялото е равно на силата на реакцията на подкрепа.

Тъй като силата на реакция на проста опора е доста трудна за измерване, опитът може да бъде „преобърнат” чрез окачване на тяло върху пружина и измерване степента на разтягане на тази пролет. В този случай силата, която разтяга пружината с товара, ще има напълно логично F = mg, където m е масата, а g е ускорението на гравитацията.

свръхтовар

Ако натоварването с пружината се повдигне, тогава ускорението на гравитацията и ускорението на асансьора ще бъдат насочени в противоположни посоки. Това може да бъде представено по следния начин: F = m (g + a). Тежестта и съответно нейното тегло се увеличават.

За увеличаване на теглото, свързано с допълнително ускорение, има специален термин - претоварване. Ефектът от претоварването беше изпитан от всеки от нас, като пое асансьора или излиташе на самолет. Космонавтите и пилотите на свръхзвукови самолети изпитват особено тежко претоварване, когато свалят самолета си.

безтегловност

Когато на тялото се дава ускорение по посока на гравитацията, тоест надолу в нашия случай, F = m (ga). Така, телесното тегло става по-малко. В граничния случай, когато а = g и те са насочени в различни посоки, може да се говори за нулево тегло, т.е. тялото пада с постоянна скорост. Състояние, при което телесното тегло е нула, се нарича безтегловност. Човек преживява състояние на нулева гравитация в космически кораб, когато се движи с изключени двигатели. Безтегловността е често срещано условие за астронавтите и пилотите, летящи на свръхзвукови самолети.

Стойност на тежестта

Без гравитация нямаше да има много неща, които да ни изглеждат естествени, нещата не щяха да слязат като лавина от планините, нямаше да вали, реките нямаше да потекат. Земната атмосфера се запазва от гравитацията. За сравнение, планетите с по-малка маса, като Луната или Меркурий, изгубиха атмосферата си много бързо и останаха беззащитни срещу течението на твърдата космическа радиация. Атмосферата на Земята изигра решаваща роля за възникването на живота на Земята, нейната модификация и запазване.

В допълнение към гравитацията, силата на гравитацията на Луната действа на Земята. Благодарение на близкия си (в космически мащаб) квартал на Земята има приливи и отливи, изместване на континентите и много биологични ритми съвпада с лунния календар.

Следователно, гравитацията трябва да се разглежда не като досадно препятствие, а като полезен и необходим природен закон.