Gesetz der Schwerkraft

Das Phänomen der Gravitation ist das Gesetz der universellen Gravitation. Zwei Körper wirken mit einer Kraft aufeinander, die umgekehrt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung und direkt proportional zum Produkt ihrer Massen ist.

Mathematisch können wir dieses große Gesetz durch die Formel ausdrücken

Die Schwerkraft wirkt über große Entfernungen im Universum. Aber Newton argumentierte, dass alle Objekte sich gegenseitig anziehen. Stimmt es, dass sich zwei Objekte gegenseitig anziehen? Stellen Sie sich vor, es ist bekannt, dass die Erde Sie auf einem Stuhl sitzend anzieht. Aber haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, dass sich ein Computer und eine Maus anziehen? Oder Bleistift und Kugelschreiber auf dem Tisch? In diesem Fall setzen wir die Masse des Stifts, die Masse des Bleistifts in die Formel ein, dividieren durch das Quadrat des Abstands zwischen ihnen, unter Berücksichtigung der Gravitationskonstante, erhalten wir die Kraft ihrer gegenseitigen Anziehung. Aber es wird so klein herauskommen (aufgrund der geringen Masse von Kugelschreiber und Bleistift), dass wir seine Anwesenheit nicht spüren. Eine andere Sache ist, wenn es um die Erde und einen Stuhl oder die Sonne und die Erde geht. Die Massen sind erheblich, sodass wir bereits die Krafteinwirkung abschätzen können.

Denken wir an die Beschleunigung im freien Fall. Dies ist die Wirkungsweise des Gesetzes der Anziehung. Unter Einwirkung einer Kraft ändert der Körper seine Geschwindigkeit umso langsamer, je größer die Masse ist. Dadurch fallen alle Körper mit der gleichen Beschleunigung auf die Erde.

Was ist die Ursache dieser unsichtbaren einzigartigen Kraft? Bis heute ist die Existenz eines Gravitationsfeldes bekannt und nachgewiesen. Mehr über die Natur des Gravitationsfeldes erfahren Sie im Zusatzmaterial zum Thema.

Denken Sie darüber nach, was Schwerkraft ist. Wo kommt es her? Was stellt es dar? Kann es doch nicht sein, dass der Planet die Sonne anschaut, sieht, wie weit er entfernt ist, nach diesem Gesetz das umgekehrte Quadrat der Entfernung berechnet?

Richtung der Schwerkraft

Es gibt zwei Körper, sagen wir Körper A und B. Körper A zieht Körper B an. Die Kraft, mit der Körper A wirkt, beginnt auf Körper B und ist auf Körper A gerichtet. Das heißt, sie „nimmt“ Körper B und zieht ihn zu sich . Körper B „macht“ dasselbe mit Körper A.

Jeder Körper wird von der Erde angezogen. Die Erde "nimmt" den Körper und zieht ihn zu seinem Zentrum. Daher wird diese Kraft immer senkrecht nach unten gerichtet sein, und sie wird vom Schwerpunkt des Körpers aufgebracht, sie wird Schwerkraft genannt.

Die Hauptsache, an die man sich erinnern sollte

1) Gesetz und Formel;
2) Schwerkraftrichtung

Einige Methoden der geologischen Erkundung, Gezeitenvorhersage und in jüngerer Zeit die Berechnung der Bewegung künstlicher Satelliten und interplanetarer Stationen. Frühe Berechnung der Position der Planeten.

Können wir selbst ein solches Experiment aufbauen und nicht erraten, ob Planeten, Objekte angezogen werden?

So eine direkte Erfahrung gemacht Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - englischer Physiker und Chemiker) mit dem in der Abbildung gezeigten Gerät. Die Idee war, einen Stab mit zwei Kugeln an einen sehr dünnen Quarzfaden zu hängen und dann zwei große Bleikugeln daneben zu bringen. Die Anziehungskraft der Kugeln verdreht den Faden leicht - leicht, weil die Anziehungskräfte zwischen gewöhnlichen Objekten sehr schwach sind. Mit Hilfe eines solchen Instruments konnte Cavendish die Kraft, den Abstand und die Größe beider Massen direkt messen und somit bestimmen Gravitationskonstante G.

Die einzigartige Entdeckung der Gravitationskonstante G, die das Gravitationsfeld im Weltraum charakterisiert, ermöglichte die Bestimmung der Masse der Erde, der Sonne und anderer Himmelskörper. Deshalb nannte Cavendish seine Erfahrung „die Erde wiegen“.

Interessanterweise haben die verschiedenen Gesetze der Physik einige Gemeinsamkeiten. Kommen wir zu den Gesetzen der Elektrizität (Coulomb-Kraft). Elektrische Kräfte sind auch umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung, aber schon zwischen den Ladungen, und unwillkürlich kommt der Gedanke auf, dass dieses Muster eine tiefe Bedeutung hat. Bisher war niemand in der Lage, Schwerkraft und Elektrizität als zwei verschiedene Manifestationen derselben Essenz darzustellen.

Die Kraft ändert sich auch hier umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung, aber der Unterschied in der Größe von elektrischen Kräften und Gravitationskräften ist frappierend. Bei dem Versuch, die gemeinsame Natur von Schwerkraft und Elektrizität zu begründen, finden wir eine solche Überlegenheit der elektrischen Kräfte gegenüber den Gravitationskräften, dass es schwer zu glauben ist, dass beide dieselbe Quelle haben. Wie kannst du sagen, dass einer stärker ist als der andere? Schließlich hängt alles davon ab, wie groß die Masse ist und wie hoch die Ladung ist. Wenn Sie darüber streiten, wie stark die Schwerkraft wirkt, haben Sie kein Recht zu sagen: "Nehmen wir eine Masse von dieser und jener Größe", weil Sie sie selbst wählen. Aber wenn wir nehmen, was uns die Natur selbst anbietet (ihre eigenen Zahlen und Maße, die nichts mit unseren Zoll, Jahren, unseren Maßen zu tun haben), dann können wir vergleichen. Wir nehmen ein geladenes Elementarteilchen, wie zum Beispiel ein Elektron. Zwei Elementarteilchen, zwei Elektronen, stoßen sich aufgrund der elektrischen Ladung mit einer Kraft ab, die umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands ist, und werden aufgrund der Schwerkraft wieder voneinander angezogen, mit einer Kraft, die umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist Distanz.

Frage: Wie ist das Verhältnis von Gravitationskraft zu elektrischer Kraft? Die Gravitation verhält sich zur elektrischen Abstoßung wie die Eins zu einer Zahl mit 42 Nullen. Das ist zutiefst rätselhaft. Woher könnte eine so große Zahl kommen?

Die Menschen suchen diesen enormen Faktor in anderen Naturphänomenen. Sie gehen alle möglichen großen Zahlen durch, und wenn Sie eine große Zahl wollen, warum nehmen Sie beispielsweise nicht das Verhältnis des Durchmessers des Universums zum Durchmesser eines Protons – überraschenderweise ist dies auch eine Zahl mit 42 Nullen. Und sie sagen: Vielleicht ist dieser Koeffizient gleich dem Verhältnis des Durchmessers des Protons zum Durchmesser des Universums? Das ist ein interessanter Gedanke, aber da sich das Universum allmählich ausdehnt, muss sich auch die Gravitationskonstante ändern. Obwohl diese Hypothese noch nicht widerlegt wurde, haben wir keine Beweise dafür. Im Gegenteil, einige Hinweise deuten darauf hin, dass sich die Gravitationskonstante nicht auf diese Weise geändert hat. Diese enorme Zahl ist bis heute ein Rätsel.

Einstein musste die Gravitationsgesetze in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Relativität modifizieren. Das erste dieser Prinzipien besagt, dass der Abstand x nicht sofort überwunden werden kann, während nach Newtons Theorie Kräfte sofort wirken. Einstein musste die Newtonschen Gesetze ändern. Diese Änderungen, Verfeinerungen sind sehr gering. Eine davon ist diese: Da Licht Energie hat, Energie gleich Masse ist und alle Massen sich anziehen, zieht sich auch Licht an und muss daher, wenn es an der Sonne vorbeigeht, abgelenkt werden. So passiert es tatsächlich. Auch die Schwerkraft wird in Einsteins Theorie leicht modifiziert. Aber diese sehr geringfügige Änderung des Gravitationsgesetzes reicht gerade aus, um einige der scheinbaren Unregelmäßigkeiten in Merkurbewegung zu erklären.

Physikalische Phänomene im Mikrokosmos unterliegen anderen Gesetzmäßigkeiten als Phänomene in der Welt der großen Skalen. Es stellt sich die Frage: Wie manifestiert sich die Schwerkraft in einer Welt der kleinen Skalen? Die Quantentheorie der Gravitation wird sie beantworten. Aber es gibt noch keine Quantentheorie der Gravitation. Die Menschen waren noch nicht sehr erfolgreich bei der Erstellung einer Gravitationstheorie, die vollständig mit den quantenmechanischen Prinzipien und dem Unbestimmtheitsprinzip vereinbar ist.