Закон всесвітнього тяготіння

Явище гравітації - це закон всесвітнього тяжіння. Два тіла діють один на одного з силою, яка обернено пропорційна квадрату відстані між ними і прямо пропорційна добутку їх мас.

Математично ми можемо висловити цей великий закон формулою

Тяжіння діє на величезних відстанях у Всесвіті. Але Ньютон стверджував, що взаємно притягуються всі предмети. А чи правда, що будь-які два предмети притягують один одного? Тільки уявіть, відомо, що Земля притягує вас, що сидять на стільці. Але чи замислювалися про те, що комп'ютер і мишка притягують один одного? Або олівець і ручка, що лежать на столі? В цьому випадку в формулу підставляємо масу ручки, масу олівця, ділимо на квадрат відстані між ними, з урахуванням гравітаційної постійної, отримуємо силу їх взаємного тяжіння. Але, вона вийде на стільки маленькою (через маленьких мас ручки й олівця), що ми не відчуваємо її наявність. Інша справа, коли мова йде про Землю і стільці, або Сонце і Землі. Маси значні, а значить дію сили ми вже можемо оцінити.

Згадаймо про прискорення вільного падіння. Це і є дія закону тяжіння. Під дією сили тіло змінює швидкість тим повільніше, чим більше маса. В результаті, все тіла падають на Землю з однаковим прискоренням.

Чим викликана ця невидима унікальна сила? На сьогоднішній день відомо і доведено існування гравітаційного поля. Дізнатися більше про природу гравітаційного поля можна в додатковому матеріалі теми.

Задумайтесь, що таке тяжіння? Звідки воно? Що воно собою являє? Адже не може бути так, що планета дивиться на Сонце, бачить, наскільки воно віддалене, підраховує зворотний квадрат відстані відповідно до цього закону?

Напрямок сили тяжіння

Є два тіла, нехай тіло А і В. Тіло А притягує тіло В. Сила, з якою тіло А впливає, починається на тілі B і спрямована в бік тіла А. Тобто як би "бере" тіло B і тягне до себе. Тіло В "проробляє" те ж саме з тілом А.

Кожне тіло притягається Землею. Земля "бере" тіло і тягне до свого центру. Тому ця сила завжди буде спрямована вертикально вниз, і прикладена вона з центру ваги тіла, називають її силою тяжіння.

головне запам'ятати

1) Закон і формулу;
2) Напрям сили тяжіння

Деякі методи геологічної розвідки, передбачення припливів і останнім часом розрахунок руху штучних супутників і міжпланетних станцій. Завчасне обчислювати координати планет.

Чи можемо ми самі поставити такий досвід, а не гадати, притягуються чи планети, предмети?

Такий прямий досвід зробив Кавендіш (Генрі Кавендіш (1731-1810) - англійський фізик і хімік)за допомогою приладу, який показаний на малюнку. Ідея полягала в тому, щоб підвісити на дуже тонкій кварцової нитки стержень з двома кулями і потім піднести до них збоку дві великі свинцеві кулі. Тяжіння куль злегка перекрутить нитка - злегка, тому що сили тяжіння між звичайними предметами дуже слабкі. За допомогою такого приладу Кавендишу вдалося безпосередньо виміряти силу, відстань і величину обох мас і, таким чином, визначити постійну тяжіння G.

Унікальне відкриття постійної тяжіння G, яка характеризує гравітаційне поле в просторі, дозволила визначити масу Землі, Сонця та інших небесних тіл. Тому Кавендіш назвав свій досвід "зважуванням Землі".

Цікаво, що у різних законів фізики є деякі спільні риси. Звернемося до законів електрики (сила Кулона). Електричні сили також обернено пропорційні квадрату відстані, але вже між зарядами, і мимоволі виникає думка, що в цій закономірності криється глибокий сенс. До сих пір нікому не вдалося представити тяжіння і електрику як два різних прояви однієї і тієї ж сутності.

Сила і тут змінюється обернено пропорційно квадрату відстані, але різниця в величині електричних сил і сил тяжіння разюча. Намагаючись встановити загальну природу тяжіння і електрики, ми виявляємо таке перевагу електричних сил над силами тяжіння, що важко повірити, ніби у тих і у інших один і той же джерело. Як можна говорити, що одне діє сильніше іншого? Адже все залежить від того, яка маса і який заряд. Міркуючи про те, наскільки сильно діє тяжіння, ви не маєте права говорити: "Візьмемо масу такої-то величини", тому що ви вибираєте її самі. Але якщо ми візьмемо те, що пропонує нам сама Природа (її власні числа і заходи, які не мають нічого спільного з нашими дюймами, роками, з нашими заходами), тоді ми зможемо порівнювати. Ми візьмемо елементарну заряджену частинку, таку, наприклад, як електрон. Дві елементарні частинки, два електрона, за рахунок електричного заряду відштовхують один одного з силою, обернено пропорційною квадрату відстані між ними, а за рахунок гравітації притягуються один до одного знову-таки з силою, обернено пропорційною квадрату відстані.

Питання: як ставиться сили тяжіння до електричної силі? Тяжіння відноситься до електричного відштовхування, як одиниця до числа з 42 нулями. Це викликає глибоке здивування. Звідки могло взятися таке величезне число?

Люди шукають цей величезний коефіцієнт в інших явищах природи. Вони перебирають всілякі великі числа, а якщо вам потрібна велика кількість, чому не взяти, скажімо, відношення діаметра Всесвіту до діаметру протона - як не дивно, це теж число з 42 нулями. І ось кажуть: може бути, цей коефіцієнт дорівнює відношенню діаметра протона до діаметру Всесвіту? Це цікава думка, але, оскільки Всесвіт поступово розширюється, повинна змінюватися і постійна тяжіння. Хоча ця гіпотеза ще не спростована, у нас немає ніяких свідоцтв на її користь. Навпаки, деякі дані говорять про те, що постійна тяжіння не змінювалася таким чином. Це величезне число донині залишається загадкою.

Ейнштейну довелося видозмінити закони тяжіння відповідно до принципів відносності. Перший з цих принципів свідчить, що відстань х не можна подолати миттєво, тоді як по теорії Ньютона сили діють миттєво. Ейнштейну довелося змінити закони Ньютона. Ці зміни, уточнення дуже малі. Одне з них полягає ось у чому: оскільки світ має енергію, енергія еквівалентна масі, а все маси притягуються, - світло теж притягується і, отже, проходячи повз Сонця, повинен відхилятися. Так воно і відбувається насправді. Сила тяжіння теж злегка змінена в теорії Ейнштейна. Але цього дуже незначної зміни в законі тяжіння якраз достатньо, щоб пояснити деякі здаються неправильності в русі Меркурія.

Фізичні явища в мікросвіті підкоряються іншим законам, ніж явища в світі великих масштабів. Постає питання: як проявляється тяжіння в світі малих масштабів? На нього відповість квантова теорія гравітації. Але квантової теорії гравітації ще немає. Люди поки не дуже досягли успіху в створенні теорії тяжіння, повністю узгодженої з квантовомеханічними принципами і з принципом невизначеності.