ظاهرة الجاذبية العالمية
ظاهرة الجاذبية الكونية هي أن قوى التجاذب تعمل بين جميع الأجسام في الكون.
توصل نيوتن إلى استنتاج حول وجود الجاذبية العالمية (وتسمى أيضًا الجاذبية) نتيجة لدراسة حركة القمر حول الأرض والكواكب حول الشمس. تم إجراء هذه الملاحظات الفلكية من قبل عالم الفلك الدنماركي تايكو براهي. قام تايكو براهي بقياس مواقع جميع الكواكب المعروفة في ذلك الوقت وسجل إحداثياتها، لكن تايكو براهي فشل أخيرًا في استخلاص وإنشاء قانون حركة الكواكب بالنسبة للشمس. وقد تم ذلك من قبل تلميذه يوهانس كيبلر. لم يستخدم يوهانس كيبلر قياسات تايكو براهي فحسب، بل استخدم أيضًا بحلول ذلك الوقت نظام مركزية الشمس لعالم كوبرنيكوس، والذي تم إثباته بالفعل واستخدامه في كل مكان. ذلك النظام الذي يُعتقد فيه أن الشمس هي مركز نظامنا وأن الكواكب تدور حولها.
الشكل 1. نظام مركزية الشمس في العالم (نظام كوبرنيكوس)
بادئ ذي بدء، افترض نيوتن أن جميع الأجسام لها خاصية الجذب، أي. تنجذب تلك الأجسام التي لها كتل إلى بعضها البعض. أصبحت هذه الظاهرة تسمى الجاذبية العالمية. والأجسام التي تجذب الآخرين لبعضها البعض تخلق القوة. بدأت تسمى هذه القوة التي تنجذب بها الأجسام بالجاذبية (من كلمة الجاذبية - "الجاذبية").
قانون الجاذبية
تمكن نيوتن من الحصول على صيغة لحساب قوة التفاعل بين الأجسام ذات الكتل. هذه الصيغة تسمى قانون الجاذبية العالمية. تم اكتشافه عام 1667 دولارًا، وقد بنى نيوتن اكتشافه على الملاحظات الفلكية
يبدو "قانون الجاذبية العالمية" نفسه كما يلي: يجذب جسمان بعضهما البعض بقوة تتناسب طرديًا مع ناتج كتل هذه الأجسام وتتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما.
دعونا ننظر إلى الكميات التي يشملها هذا القانون. لذا فإن قانون الجاذبية الكونية نفسه يبدو كما يلي:
هناك قيمة أخرى هنا - $G$، ثابت الجاذبية. معناها الفيزيائي هو أنها توضح القوة التي يتفاعل بها جسمان يزنان 1$ كجم، كل منهما 1$ كجم، ويقعان على مسافة $1$ م.هذه القيمة صغيرة جدًا، فهي في حدود 10$^ فقط ( -11).$
$G=6.67\cdot 10^(-11) \frac(H\cdot m^2)(kg^2)$
تشير هذه القيمة إلى العلاقة التي يقعون فيها، وبأي قوة تتفاعل الأجسام القريبة، وحتى لو كانت قريبة بدرجة كافية (على سبيل المثال، شخصان واقفين)، فلن يشعروا بهذا التفاعل على الإطلاق، لأن ترتيب القوة $10^( -11)$ لن يعطي إحساسًا كبيرًا. يبدأ الشعور بتأثير قوة الجاذبية فقط عندما تكون كتلة الأجسام كبيرة.
حدود تطبيق قانون الجذب العام
بالشكل الذي نستخدم به قانون الجذب العام، فهو ليس صحيحًا دائمًا، ولكن فقط في بعض الحالات:
- إذا كانت أحجام الجثث لا تذكر مقارنة بالمسافة بينهما؛
الشكل 2.
- إذا كان كلا الجسمين متجانسين ولهما شكل كروي - في هذه الحالة، حتى لو لم تكن المسافات بين الأجسام كبيرة جدًا، فإن قانون الجاذبية الشاملة ينطبق إذا كان للأجسام شكل كروي ومن ثم يتم تحديد المسافات على أنها المسافات بين مراكز الهيئات المعنية؛
الشكل 3.
- إذا كان أحد الأجسام المتفاعلة عبارة عن كرة ذات أبعاد كبيرة المزيد من الأحجامجسم ثانٍ (أياً كان شكله) يقع على سطح هذه الكرة أو بالقرب منها – وهذا هو حال حركة الأقمار الصناعية في مداراتها حول الأرض.
الشكل 4.
مثال 1
يتحرك قمر صناعي في مدار دائري حول الأرض بسرعة 1$ كم/ث على ارتفاع 350,000 كم. نحن بحاجة إلى تحديد كتلة الأرض.
معطاة: $v=1$ كم/ثانية، $R=350000$ كم.
ابحث عن: $M_(3) $-؟
نظرًا لأن القمر الصناعي يتحرك حول الأرض، فإن تسارعه المركزي يساوي:
$F=G\frac(mM_(3) )(R^(2) ) =ma$. (2)
ومع مراعاة (1) من (2) نكتب عبارة إيجاد كتلة الأرض:
$M_(3) =\frac(v^(2) R)(G) =5.24\cdot 10^(24) $kg
الإجابة: $M_(3) =5.24\cdot 10^(24) $ كجم.
سوف تركز هذه المقالة على تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية العالمية. هنا سوف نتعرف على معلومات السيرة الذاتية من حياة العالم الذي اكتشف هذه العقيدة الفيزيائية، والنظر في أحكامها الرئيسية، والعلاقة مع الجاذبية الكمومية، ومسار التنمية وأكثر من ذلك بكثير.
عبقري
السير إسحاق نيوتن عالم أصله من إنجلترا. في وقت واحد، كرس الكثير من الاهتمام والجهد لعلوم مثل الفيزياء والرياضيات، كما جلب الكثير من الأشياء الجديدة إلى الميكانيكا وعلم الفلك. ويعتبر بحق من أوائل مؤسسي الفيزياء في نموذجها الكلاسيكي. وهو مؤلف العمل الأساسي "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية"، حيث قدم معلومات حول قوانين الميكانيكا الثلاثة وقانون الجاذبية العالمية. لقد وضع إسحاق نيوتن أسس الميكانيكا الكلاسيكية بهذه الأعمال. كما قام بتطوير نوع متكامل، نظرية الضوء. كما قدم مساهمات كبيرة في البصريات الفيزيائية وطور العديد من النظريات الأخرى في الفيزياء والرياضيات.
قانون
يعود قانون الجاذبية الكونية وتاريخ اكتشافه إلى الماضي البعيد، وشكله الكلاسيكي هو قانون يصف تفاعلات الجاذبية التي لا تخرج عن إطار الميكانيكا.
كان جوهرها هو أن مؤشر القوة F لقوة الجاذبية الناشئة بين جسمين أو نقطتين من المادة m1 و m2، مفصولتين عن بعضهما البعض بمسافة معينة r، يحافظ على التناسب فيما يتعلق بكلا مؤشري الكتلة ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة بين الجسمين :
F = G، حيث يشير الرمز G إلى ثابت الجاذبية الذي يساوي 6.67408(31).10 -11 م 3 /kgf 2.
الجاذبية نيوتن
قبل النظر في تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية العالمية، دعونا نتعرف بمزيد من التفصيل على خصائصه العامة.
في النظرية التي وضعها نيوتن، يجب على جميع الأجسام ذات الكتلة الكبيرة أن تولد حولها مجالًا خاصًا يجذب الأجسام الأخرى إليها. إنه يسمى مجال الجاذبية، وله إمكانات.
يشكل الجسم ذو التناظر الكروي حقلاً خارج نفسه، يشبه ذلك الذي تنشأ عن نقطة مادية لها نفس الكتلة تقع في مركز الجسم.
يطيع اتجاه مسار مثل هذه النقطة في مجال الجاذبية الناتج عن جسم ذي كتلة أكبر بكثير، كما تطيعها أيضًا كائنات الكون، مثل الكوكب أو المذنب، وتتحرك على طول القطع الناقص أو القطع الزائد. يتم أخذ التشوه الذي تحدثه الأجسام الضخمة الأخرى في الاعتبار باستخدام أحكام نظرية الاضطراب.
دقة التحليل
بعد أن اكتشف نيوتن قانون الجذب العام، كان لا بد من اختباره وإثباته عدة مرات. ولهذا الغرض، تم إجراء سلسلة من الحسابات والملاحظات. وبعد الاتفاق مع أحكامها واستنادا إلى دقة مؤشرها، فإن الشكل التجريبي للتقييم يعد بمثابة تأكيد واضح للنسبية العامة. إن قياس التفاعلات الرباعية لجسم يدور، لكن هوائياته تظل ثابتة، يوضح لنا أن عملية زيادة δ تعتمد على الجهد r -(1+δ)، على مسافة عدة أمتار وفي الحد (2.1± 6.2) .10 -3 . وقد سمح عدد من التأكيدات العملية الأخرى لهذا القانون بإثبات نفسه واتخاذ شكل واحد، دون تعديلات. وفي عام 2007، تم إعادة فحص هذه العقيدة على مسافة أقل من سنتيمتر (55 ميكرون - 9.59 ملم). ومع الأخذ في الاعتبار أخطاء التجربة، فحص العلماء نطاق المسافة ولم يجدوا أي انحرافات واضحة في هذا القانون.
كما أكدت مراقبة مدار القمر بالنسبة للأرض صحتها.
الفضاء الإقليدي
ترتبط نظرية نيوتن الكلاسيكية للجاذبية بالفضاء الإقليدي. إن المساواة الفعلية بدقة عالية إلى حد ما (10 -9) لمؤشرات قياس المسافة في مقام المساواة التي نوقشت أعلاه توضح لنا الأساس الإقليدي للفضاء في الميكانيكا النيوتونية، بشكل فيزيائي ثلاثي الأبعاد. عند هذه النقطة من المادة، تكون مساحة السطح الكروي متناسبة تمامًا بالنسبة إلى مربع نصف قطرها.
بيانات من التاريخ
دعونا نفكر ملخصتاريخ اكتشاف قانون الجاذبية الكونية.
تم طرح الأفكار من قبل علماء آخرين عاشوا قبل نيوتن. لقد فكر في ذلك أبيقور وكيبلر وديكارت وروبرفال وجاسندي وهيجنز وآخرون. افترض كبلر أن قوة الجاذبية تتناسب عكسيًا مع المسافة من الشمس وتمتد فقط في مستويات مسير الشمس؛ وبحسب ديكارت، كان ذلك نتيجة لنشاط الدوامات في سمك الأثير. كان هناك عدد من التخمينات التي عكست التخمينات الصحيحة حول الاعتماد على المسافة.
تحتوي رسالة من نيوتن إلى هالي على معلومات تفيد بأن أسلاف السير إسحاق نفسه هم هوك ورين وبيوت إسماعيل. ومع ذلك، قبله، لم يكن أحد قادرا على استخدام بوضوح الأساليب الرياضية، ربط قانون الجاذبية وحركة الكواكب.
يرتبط تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية العالمية ارتباطًا وثيقًا بعمل "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" (1687). في هذا العمل، تمكن نيوتن من استخلاص القانون المعني بفضل قانون كبلر التجريبي، الذي كان معروفًا بالفعل في ذلك الوقت. ويبين لنا أن:
- وشكل حركة أي كوكب مرئي يدل على وجود قوة مركزية؛
- تشكل قوة الجذب من النوع المركزي مدارات إهليلجية أو زائدية.
نبذة عن نظرية نيوتن
تقتيش لمحة تاريخية قصيرةإن اكتشاف قانون الجاذبية العالمية يمكن أن يوجهنا أيضًا إلى عدد من الاختلافات التي تميزه عن الفرضيات السابقة. لم ينشر نيوتن الصيغة المقترحة للظاهرة قيد النظر فحسب، بل اقترح أيضًا نموذجًا رياضيًا برمته:
- الموقف من قانون الجاذبية.
- حكم بشأن قانون الحركة؛
- منهجيات أساليب البحث الرياضي.
يمكن لهذا الثالوث أن يدرس بدقة حتى الحركات الأكثر تعقيدًا للأجرام السماوية، وبالتالي خلق الأساس للميكانيكا السماوية. وإلى أن بدأ أينشتاين عمله، لم يكن هذا النموذج يتطلب مجموعة أساسية من التصحيحات. فقط الجهاز الرياضي كان بحاجة إلى تحسين كبير.
موضوع للمناقشة
أصبح القانون المكتشف والمثبت طوال القرن الثامن عشر موضوعًا معروفًا للنقاش النشط والتحقق الدقيق. ومع ذلك، انتهى القرن باتفاق عام مع افتراضاته وتصريحاته. وباستخدام حسابات القانون أمكن تحديد مسارات حركة الأجسام في السماء بدقة. تم إجراء التحقق المباشر في عام 1798. لقد فعل ذلك باستخدام توازن من نوع الالتواء بحساسية كبيرة. في تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية العالمي، من الضروري إعطاء مكانة خاصة للتفسيرات التي قدمها بواسون. لقد طور مفهوم إمكانات الجاذبية ومعادلة بواسون، والتي من خلالها كان من الممكن حساب هذه الإمكانات. هذا النوع من النماذج جعل من الممكن دراسة مجال الجاذبية في ظل وجود توزيع تعسفي للمادة.
واجهت نظرية نيوتن العديد من الصعوبات. يمكن اعتبار السبب الرئيسي هو عدم إمكانية تفسير العمل بعيد المدى. كان من المستحيل الإجابة بدقة على سؤال حول كيفية إرسال قوى الجاذبية عبر الفضاء الفراغي بسرعة لا نهائية.
"تطور" القانون
وعلى مدار المائتي عام التالية، بل وأكثر من ذلك، حاول العديد من الفيزيائيين اقتراح ذلك طرق مختلفةلتحسين نظرية نيوتن. وانتهت هذه الجهود بالنجاح في عام 1915، وتحديداً بإنشاء النظرية النسبية العامة، التي أنشأها أينشتاين. كان قادرا على التغلب على مجموعة كاملة من الصعوبات. ووفقا لمبدأ المراسلات، تبين أن نظرية نيوتن هي بمثابة نهج لبدء العمل على نظرية في المزيد منظر عاموالتي يمكن استخدامها في حالة استيفاء شروط معينة:
- لا يمكن أن تكون إمكانات طبيعة الجاذبية كبيرة جدًا في الأنظمة قيد الدراسة. يعد النظام الشمسي مثالاً على الامتثال لجميع قواعد حركة الأجرام السماوية. تجد الظاهرة النسبية نفسها في مظهر ملحوظ لتحول الحضيض الشمسي.
- سرعة الحركة في هذه المجموعة من الأنظمة غير مهمة مقارنة بسرعة الضوء.
والدليل على أن حسابات النسبية العامة في مجال الجاذبية الثابتة الضعيفة تأخذ شكل الحسابات النيوتونية هو وجود إمكانات الجاذبية العددية في مجال ثابت مع خصائص القوة المعبر عنها بشكل ضعيف، والتي تكون قادرة على تلبية شروط معادلة بواسون.
مقياس الكم
ومع ذلك، في التاريخ، لا يمكن للاكتشاف العلمي لقانون الجاذبية العالمية ولا النظرية النسبية العامة أن يكونا بمثابة نظرية الجاذبية النهائية، حيث أن كلاهما لا يصف بشكل مرضي عمليات الجاذبية على المقياس الكمي. تعد محاولة إنشاء نظرية الجاذبية الكمومية إحدى أهم مهام الفيزياء الحديثة.
من وجهة نظر الجاذبية الكمومية، يتم إنشاء التفاعل بين الأشياء من خلال تبادل الجرافيتونات الافتراضية. وفقًا لمبدأ عدم اليقين، فإن إمكانات الطاقة للجرافيتونات الافتراضية تتناسب عكسيًا مع الفترة الزمنية التي كانت موجودة فيها، من نقطة الانبعاث من جسم واحد إلى اللحظة الزمنية التي تم فيها امتصاصها من قبل نقطة أخرى.
في ضوء ذلك، اتضح أن تفاعل الأجسام على نطاق صغير يستلزم تبادل الجرافيتونات الافتراضية. وبفضل هذه الاعتبارات يمكن التوصل إلى بيان حول قانون الجهد لنيوتن واعتماده وفقا لمعامل التناسب العكسي بالنسبة للمسافة. يتم تفسير التشابه بين قوانين كولوم ونيوتن من خلال حقيقة أن وزن الجرافيتونات هو صفر. وزن الفوتونات له نفس المعنى.
فكرة خاطئة
في المنهج المدرسيالإجابة على سؤال التاريخ، كيف اكتشف نيوتن قانون الجاذبية الكونية، هي قصة سقوط ثمرة التفاح. وبحسب هذه الأسطورة فقد سقطت على رأس العالم. ومع ذلك، فإن هذا مفهوم خاطئ واسع الانتشار، وفي الواقع كان من الممكن القيام بكل شيء دون وقوع مثل هذا الحادث إصابة محتملةرؤساء. وقد أكد نيوتن نفسه في بعض الأحيان هذه الأسطورة، ولكن في الواقع لم يكن القانون اكتشافًا عفويًا ولم يأت في نوبة من البصيرة اللحظية. كما هو مكتوب أعلاه، تم تطويره على مدى فترة طويلة وتم تقديمه لأول مرة في الأعمال المتعلقة بـ "المبادئ الرياضية"، والتي تم نشرها للجمهور في عام 1687.
في مقرر الفيزياء للصف السابع درست ظاهرة الجاذبية الكونية. يكمن في حقيقة وجود قوى جاذبية بين جميع الأجسام في الكون.
توصل نيوتن إلى استنتاج حول وجود قوى الجاذبية العالمية (وتسمى أيضًا قوى الجاذبية) نتيجة لدراسة حركة القمر حول الأرض والكواكب حول الشمس.
تكمن ميزة نيوتن ليس فقط في تخمينه الرائع حول التجاذب المتبادل بين الأجسام، ولكن أيضًا في حقيقة أنه كان قادرًا على إيجاد قانون تفاعلها، أي صيغة لحساب قوة الجاذبية بين جثتين.
يقول قانون الجاذبية الكونية:
- أي جسمين يتجاذبان بقوة تتناسب طرديا مع كتلة كل منهما وعكسيا مع مربع المسافة بينهما
حيث F هو حجم متجه الجاذبية بين الأجسام ذات الكتل م 1 و م 2، ز هي المسافة بين الأجسام (مراكزها)؛ G هو المعامل الذي يسمى ثابت الجاذبية.
إذا كانت m 1 = m 2 = 1 كجم وg = 1 m، فكما يتبين من الصيغة، فإن ثابت الجاذبية G يساوي عدديًا القوة F. وبعبارة أخرى، ثابت الجاذبية يساوي عدديًا القوة F جاذبية جسمين يزن كل منهما 1 كجم، ويقعان على مسافة 1 متر. القياسات تظهر ذلك
ز = 6.67 10 -11 نيوتن متر 2 /كجم 2.
تعطي الصيغة نتيجة دقيقة عند حساب قوة الجاذبية العالمية في ثلاث حالات: 1) إذا كانت أحجام الأجسام ضئيلة مقارنة بالمسافة بينهما (الشكل 32، أ)؛ 2) إذا كان كلا الجسمين متجانسين ولهما شكل كروي (الشكل 32، ب)؛ 3) إذا كان أحد الأجسام المتفاعلة عبارة عن كرة، تكون أبعادها وكتلتها أكبر بكثير من أبعاد الجسم الثاني (بأي شكل) الموجود على سطح هذه الكرة أو بالقرب منها (الشكل 32، ج).
أرز. 32. الشروط التي تحدد حدود تطبيق قانون الجاذبية الشاملة
ثالث الحالات التي تم النظر فيها هو الأساس لحساب قوة الجذب إلى الأرض لأي من الأجسام الموجودة عليها باستخدام الصيغة المحددة. في هذه الحالة يجب أن يؤخذ نصف قطر الأرض على أنه المسافة بين الأجسام، حيث أن أحجام جميع الأجسام الموجودة على سطحها أو بالقرب منها لا تذكر مقارنة بنصف قطر الأرض.
وفقا لقانون نيوتن الثالث، فإن التفاحة معلقة على فرع أو تسقط منه بتسارع السقوط الحر، تجذب الأرض لنفسها بنفس القوة المطلقة التي تجذبها بها الأرض. لكن تسارع الأرض الناتج عن قوة جاذبيتها للتفاحة يقترب من الصفر، لأن كتلة الأرض أكبر بما لا يقاس من كتلة التفاحة.
أسئلة
- ما كان يسمى الجاذبية العالمية؟
- ما هو الاسم الآخر لقوى الجاذبية العالمية؟
- من اكتشف قانون الجذب العام وفي أي قرن؟
- صياغة قانون الجاذبية الكونية. أكتب صيغة تعبر عن هذا القانون .
- في أي الحالات يجب تطبيق قانون الجذب العام لحساب قوى الجاذبية؟
- هل تنجذب الأرض إلى تفاحة معلقة على فرع؟
التمرين 15
- أعط أمثلة على مظاهر الجاذبية.
- تنطلق المحطة الفضائية من الأرض إلى القمر. كيف يتغير معامل قوة جاذبيته للأرض في هذه الحالة؟ إلى القمر؟ هل تنجذب المحطة إلى الأرض والقمر بقوى متساوية أو مختلفة عندما تكون في المنتصف بينهما؟ إذا كانت القوى مختلفة، أيهما أكبر وبكم مرة؟ تبرير جميع الإجابات. (من المعروف أن كتلة الأرض تبلغ حوالي 81 مرة كتلة القمر).
- ومن المعروف أن كتلة الشمس أكبر من كتلة الأرض بـ 330 ألف مرة. هل صحيح أن الشمس تجذب الأرض أقوى بـ 330 ألف مرة من جاذبية الأرض للشمس؟ اشرح اجابتك.
- تحركت الكرة التي ألقاها الصبي إلى الأعلى لبعض الوقت. وفي الوقت نفسه، كانت سرعته تنخفض طوال الوقت حتى أصبحت تساوي الصفر. ثم بدأت الكرة تسقط بسرعة متزايدة. اشرح: أ) ما إذا كانت قوة الجاذبية تجاه الأرض تؤثر على الكرة أثناء حركتها للأعلى؛ تحت؛ ب) ما سبب انخفاض سرعة الكرة أثناء تحركها للأعلى؟ زيادة سرعته عند التحرك للأسفل؛ ج) لماذا عندما تحركت الكرة للأعلى انخفضت سرعتها وعندما تحركت للأسفل زادت.
- هل الإنسان الذي يقف على الأرض ينجذب إلى القمر؟ إذا كان الأمر كذلك، ما الذي ينجذب إليه أكثر: القمر أم الأرض؟ هل القمر ينجذب لهذا الشخص؟ برر إجاباتك.
اكتشف نيوتن قانون الجذب العام عام 1687 أثناء دراسته لحركة القمر الصناعي حول الأرض. لقد صاغ الفيزيائي الإنجليزي بوضوح مسلمة تميز قوى الجذب. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تحليل قوانين كيبلر، حسبت نيوتن أن قوى الجاذبية يجب أن تكون موجودة ليس فقط على كوكبنا، ولكن أيضًا في الفضاء.
خلفية
قانون الجاذبية الكونية لم يولد تلقائيا. منذ العصور القديمة، درس الناس السماء، وذلك أساسا لتجميع التقويمات الزراعية، وحسابها تواريخ مهمة, إجازات دينية. وتشير الملاحظات إلى أنه يوجد في مركز "العالم" نجم (شمس)، تدور حوله الأجرام السماوية في مداراتها. بعد ذلك، لم تسمح عقائد الكنيسة بالنظر في ذلك، وفقد الناس المعرفة المتراكمة على مدى آلاف السنين.
في القرن السادس عشر، قبل اختراع التلسكوبات، ظهرت مجرة من علماء الفلك الذين نظروا إلى السماء بطريقة علمية، متجاهلين محظورات الكنيسة. قام T. Brahe، الذي كان يراقب الفضاء لسنوات عديدة، بتنظيم حركات الكواكب بعناية خاصة. ساعدت هذه البيانات الدقيقة للغاية آي كيبلر على اكتشاف قوانينه الثلاثة فيما بعد.
بحلول الوقت الذي اكتشف فيه إسحاق نيوتن قانون الجاذبية (1667)، تم تأسيس نظام مركزية الشمس لعالم ن. كوبرنيكوس أخيرًا في علم الفلك. ووفقاً لها، يدور كل كوكب من كواكب النظام حول الشمس في مدارات يمكن اعتبارها دائرية، بتقريب كافٍ لإجراء العديد من الحسابات. في أوائل السابع عشرالخامس. I. Kepler، بتحليل أعمال T. Brahe، أنشأت قوانين حركية تميز حركات الكواكب. وأصبح هذا الاكتشاف الأساس لتوضيح ديناميكيات حركة الكواكب، أي القوى التي تحدد بالضبط هذا النوع من حركتها.
وصف التفاعل
على عكس التفاعلات الضعيفة والقوية ذات الفترة القصيرة، فإن الجاذبية و مجال كهرومغناطيسيلها خصائص بعيدة المدى: يتجلى تأثيرها على مسافات هائلة. تتأثر الظواهر الميكانيكية في الكون الكبير بقوتين: الكهرومغناطيسية والجاذبية. تأثير الكواكب على الأقمار الصناعية، ورحلة جسم تم إلقاؤه أو إطلاقه، وطفو جسم في سائل - تعمل قوى الجاذبية في كل من هذه الظواهر. تنجذب هذه الأجسام إلى الكوكب وتنجذب نحوه، ومن هنا جاء اسم "قانون الجاذبية العالمية".
وقد ثبت أن بين الهيئات الماديةمن المؤكد أن قوة الجذب المتبادل تعمل. تسمى الظواهر مثل سقوط الأجسام على الأرض، ودوران القمر والكواكب حول الشمس، والتي تحدث تحت تأثير قوى الجاذبية العالمية، بالجاذبية.
قانون الجاذبية العالمية: الصيغة
يتم صياغة الجاذبية العالمية على النحو التالي: أي جسمين ماديين ينجذبان لبعضهما البعض بقوة معينة. ويتناسب حجم هذه القوة طرديًا مع حاصل ضرب كتل هذه الأجسام ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما:
في الصيغة، m1 وm2 هما كتل الأشياء المادية التي تتم دراستها؛ r هي المسافة المحددة بين مراكز كتلة الأجسام المحسوبة؛ G هي كمية جاذبية ثابتة تعبر عن القوة التي يحدث بها التجاذب المتبادل بين جسمين يزن كل منهما 1 كجم، ويقعان على مسافة 1 متر.
على ماذا تعتمد قوة الجذب؟
قانون الجاذبية يعمل بشكل مختلف اعتمادا على المنطقة. وبما أن قوة الجاذبية تعتمد على قيم خط العرض في منطقة معينة، كذلك فإن تسارع السقوط الحر قد حدث معان مختلفةالخامس أماكن مختلفة. القيمة القصوىقوة الجاذبية وبالتالي تسارع السقوط الحر يكون عند قطبي الأرض - قوة الجاذبية عند هذه النقاط تساوي قوة الجذب. القيم الدنيا ستكون عند خط الاستواء.
الكرة الأرضية مسطحة قليلاً، ونصف قطرها القطبي أقل بحوالي 21.5 كم من نصف القطر الاستوائي. ومع ذلك، فإن هذا الاعتماد أقل أهمية مقارنة بالدوران اليومي للأرض. وتظهر الحسابات أنه بسبب تفلطح الأرض عند خط الاستواء فإن مقدار تسارع الجاذبية الأرضية يقل قليلا عن قيمته عند القطب بنسبة 0.18%، وبعد التناوب اليومي- بنسبة 0.34%.
ومع ذلك، في نفس المكان على الأرض، تكون الزاوية بين متجهات الاتجاه صغيرة، وبالتالي فإن التناقض بين قوة الجذب وقوة الجاذبية غير مهم، ويمكن إهماله في الحسابات. أي يمكننا أن نفترض أن وحدات هذه القوى هي نفسها - تسارع الجاذبية بالقرب من سطح الأرض هو نفسه في كل مكان ويبلغ حوالي 9.8 م/ث².
خاتمة
كان إسحاق نيوتن عالماً قام بثورة علمية، وأعاد بناء مبادئ الديناميكيات بالكامل، وعلى أساسها أنشأ صورة علمية للعالم. أثر اكتشافه على تطور العلوم وخلق الثقافة المادية والروحية. لقد وقع على عاتق نيوتن أن يراجع نتائج فكرة العالم. في القرن السابع عشر أكمل العلماء العمل الضخم لبناء الأساس علم جديد- الفيزيائيون.
اقترح إسحاق نيوتن أن هناك قوى جذب متبادلة بين أي أجسام في الطبيعة. تسمى هذه القوى بواسطة قوى الجاذبيةأو قوى الجاذبية العالمية. تتجلى قوة الجاذبية غير الطبيعية في الفضاء، النظام الشمسيوعلى الأرض.
قانون الجاذبية
قام نيوتن بتعميم قوانين الحركة الأجرام السماويةووجدت أن القوة \(F\) تساوي:
\[ F = G \dfrac(m_1 m_2)(R^2) \]
حيث \(m_1\) و \(m_2\) هما كتلتا الأجسام المتفاعلة، \(R\) هي المسافة بينهما، \(G\) هو معامل التناسب، والذي يسمى ثابت الجاذبية. تم تحديد القيمة العددية لثابت الجاذبية تجريبيًا بواسطة كافنديش عن طريق قياس قوة التفاعل بين كرات الرصاص.
المعنى المادي لثابت الجاذبية ينبع من قانون الجاذبية العالمية. لو \(m_1 = m_2 = 1 \نص(كجم)\)، \(R = 1 \text(m) \) ، ثم \(G = F \) ، أي أن ثابت الجاذبية يساوي القوة التي ينجذب بها جسمان يبلغ وزن كل منهما 1 كجم على مسافة 1 متر.
القيمة العددية:
\(G = 6.67 \cdot() 10^(-11) N \cdot() m^2/ كجم^2 \) .
تعمل قوى الجاذبية العالمية بين أي أجسام في الطبيعة، لكنها تصبح ملحوظة عند الكتل الكبيرة (أو إذا كانت كتلة أحد الأجسام كبيرة على الأقل). يتم تطبيق قانون الجاذبية الكونية فقط على النقاط والكرات المادية (في هذه الحالة، يتم اعتبار المسافة بين مراكز الكرات بمثابة المسافة).
جاذبية
نوع معين من قوى الجاذبية العالمية هو قوة جذب الأجسام نحو الأرض (أو إلى كوكب آخر). تسمى هذه القوة جاذبية. وتحت تأثير هذه القوة تكتسب جميع الأجسام تسارع السقوط الحر.
وفقًا لقانون نيوتن الثاني \(g = F_T /m\) ، \(F_T = mg \) .
إذا كانت M هي كتلة الأرض، فإن R هو نصف قطرها، وm هي كتلتها الجسم المعطى، فإن قوة الجاذبية هي
\(F = G \dfrac(M)(R^2)m = mg \) .
قوة الجاذبية موجهة دائمًا نحو مركز الأرض. اعتمادًا على الارتفاع \(h\) فوق سطح الأرض وخط العرض الجغرافي لموقع الجسم، يتخذ تسارع الجاذبية قيمًا مختلفة. على سطح الأرض وفي خطوط العرض الوسطى يبلغ تسارع الجاذبية 9.831 م/ث 2 .
وزن الجسم
يستخدم مفهوم وزن الجسم على نطاق واسع في التكنولوجيا والحياة اليومية.
وزن الجسميُشار إليه بـ \(P\) . وحدة الوزن هي نيوتن (N). وبما أن الوزن يساوي القوة التي يؤثر بها الجسم على الدعامة، فإنه وفقًا لقانون نيوتن الثالث، فإن أكبر وزن للجسم يساوي قوة رد فعل الدعامة. لذلك، من أجل العثور على وزن الجسم، من الضروري تحديد ما تساويه قوة رد الفعل الداعمة.
في هذه الحالة، يفترض أن الجسم لا يتحرك بالنسبة للدعم أو التعليق.
يختلف وزن الجسم وقوة الجاذبية في الطبيعة: فوزن الجسم هو مظهر من مظاهر عمل القوى بين الجزيئات، وقوة الجاذبية ذات طبيعة جاذبية.
تسمى حالة الجسم الذي يكون وزنه صفراً انعدام الوزن. تُلاحظ حالة انعدام الوزن في الطائرة أو المركبة الفضائية عند التحرك بتسارع السقوط الحر، بغض النظر عن اتجاه وقيمة سرعة حركتها. خارج الغلاف الجوي للأرض عند إيقاف تشغيل المحركات النفاثة سفينة فضائيةفقط قوة الجاذبية العالمية تعمل. وتحت تأثير هذه القوة تتحرك سفينة الفضاء وجميع الأجسام الموجودة فيها بنفس التسارع، ولذلك تلاحظ حالة انعدام الوزن في السفينة.
تم تعطيل جافا سكريبت في المتصفح الخاص بك.لإجراء العمليات الحسابية، يجب عليك تمكين عناصر تحكم ActiveX!