แรงโน้มถ่วง กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล นิยามน้ำหนักตัว แรงโน้มถ่วง

ค่าตัวเลขของ G ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เฮนรี คาเวนดิช (ค.ศ. 1731 - 1810) โดยได้ทำการทดลองในปี ค.ศ. 1798 บนสถานที่ที่เรียกว่า ความสมดุลแบบบิด

ประสบการณ์ของคาเวนดิชมีดังนี้:

ซีดีแขนโยกถูกแขวนไว้จากด้ายยางยืด AB ที่ปลายซึ่งมีลูกบอลตะกั่วที่เหมือนกันสองลูกติดอยู่ โดยทราบมวล m เมื่อนำลูกบอลขนาดใหญ่ที่มีมวล M มาที่ลูกบอลเหล่านี้ ลูกบอลจะถูกดึงดูดให้หมุนเกลียวในมุมที่กำหนด เมื่อใช้มุมบิดของเกลียว คุณสามารถคำนวณแรงโน้มถ่วง และเมื่อทราบมวลของลูกบอลและระยะห่างระหว่างพวกมัน ก็จะหาค่าของ G ได้

การทดลองที่หลากหลายและแม่นยำที่สุดให้ผลลัพธ์ 6.67 * 10 -1

เช่นเดียวกับกฎอื่นๆ กฎแรงโน้มถ่วงสากลมีข้อจำกัดบางประการในการบังคับใช้ มันใช้ได้กับ:

1. คะแนนวัสดุ

2. มีรูปร่างคล้ายลูกบอล

3. ลูกบอลที่มีรัศมีใหญ่กว่าโต้ตอบกับวัตถุที่มีขนาดน้อยกว่าขนาดของลูกบอลมาก

แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุที่มีมวลน้อยนั้นมีค่าน้อยมาก เราจึงมักไม่สังเกตเห็นมัน อย่างไรก็ตาม สำหรับวัตถุที่มีมวลมาก แรงเหล่านี้จะมีค่ามาก สนามโน้มถ่วงเป็นสสารประเภทหนึ่ง มันแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางกายภาพและเรขาคณิตของอวกาศใกล้กับวัตถุขนาดใหญ่ในแง่ของแรงที่กระทำต่อวัตถุทางกายภาพอื่นๆ

ยานอวกาศน้ำหนัก 8 ตันเข้าใกล้สถานีโคจรน้ำหนัก 20 ตันที่ระยะ 100 เมตร ค้นหาจุดแข็งของการดึงดูดซึ่งกันและกัน

ฟ- ? การคำนวณโซลูชัน SI

ม 1 = 8 ตัน 8 * 10 3 กก

ม. 2 = 20 ตัน 20* 10 3 กก

ชม.= 100 ม

ก = 6.67 * 10 -1

คำตอบ: 1.07*10 -6 น.

แรงโน้มถ่วง. น้ำหนักตัว. ไร้น้ำหนัก.

วัตถุประสงค์: เพื่อชี้แจงว่าปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นผ่านสนามโน้มถ่วง และแนวคิดเรื่องความไร้น้ำหนักเป็นแนวคิดที่สัมพันธ์กัน

ประเภทบทเรียน

1. ช่วงเวลาขององค์กร

2. การบ้าน

3. การสำรวจหน้าผาก

4. คำอธิบายเนื้อหา

5. สรุปบทเรียน

ในระหว่างเรียน

การบ้าน:

แรงอะไรกระทำระหว่างร่างกาย?

กฎแรงโน้มถ่วงสากลบอกว่าอย่างไร?

สูตรใดใช้คำนวณแรงโน้มถ่วง?

ข้อจำกัดของการบังคับใช้กฎแรงโน้มถ่วงสากล?

ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

สาระสำคัญของการทดลองคาเวนดิช?

วัตถุทั้งหมดเป็นแรงที่วัตถุกระทำการค้ำจุนหรือสิ่งแขวนลอย เนื่องจากแรงดึงดูดของโลก

เหตุใดพลังดังกล่าวจึงเกิดขึ้น มีทิศทางอย่างไร และมีค่าเท่ากับเท่าใด?

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาร่างกายที่ห้อยลงมาจากสปริง ซึ่งปลายอีกด้านหนึ่งได้รับการแก้ไขแล้ว

ร่างกายอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงที่ลดลง มันจึงเริ่มตกโดยลากปลายล่างของสปริงไปด้วย ด้วยเหตุนี้สปริงจะเสียรูปและแรงยืดหยุ่นของสปริงจะปรากฏขึ้น มันติดอยู่ที่ขอบด้านบนของลำตัวและชี้ขึ้นด้านบน ดังนั้นขอบด้านบนของลำตัวจะล้าหลังส่วนอื่นๆ ในการตก ซึ่งไม่ได้ใช้แรงยืดหยุ่นของสปริง ส่งผลให้ร่างกายมีรูปร่างผิดปกติ แรงอีกอย่างหนึ่งเกิดขึ้น - แรงยืดหยุ่นของร่างกายที่ผิดรูป ติดอยู่กับสปริงและชี้ลง แรงนี้คือน้ำหนักของร่างกาย

ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงยืดหยุ่นเหล่านี้มีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม หลังจากการแกว่งไปมาหลายครั้ง ร่างกายบนสปริงก็จะพบว่าตัวเองได้พัก ซึ่งหมายความว่าแรงโน้มถ่วงจะมีขนาดเท่ากับแรงยืดหยุ่นของสปริง แต่น้ำหนักของร่างกายก็เท่ากับแรงนี้เช่นกัน ดังนั้นในตัวอย่างของเรา น้ำหนักของร่างกายซึ่งเราแสดงด้วยตัวอักษรจึงมีค่าโมดูลัสเท่ากับแรงโน้มถ่วง

คำนิยาม

I. Newton ค้นพบกฎแห่งความโน้มถ่วงสากล:

วัตถุสองชิ้นดึงดูดซึ่งกันและกันด้วย ซึ่งเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของวัตถุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง:

คำอธิบายของกฎแรงโน้มถ่วงสากล

ค่าสัมประสิทธิ์คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ในระบบ SI ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงมีความหมาย:

เท่าที่เห็นค่าคงที่นี้มีค่าน้อยมาก ดังนั้นแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุที่มีมวลน้อยจึงมีน้อยและแทบไม่รู้สึกเลย อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของวัตถุในจักรวาลนั้นถูกกำหนดโดยแรงโน้มถ่วงโดยสิ้นเชิง การมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงสากลหรืออีกนัยหนึ่ง ปฏิกิริยาระหว่างแรงโน้มถ่วงอธิบายว่าโลกและดาวเคราะห์ได้รับการ "สนับสนุน" โดยอะไร และเหตุใดพวกมันจึงเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ไปตามวิถีบางอย่าง และไม่บินออกไปจากมัน กฎแรงโน้มถ่วงสากลช่วยให้เราสามารถกำหนดลักษณะต่างๆ ของเทห์ฟากฟ้าได้ เช่น มวลของดาวเคราะห์ ดวงดาว กาแล็กซี และแม้แต่หลุมดำ กฎข้อนี้ทำให้สามารถคำนวณวงโคจรของดาวเคราะห์ได้อย่างแม่นยำและสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของจักรวาล

การใช้กฎแรงโน้มถ่วงสากลสามารถคำนวณความเร็วจักรวาลได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ความเร็วต่ำสุดที่วัตถุเคลื่อนที่ในแนวนอนเหนือพื้นผิวโลกจะไม่ตกใส่วัตถุ แต่จะเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นวงกลมคือ 7.9 กม./วินาที (ความเร็วหลุดพ้นครั้งแรก) เพื่อที่จะออกจากโลกนั่นคือ เพื่อเอาชนะแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วง ร่างกายจะต้องมีความเร็ว 11.2 กม./วินาที (ความเร็วหลุดพ้นที่สอง)

แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่น่าทึ่งที่สุด หากไม่มีแรงโน้มถ่วง การดำรงอยู่ของจักรวาลก็เป็นไปไม่ได้ แรงโน้มถ่วงมีหน้าที่รับผิดชอบต่อกระบวนการต่างๆ ในจักรวาล - การกำเนิดของมัน การดำรงอยู่ของระเบียบแทนที่จะเป็นความสับสนวุ่นวาย ธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครสามารถพัฒนากลไกและแบบจำลองปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงที่เหมาะสมได้

แรงโน้มถ่วง

กรณีพิเศษของการสำแดงแรงโน้มถ่วงคือแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงจะมุ่งลงสู่แนวตั้งเสมอ (สู่ศูนย์กลางของโลก)

หากแรงโน้มถ่วงกระทำต่อร่างกาย ร่างกายก็จะทำเช่นนั้น ประเภทของการเคลื่อนไหวขึ้นอยู่กับทิศทางและขนาดของความเร็วเริ่มต้น

เราเผชิญกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงทุกวัน หลังจากนั้นไม่นานเขาก็พบว่าตัวเองอยู่บนพื้น หนังสือหลุดออกจากมือตกลงไป เมื่อกระโดดแล้วบุคคลจะไม่บินไปนอกอวกาศ แต่ล้มลงกับพื้น

เมื่อพิจารณาถึงการตกอย่างอิสระของวัตถุที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลกอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงของร่างกายนี้กับโลก เราสามารถเขียนได้:

ความเร่งของแรงโน้มถ่วงมาจากไหน:

ความเร่งของแรงโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของร่างกาย แต่ขึ้นอยู่กับความสูงของวัตถุเหนือพื้นโลก ลูกโลกแบนเล็กน้อยที่ขั้ว ดังนั้นวัตถุที่อยู่ใกล้ขั้วจึงตั้งอยู่ใกล้กับใจกลางโลกมากขึ้นเล็กน้อย ในเรื่องนี้ ความเร่งของแรงโน้มถ่วงขึ้นอยู่กับละติจูดของพื้นที่ โดยที่ขั้วโลกมีค่ามากกว่าที่เส้นศูนย์สูตรและละติจูดอื่นๆ เล็กน้อย (ที่เส้นศูนย์สูตร m/s ที่เส้นศูนย์สูตรของขั้วโลกเหนือ m/s

สูตรเดียวกันนี้ช่วยให้คุณค้นหาความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ใดๆ ที่มีมวลและรัศมีได้

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1 (ปัญหาเกี่ยวกับ “การชั่งน้ำหนัก” โลก)

ออกกำลังกาย	รัศมีของโลกคือ กม. ความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกคือ m/s ใช้ข้อมูลเหล่านี้ในการประมาณมวลของโลกโดยประมาณ
สารละลาย	ความเร่งของแรงโน้มถ่วงที่พื้นผิวโลก: มวลของโลกมาจากไหน: ในระบบ C คือรัศมีของโลก ม. แทนที่ค่าตัวเลขของปริมาณทางกายภาพลงในสูตรเราประมาณมวลของโลก:
คำตอบ	มวลโลก กก.

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	ดาวเทียมโลกเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลมที่ระดับความสูง 1,000 กม. จากพื้นผิวโลก ดาวเทียมเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใด ดาวเทียมจะใช้เวลานานเท่าใดในการปฏิวัติรอบโลกหนึ่งครั้ง?
สารละลาย	ตาม แรงที่กระทำต่อดาวเทียมจากโลกเท่ากับผลคูณของมวลของดาวเทียมและความเร่งที่มันเคลื่อนที่: แรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงกระทำต่อดาวเทียมจากด้านข้างของโลก ซึ่งตามกฎแรงโน้มถ่วงสากลมีค่าเท่ากับ: โดยที่ และ คือมวลของดาวเทียมและโลก ตามลำดับ เนื่องจากดาวเทียมอยู่ที่ระดับความสูงหนึ่งเหนือพื้นผิวโลก ระยะทางจากดาวเทียมถึงศูนย์กลางโลกคือ: รัศมีของโลกอยู่ที่ไหน

โอบีวัน เคโนบีกล่าวว่าความแข็งแกร่งยึดจักรวาลไว้ด้วยกัน เช่นเดียวกันอาจกล่าวได้เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง ข้อเท็จจริง: แรงโน้มถ่วงช่วยให้เราเดินบนโลกได้ โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ และดวงอาทิตย์เคลื่อนที่รอบหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีของเราได้ จะเข้าใจแรงโน้มถ่วงได้อย่างไร? นี้จะกล่าวถึงในบทความของเรา

สมมติว่าคุณจะไม่พบคำตอบที่ถูกต้องสำหรับคำถามที่ว่า "แรงโน้มถ่วงคืออะไร" เพราะมันไม่มีอยู่จริง! แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ลึกลับที่สุด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังงงงวยและยังคงไม่สามารถอธิบายธรรมชาติของมันได้ครบถ้วน

มีสมมติฐานและความคิดเห็นมากมาย มีทฤษฎีแรงโน้มถ่วง ทางเลือก และทฤษฎีคลาสสิกมากกว่าสิบทฤษฎี เราจะดูสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวข้องและทันสมัยที่สุด

คุณต้องการข้อมูลที่เป็นประโยชน์และข่าวสารล่าสุดทุกวันหรือไม่? เข้าร่วมกับเราทางโทรเลข

แรงโน้มถ่วงเป็นปฏิสัมพันธ์พื้นฐานทางกายภาพ

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในฟิสิกส์มี 4 ประการ ต้องขอบคุณพวกเขาที่ทำให้โลกเป็นอย่างที่มันเป็น แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในปฏิสัมพันธ์เหล่านี้

ปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน:

• แรงโน้มถ่วง;
• แม่เหล็กไฟฟ้า;
• ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง
• ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนแอที่สุดในบรรดาแรงพื้นฐานทั้งสี่

ปัจจุบัน ทฤษฎีปัจจุบันที่อธิบายแรงโน้มถ่วงคือ GTR (ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) เสนอโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ในปี พ.ศ. 2458-2459

อย่างไรก็ตาม เรารู้ว่ายังเร็วเกินไปที่จะพูดถึงความจริงขั้นสูงสุด ท้ายที่สุดแล้ว หลายศตวรรษก่อนการปรากฏตัวของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในฟิสิกส์ ทฤษฎีของนิวตันมีอิทธิพลเหนือการอธิบายแรงโน้มถ่วง ซึ่งได้รับการขยายออกไปอย่างมีนัยสำคัญ

ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปัจจุบันยังเป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายและอธิบายประเด็นทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วง

ก่อนนิวตันมีความเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าแรงโน้มถ่วงของโลกและแรงโน้มถ่วงบนสวรรค์เป็นสิ่งที่แตกต่างกัน เชื่อกันว่าดาวเคราะห์เคลื่อนที่ตามกฎอุดมคติของมันเอง แตกต่างจากกฎบนโลก

นิวตันค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงสากลในปี ค.ศ. 1667 แน่นอนว่ากฎนี้มีอยู่แม้ในช่วงเวลาของไดโนเสาร์และก่อนหน้านี้มาก

นักปรัชญาโบราณคิดถึงการดำรงอยู่ของแรงโน้มถ่วง กาลิเลโอทดลองคำนวณความเร่งของแรงโน้มถ่วงบนโลก โดยพบว่าแรงโน้มถ่วงบนโลกจะมีค่าเท่ากัน เคปเลอร์ศึกษากฎการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้า

นิวตันสามารถกำหนดและสรุปผลการสังเกตของเขาได้ นี่คือสิ่งที่เขาได้รับ:

วัตถุสองชิ้นดึงดูดกันด้วยแรงที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วงหรือแรงโน้มถ่วง

สูตรแรงดึงดูดระหว่างวัตถุ:

G คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วง m คือมวลของวัตถุ r คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางมวลของวัตถุ

ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่แรงโน้มถ่วงคืออะไร? เท่ากับแรงที่วัตถุที่มีมวล 1 กิโลกรัมกระทำต่อกันและกัน โดยอยู่ห่างจากกัน 1 เมตร

ตามทฤษฎีของนิวตัน วัตถุทุกชนิดสร้างสนามโน้มถ่วง มีการทดสอบความแม่นยำของกฎของนิวตันที่ระยะน้อยกว่าหนึ่งเซนติเมตร แน่นอนว่าสำหรับมวลขนาดเล็ก พลังเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญและสามารถละเลยได้

สูตรของนิวตันใช้ได้ทั้งในการคำนวณแรงดึงดูดของดาวเคราะห์ต่อดวงอาทิตย์และวัตถุขนาดเล็ก เราไม่ได้สังเกตเห็นแรงดึงดูดลูกบอลบนโต๊ะบิลเลียด อย่างไรก็ตาม แรงนี้มีอยู่และสามารถคำนวณได้

แรงดึงดูดกระทำระหว่างวัตถุใดๆ ในจักรวาล เอฟเฟกต์ของมันขยายออกไปทุกระยะ

กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันไม่ได้อธิบายธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง แต่กำหนดกฎเชิงปริมาณขึ้นมา ทฤษฎีของนิวตันไม่ได้ขัดแย้งกับ GTR มันค่อนข้างเพียงพอสำหรับการแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติในระดับโลกและสำหรับการคำนวณการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้า

แรงโน้มถ่วงในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

แม้ว่าทฤษฎีของนิวตันจะนำไปใช้ได้จริงในทางปฏิบัติ แต่ก็มีข้อเสียอยู่หลายประการ กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลเป็นคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ แต่ไม่ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติทางกายภาพพื้นฐานของสิ่งต่างๆ

ตามข้อมูลของนิวตัน แรงโน้มถ่วงจะกระทำที่ระยะใดก็ได้ นอกจากนี้ยังดำเนินการทันที เมื่อพิจารณาว่าความเร็วที่เร็วที่สุดในโลกคือความเร็วแสงจึงมีความคลาดเคลื่อน แรงโน้มถ่วงจะกระทำได้ทันทีที่ระยะห่างใดๆ ได้อย่างไร ในเมื่อแสงต้องใช้เวลาไม่ใช่ทันที แต่ใช้เวลาหลายวินาทีหรือหลายปีกว่าจะเอาชนะมันได้?

ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงไม่ถือเป็นแรงที่กระทำต่อวัตถุ แต่เป็นความโค้งของอวกาศและเวลาภายใต้อิทธิพลของมวล ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจึงไม่ใช่ปฏิกิริยาระหว่างแรง

แรงโน้มถ่วงมีผลอย่างไร? ลองอธิบายโดยใช้การเปรียบเทียบ

ลองจินตนาการถึงอวกาศในรูปของแผ่นยางยืด หากคุณวางลูกเทนนิสเบาลงไป พื้นผิวจะยังคงได้ระดับ แต่ถ้าคุณวางของหนักไว้ข้างลูกบอล มันจะไปกดรูบนพื้นผิว และลูกบอลจะเริ่มกลิ้งไปทางลูกใหญ่และมีน้ำหนักมาก นี่คือ "แรงโน้มถ่วง"

อนึ่ง! สำหรับผู้อ่านของเราตอนนี้มีส่วนลด 10% สำหรับ

การค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ทำนายคลื่นความโน้มถ่วงไว้ในปี 1916 แต่ถูกค้นพบในอีกร้อยปีต่อมาในปี 2015

คลื่นความโน้มถ่วงคืออะไร? ลองวาดการเปรียบเทียบอีกครั้ง หากคุณโยนหินลงในน้ำนิ่ง วงกลมจะปรากฏขึ้นบนผิวน้ำจากจุดที่มันตกลงมา คลื่นความโน้มถ่วงก็เป็นระลอกคลื่นและการรบกวนเหมือนกัน ไม่ใช่แค่บนน้ำ แต่ในอวกาศ-เวลาของโลก

แทนที่จะเป็นน้ำ ยังมีอวกาศ-เวลา และแทนที่จะเป็นหิน ก็พูดว่าหลุมดำ การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งใดๆ ของมวลจะทำให้เกิดคลื่นความโน้มถ่วง หากวัตถุอยู่ในสภาวะตกอย่างอิสระ เมื่อคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนผ่าน ระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสองจะเปลี่ยนไป

เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนมาก การตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจึงมีความเกี่ยวข้องกับปัญหาทางเทคนิคอย่างมาก เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถตรวจจับการระเบิดของคลื่นความโน้มถ่วงจากแหล่งกำเนิดมวลมหาศาลเท่านั้น

เหตุการณ์ที่เหมาะสมสำหรับการตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงคือการรวมตัวกันของหลุมดำ น่าเสียดายหรือโชคดีที่สิ่งนี้เกิดขึ้นค่อนข้างน้อย อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์สามารถบันทึกคลื่นที่เคลื่อนผ่านอวกาศของจักรวาลได้อย่างแท้จริง

ในการบันทึกคลื่นความโน้มถ่วงได้มีการสร้างเครื่องตรวจจับที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 กิโลเมตร ในระหว่างที่คลื่นเคลื่อนผ่าน มีการบันทึกการสั่นสะเทือนของกระจกบนสารแขวนลอยในสุญญากาศและการรบกวนของแสงที่สะท้อนจากสิ่งเหล่านั้น

คลื่นความโน้มถ่วงยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

แรงโน้มถ่วงและอนุภาคมูลฐาน

ในแบบจำลองมาตรฐาน อนุภาคมูลฐานบางตัวมีหน้าที่รับผิดชอบในการโต้ตอบแต่ละครั้ง เราสามารถพูดได้ว่าอนุภาคเป็นพาหะของปฏิกิริยา

กราวิตอนเป็นอนุภาคไร้มวลสมมุติที่มีพลังงาน มีหน้าที่รับผิดชอบต่อแรงโน้มถ่วง อย่างไรก็ตาม ในเนื้อหาที่แยกจากกันของเรา โปรดอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับฮิกส์โบซอน ซึ่งก่อให้เกิดเสียงรบกวนจำนวนมาก และอนุภาคมูลฐานอื่นๆ

สุดท้ายนี้ ต่อไปนี้เป็นข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง

10 ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง

1. เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลก ร่างกายจะต้องมีความเร็ว 7.91 กม./วินาที นี่คือความเร็วหลุดพ้นครั้งแรก ก็เพียงพอแล้วสำหรับร่างกาย (เช่น ยานอวกาศ) ที่จะเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบโลก
2. เพื่อหลบหนีจากสนามโน้มถ่วงของโลก ยานอวกาศต้องมีความเร็วอย่างน้อย 11.2 กม./วินาที นี่คือความเร็วหลุดพ้นที่สอง
3. วัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงมากที่สุดคือหลุมดำ แรงโน้มถ่วงของพวกมันแรงมากจนดึงดูดแสง (โฟตอน) ด้วยซ้ำ
4. คุณจะไม่พบแรงโน้มถ่วงในสมการกลศาสตร์ควอนตัมใดๆ ความจริงก็คือเมื่อคุณพยายามรวมแรงโน้มถ่วงไว้ในสมการ สมการเหล่านั้นจะสูญเสียความเกี่ยวข้องไป นี่เป็นหนึ่งในปัญหาที่สำคัญที่สุดของฟิสิกส์ยุคใหม่
5. คำว่า Gravity มาจากภาษาละตินว่า Gravis ซึ่งแปลว่า "หนัก"
6. ยิ่งวัตถุมีมวลมากเท่าใด แรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น หากบุคคลที่มีน้ำหนัก 60 กิโลกรัมบนโลกชั่งน้ำหนักตัวเองบนดาวพฤหัสบดี ตาชั่งจะแสดง 142 กิโลกรัม
7. นักวิทยาศาสตร์ของ NASA กำลังพยายามพัฒนาลำแสงแรงโน้มถ่วงที่จะช่วยให้วัตถุเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องสัมผัสกัน เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วง
8. นักบินอวกาศในวงโคจรก็ประสบกับแรงโน้มถ่วงเช่นกัน แม่นยำยิ่งขึ้นคือสภาวะไร้น้ำหนัก ดูเหมือนพวกเขาจะล้มลงอย่างไม่สิ้นสุดพร้อมกับเรือที่พวกเขาอยู่
9. แรงโน้มถ่วงดึงดูดเสมอและไม่เคยผลักไส
10. หลุมดำซึ่งมีขนาดเท่าลูกเทนนิส ดึงดูดวัตถุที่มีแรงเท่ากับดาวเคราะห์ของเรา

ตอนนี้คุณรู้คำจำกัดความของแรงโน้มถ่วงแล้วและสามารถบอกได้ว่าสูตรใดใช้คำนวณแรงดึงดูด หากหินแกรนิตแห่งวิทยาศาสตร์กดคุณลงสู่พื้นดินที่แข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วง โปรดติดต่อฝ่ายบริการนักศึกษาของเรา เราจะช่วยให้คุณเรียนได้อย่างง่ายดายภายใต้ภาระที่หนักที่สุด!

กฎข้อนี้เรียกว่ากฎแรงโน้มถ่วงสากล เขียนในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ดังนี้

โดยที่ m 1 และ m 2 คือมวลของวัตถุ R คือระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง (ดูรูปที่ 11a) และ G คือค่าคงที่แรงโน้มถ่วงเท่ากับ 6.67.10-11 Nm 2 /kg2

กฎแรงโน้มถ่วงสากลถูกกำหนดขึ้นครั้งแรกโดย I. Newton เมื่อเขาพยายามอธิบายกฎข้อหนึ่งของ I. Kepler ซึ่งระบุว่าสำหรับดาวเคราะห์ทุกดวง อัตราส่วนของกำลังสามของระยะทาง R ต่อดวงอาทิตย์ต่อกำลังสองของคาบ T การปฏิวัติรอบมันก็เหมือนกันนั่นคือ

ขอให้เราได้กฎแรงโน้มถ่วงสากลเหมือนที่นิวตันทำ โดยสมมติว่าดาวเคราะห์เคลื่อนที่เป็นวงกลม จากนั้น ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ดาวเคราะห์มวล mPl เคลื่อนที่ในวงกลมรัศมี R ด้วยความเร็ว v และความเร่งสู่ศูนย์กลาง v2/R จะต้องถูกกระทำโดยแรง F ที่พุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ (ดูรูปที่ 11b) และเท่ากับ : :

ความเร็ว v ของดาวเคราะห์สามารถแสดงในรูปของรัศมีการโคจร R และคาบการโคจร T:

การแทนที่ (11.4) ลงใน (11.3) เราจะได้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับ F:

จากกฎของเคปเลอร์ (11.2) จะได้ว่า T2 = const.R3 ดังนั้น (11.5) สามารถแปลงเป็น:

ดังนั้น ดวงอาทิตย์จึงดึงดูดดาวเคราะห์ด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของดาวเคราะห์และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างดาวเคราะห์ทั้งสอง สูตร (11.6) คล้ายกับ (11.1) มาก สิ่งเดียวที่ขาดหายไปคือมวลของดวงอาทิตย์ในตัวเศษของเศษส่วนทางขวา อย่างไรก็ตาม หากแรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ขึ้นอยู่กับมวลของดาวเคราะห์ แรงนี้ก็ต้องขึ้นอยู่กับมวลของดวงอาทิตย์ด้วย ซึ่งหมายความว่าค่าคงที่ทางด้านขวาของ (11.6) มีมวล ของดวงอาทิตย์เป็นปัจจัยหนึ่ง ดังนั้น นิวตันจึงหยิบยกข้อสันนิษฐานที่มีชื่อเสียงของเขาที่ว่าแรงโน้มถ่วงควรขึ้นอยู่กับผลคูณของมวลวัตถุ และกฎจึงกลายเป็นวิธีที่เราเขียนไว้ใน (11.1)

กฎแรงโน้มถ่วงสากลและกฎข้อที่สามของนิวตันไม่ขัดแย้งกัน ตามสูตร (11.1) แรงที่วัตถุ 1 ดึงดูดวัตถุ 2 เท่ากับแรงที่วัตถุ 2 ดึงดูดวัตถุ 1

สำหรับวัตถุที่มีขนาดปกติ แรงโน้มถ่วงจะมีขนาดเล็กมาก ดังนั้น รถสองคันที่ยืนเรียงกันจึงถูกดึงดูดเข้าหากันด้วยแรงเท่ากับน้ำหนักของน้ำฝน นับตั้งแต่จี. คาเวนดิชกำหนดค่าของค่าคงที่แรงโน้มถ่วงในปี 1798 สูตร (11.1) ได้ช่วยในการค้นพบมากมายใน "โลกแห่งมวลและระยะทางอันมหาศาล" ตัวอย่างเช่น เมื่อทราบขนาดของความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g=9.8 m/s2) และรัศมีของโลก (R=6.4.106 m) เราสามารถคำนวณมวล m3 ได้ดังนี้ ตัวมวล m1 แต่ละตัวที่อยู่ใกล้พื้นผิวโลก (นั่นคือ ที่ระยะห่าง R จากศูนย์กลาง) จะถูกกระทำโดยแรงโน้มถ่วงของแรงดึงดูดของมันเท่ากับ m1g ซึ่งการแทนที่ใน (11.1) แทนที่จะเป็น F จะได้ว่า:

จากที่เราพบว่า m З = 6.1024 กก.

คำถามทบทวน:

· กำหนดกฎแรงโน้มถ่วงสากล?

· ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

ข้าว. 11. (ก) – สู่การกำหนดกฎแรงโน้มถ่วงสากล (b) – ที่มาของกฎความโน้มถ่วงสากลจากกฎของเคปเลอร์

§ 12. แรงโน้มถ่วง น้ำหนัก. ไร้น้ำหนัก ความเร็วในอวกาศครั้งแรก

ปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงแสดงออกในการดึงดูดระหว่างวัตถุซึ่งกันและกัน ปฏิกิริยานี้อธิบายได้จากการมีสนามโน้มถ่วงรอบๆ ตัววัตถุแต่ละอัน

โมดูลัสของแรงโน้มถ่วงอันตรกิริยาระหว่างจุดวัสดุสองจุดที่มีมวล m 1 และ m 2 ซึ่งอยู่ห่างจากกัน

(2.49)

โดยที่ F 1.2, F 2.1 – แรงปฏิสัมพันธ์ที่พุ่งไปตามแนวเส้นตรงที่เชื่อมต่อจุดวัสดุ G = 6.67
– ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง

ความสัมพันธ์ (2.3) เรียกว่า กฎแรงโน้มถ่วงสากลค้นพบโดยนิวตัน

ปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงใช้ได้กับจุดวัสดุและวัตถุที่มีการกระจายมวลเป็นทรงกลมอย่างสมมาตร ซึ่งระยะห่างระหว่างนั้นวัดจากจุดศูนย์กลาง

หากเราเอาวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ตัวใดตัวหนึ่งเป็นโลก และวัตถุตัวที่สองคือวัตถุที่มีมวล m ตั้งอยู่ใกล้หรือบนพื้นผิวของมัน แรงดึงดูดจะกระทำระหว่างพวกมัน

, (2.50)

โดยที่ M 3 ,R 3 – มวลและรัศมีของโลก

อัตราส่วน
- ค่าคงที่เท่ากับ 9.8 m/s 2 เขียนแทน g มีมิติความเร่ง เรียกว่า ความเร่งของการตกอย่างอิสระ

ผลคูณของมวลกาย m และความเร่งการตกอย่างอิสระ , เรียกว่า แรงโน้มถ่วง

. (2.51)

ต่างจากแรงปฏิสัมพันธ์จากแรงโน้มถ่วง โมดูลแรงโน้มถ่วง
ขึ้นอยู่กับละติจูดทางภูมิศาสตร์ของตำแหน่งของวัตถุบนโลก ที่เสา
และที่เส้นศูนย์สูตรจะลดลง 0.36% ความแตกต่างนี้เกิดจากการที่โลกหมุนรอบแกนของมัน

โดยเอาลำตัวออกสัมพันธ์กับพื้นผิวโลกให้มีความสูง แรงโน้มถ่วงลดลง

, (2.52)

ที่ไหน
– ความเร่งของการตกอย่างอิสระที่ความสูง h จากพื้นโลก

มวลในสูตร (2.3-2.6) เป็นตัววัดปฏิกิริยาระหว่างแรงโน้มถ่วง

หากคุณแขวนลำตัวหรือวางไว้บนฐานที่มั่นคง มันจะอยู่นิ่งสัมพันธ์กับโลกเพราะว่า แรงโน้มถ่วงจะสมดุลโดยแรงปฏิกิริยาที่กระทำต่อร่างกายจากการรองรับหรือช่วงล่าง

แรงปฏิกิริยา- แรงที่วัตถุอื่นกระทำต่อวัตถุที่กำหนด ซึ่งจำกัดการเคลื่อนไหวของวัตถุนั้น

แรงปฏิกิริยาพื้นดินปกติแนบไปกับลำตัวและตั้งฉากกับระนาบรองรับ

แรงปฏิกิริยาของด้าย(ระงับ) กำกับตามเธรด (ช่วงล่าง)

น้ำหนักตัว –แรงที่ร่างกายกดบนส่วนรองรับหรือยืดเกลียวของระบบกันสะเทือนและนำไปใช้กับส่วนรองรับหรือระบบกันสะเทือน

น้ำหนักจะเป็นตัวเลขเท่ากับแรงโน้มถ่วงหากร่างกายอยู่บนพื้นผิวแนวนอนของส่วนรองรับในสภาวะพักหรือเคลื่อนที่เชิงเส้นสม่ำเสมอ ในกรณีอื่นๆ น้ำหนักของร่างกายและแรงโน้มถ่วงจะมีขนาดไม่เท่ากัน

2.6.3.แรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างกายที่เคลื่อนไหวและกายพักสัมผัสกัน

มีแรงเสียดทานภายนอก (แห้ง) และภายใน (หนืด)

แรงเสียดทานแห้งภายนอกหารด้วย:

ประเภทของแรงเสียดทานภายนอกที่ระบุไว้นั้นสอดคล้องกับแรงเสียดทาน การนิ่ง การเลื่อน และการกลิ้ง

กับ

แรงเสียดทานสถิต
กระทำระหว่างพื้นผิวของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันเมื่อขนาดของแรงภายนอกไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กัน

หากมีการใช้แรงภายนอกเพิ่มขึ้นกับวัตถุที่สัมผัสกับวัตถุอื่น ขนานกับระนาบสัมผัส (รูปที่ 2.2.a) จากนั้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง จากศูนย์ถึงค่าบางอย่าง
การเคลื่อนไหวของร่างกายไม่เกิดขึ้น ร่างกายเริ่มเคลื่อนไหวที่ F เอฟ ตร. สูงสุด

แรงเสียดทานสถิตสูงสุด

, (2.53)

ที่ไหน – สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต N – โมดูลัสของแรงปฏิกิริยาปกติของส่วนรองรับ

ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต สามารถกำหนดได้จากการทดลองโดยการหาค่าแทนเจนต์ของมุมเอียงกับขอบฟ้าของพื้นผิวซึ่งร่างกายเริ่มกลิ้งภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง

เมื่อเอฟ>
ร่างกายจะเลื่อนสัมพันธ์กันด้วยความเร็วที่แน่นอน (รูปที่ 2.11 ข).

แรงเสียดทานแบบเลื่อนนั้นพุ่งเข้าหาความเร็ว - โมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อนที่ความเร็วต่ำคำนวณตามกฎของอมอนตัน

, (2.54)

ที่ไหน – ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนไม่มีมิติ ขึ้นอยู่กับวัสดุและสถานะของพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัส และมีค่าน้อยกว่าเสมอ .

แรงเสียดทานจากการกลิ้งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกหรือลูกบอลที่มีรัศมี R หมุนไปตามพื้นผิวของส่วนรองรับ ค่าตัวเลขของแรงเสียดทานการหมุนถูกกำหนดตามกฎของคูลอมบ์

, (2.55)

โดยที่ k[m] – สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานการหมุน