Ju tashmë e dini se ekzistojnë forca tërheqëse midis të gjithë trupave, të quajtura forcat e gravitetit universal.

Veprimi i tyre manifestohet, për shembull, në faktin se trupat bien në Tokë, Hëna rrotullohet rreth Tokës dhe planetët rrotullohen rreth Diellit. Nëse forcat gravitacionale do të zhdukeshin, Toka do të fluturonte larg Diellit (Fig. 14.1).

Ligji i gravitetit universal u formulua në gjysmën e dytë të shekullit të 17-të nga Isak Njutoni.
Dy pika materiale me masë m 1 dhe m 2 të vendosura në distancën R tërhiqen me forca drejtpërdrejt proporcionale me produktin e masave të tyre dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre. Moduli i secilës forcë

Faktori i proporcionalitetit G quhet konstante gravitacionale. (Nga latinishtja "gravitas" - rëndim.) Matjet treguan se

G = 6,67 * 10 -11 N * m 2 / kg 2. (2)

Ligji i gravitetit universal zbulon një tjetër veti të rëndësishme të masës trupore: ai është një masë jo vetëm e inercisë së trupit, por edhe e vetive të tij gravitacionale.

1. Cilat janë forcat e tërheqjes ndërmjet dy pikave materiale me peshë 1 kg secila, të vendosura në një distancë prej 1 m nga njëra-tjetra? Sa herë është kjo forcë më e madhe apo më e vogël se pesha e një mushkonja masa e së cilës është 2.5 mg?

Një vlerë kaq e vogël e konstantës gravitacionale shpjegon pse ne nuk e vërejmë tërheqjen gravitacionale midis objekteve rreth nesh.

Forcat gravitacionale manifestohen dukshëm vetëm kur të paktën një nga trupat ndërveprues ka një masë të madhe - për shembull, është një yll ose një planet.

3. Si do të ndryshojë forca e tërheqjes ndërmjet dy pikave materiale nëse distanca ndërmjet tyre rritet për 3 herë?

4. Dy pika materiale me masë m secila tërhiqen me një forcë F. Me çfarë force tërhiqen pikat materiale me masë 2m dhe 3m, të vendosura në të njëjtën distancë?

2. Lëvizja e planetëve rreth Diellit

Distanca nga Dielli në çdo planet është shumë herë më e madhe se madhësia e Diellit dhe planetit. Prandaj, kur merret parasysh lëvizja e planetëve, ato mund të konsiderohen pika materiale. Prandaj, forca e tërheqjes së planetit drejt Diellit

ku m është masa e planetit, M С është masa e Diellit, R është distanca nga Dielli në planet.

Ne do të supozojmë se planeti lëviz rreth Diellit në mënyrë uniforme në një rreth. Atëherë shpejtësia e lëvizjes së planetit mund të gjendet nëse marrim parasysh se nxitimi i planetit a = v 2 /R është për shkak të veprimit të forcës gravitacionale F të Diellit dhe faktit se, sipas ligjit të dytë të Njutonit , F = ma.

5. Vërtetoni se shpejtësia e planetit

sa më e madhe të jetë rrezja orbitale, aq më e ngadaltë është shpejtësia e planetit.

6. Rrezja e orbitës së Saturnit është afërsisht 9 herë më e madhe se rrezja e orbitës së Tokës. Gjeni me gojë sa është afërsisht shpejtësia e Saturnit nëse Toka lëviz në orbitën e saj me një shpejtësi prej 30 km/s?

Në një kohë të barabartë me një periudhë rrotullimi T, planeti, duke lëvizur me shpejtësi v, mbulon një shteg të barabartë me gjatësinë e një rrethi me rreze R.

7. Vërtetoni se periudha orbitale e planetit

Nga kjo formulë del se sa më e madhe të jetë rrezja orbitale, aq më e gjatë është periudha e orbitës së planetit.

9. Vërtetoni se për të gjithë planetët e sistemit diellor

E dhënë. Përdorni formulën (5).
Nga formula (6) rezulton se Për të gjithë planetët në sistemin diellor, raporti i kubit të rrezes së orbitës me katrorin e periudhës së orbitës është i njëjtë.. Ky model (quhet ligji i tretë i Keplerit) u zbulua nga shkencëtari gjerman Johannes Kepler bazuar në rezultatet e vëzhgimeve shumëvjeçare nga astronomi danez Tycho Brahe.

3. Kushtet për zbatueshmërinë e formulës për ligjin e gravitetit universal

Njutoni vërtetoi se formula

F = G(m 1 m 2 / R 2)

Për forcën e tërheqjes ndërmjet dy pikave materiale, mund të përdorni gjithashtu:
– për topa dhe sfera homogjene (R është distanca ndërmjet qendrave të topave ose sferave, Fig. 14.2, a);

– për një top (sferë) homogjene dhe një pikë materiale (R është distanca nga qendra e topit (sferës) deri te pika materiale, Fig. 14.2, b).

4. Graviteti dhe ligji i gravitetit universal

E dyta nga kushtet e mësipërme do të thotë që duke përdorur formulën (1) mund të gjeni forcën e tërheqjes së një trupi të çdo forme në një top homogjen, i cili është shumë më i madh se ky trup. Prandaj, duke përdorur formulën (1), është e mundur të llogaritet forca e tërheqjes në Tokë të një trupi të vendosur në sipërfaqen e tij (Fig. 14.3, a). Ne marrim një shprehje për gravitetin:

(Toka nuk është një sferë homogjene, por mund të konsiderohet sferike simetrike. Kjo është e mjaftueshme për mundësinë e aplikimit të formulës (1).)

10. Vërtetoni se afër sipërfaqes së Tokës

Aty ku M Toka është masa e Tokës, R Toka është rrezja e saj.
E dhënë. Përdorni formulën (7) dhe faktin që F t = mg.

Duke përdorur formulën (1), mund të gjeni përshpejtimin e gravitetit në një lartësi h mbi sipërfaqen e Tokës (Fig. 14.3, b).

11. Vërtetoni se

12. Sa është nxitimi i gravitetit në një lartësi mbi sipërfaqen e Tokës të barabartë me rrezen e saj?

13. Sa herë është më i vogël nxitimi i gravitetit në sipërfaqen e Hënës se sa në sipërfaqen e Tokës?
E dhënë. Përdorni formulën (8), në të cilën zëvendësoni masën dhe rrezen e Tokës me masën dhe rrezen e Hënës.

14. Rrezja e një ylli xhuxh të bardhë mund të jetë e barabartë me rrezen e Tokës, dhe masa e tij mund të jetë e barabartë me masën e Diellit. Sa është pesha e një kilogrami në sipërfaqen e një "xhuxhi" të tillë?

5. Shpejtësia e parë e ikjes

Le të imagjinojmë se ata instaluan një top të madh në një mal shumë të lartë dhe qëlluan prej tij në një drejtim horizontal (Fig. 14.4).

Sa më e madhe të jetë shpejtësia fillestare e predhës, aq më tej do të bjerë. Nuk do të bjerë fare nëse shpejtësia e tij fillestare zgjidhet në mënyrë që të lëvizë rreth Tokës në një rreth. Duke fluturuar në një orbitë rrethore, predha më pas do të bëhet një satelit artificial i Tokës.

Lëreni predhën tonë satelitore të lëvizë në orbitën e ulët të Tokës (ky është emri për një orbitë, rrezja e së cilës mund të merret e barabartë me rrezen e Tokës R Tokë).
Me lëvizje uniforme në një rreth, sateliti lëviz me nxitim centripetal a = v2/REarth, ku v është shpejtësia e satelitit. Ky nxitim është për shkak të veprimit të gravitetit. Rrjedhimisht, sateliti lëviz me nxitim gravitacional të drejtuar drejt qendrës së Tokës (Fig. 14.4). Prandaj a = g.

15. Vërtetoni se kur lëvizni në orbitën e ulët të Tokës, shpejtësia e satelitit

E dhënë. Përdorni formulën a = v 2 /r për nxitimin centripetal dhe faktin që kur lëvizni në një orbitë me rreze R Tokë, nxitimi i satelitit është i barabartë me nxitimin e gravitetit.

Shpejtësia v 1 që duhet t'i jepet një trupi në mënyrë që ai të lëvizë nën ndikimin e gravitetit në një orbitë rrethore pranë sipërfaqes së Tokës quhet shpejtësia e parë e ikjes. Është afërsisht e barabartë me 8 km/s.

16. Shprehni shpejtësinë e parë të ikjes në terma të konstantës gravitacionale, masës dhe rrezes së Tokës.

E dhënë. Në formulën e marrë në detyrën e mëparshme, zëvendësoni masën dhe rrezen e Tokës me masën dhe rrezen e Hënës.

Në mënyrë që një trup të largohet përgjithmonë nga afërsia e Tokës, duhet t'i jepet një shpejtësi prej afërsisht 11.2 km/s. Quhet shpejtësia e dytë e ikjes.

6. Si është matur konstanta gravitacionale

Nëse supozojmë se nxitimi gravitacional g afër sipërfaqes së Tokës, masa dhe rrezja e Tokës janë të njohura, atëherë vlera e konstantës gravitacionale G mund të përcaktohet lehtësisht duke përdorur formulën (7). Megjithatë, problemi është se deri në fund të shekullit të 18-të masa e Tokës nuk mund të matej.

Prandaj, për të gjetur vlerën e konstantës gravitacionale G, ishte e nevojshme të matej forca e tërheqjes së dy trupave me masë të njohur të vendosur në një distancë të caktuar nga njëri-tjetri. Në fund të shekullit të 18-të, shkencëtari anglez Henry Cavendish ishte në gjendje të kryente një eksperiment të tillë.

Ai pezulloi një shufër të lehtë horizontale me toptha të vegjël metalikë a dhe b në një fije të hollë elastike dhe, duke përdorur këndin e rrotullimit të fillit, mati forcat tërheqëse që veprojnë në këto topa nga topat e mëdhenj metalikë A dhe B (Fig. 14.5). Shkencëtari mati kënde të vogla të rrotullimit të fillit me zhvendosjen e "lepurushit" nga pasqyra e ngjitur në fill.

Eksperimenti i Cavendish u quajt figurativisht "peshimi i Tokës", sepse ky eksperiment bëri të mundur për herë të parë matjen e masës së Tokës.

18. Shprehni masën e Tokës me G, g dhe R Tokë.

Pyetje dhe detyra shtesë

19. Dy anije me peshë 6000 tonë secila tërhiqen nga forca 2 mN. Sa është distanca midis anijeve?

20. Me çfarë force e tërheq Dielli Tokën?

21. Me çfarë force e tërheq Diellin njeriu me peshë 60 kg?

22. Sa është nxitimi i gravitetit në një distancë nga sipërfaqja e Tokës e barabartë me diametrin e saj?

23. Sa herë është më i vogël nxitimi i hënës, për shkak të gravitetit të Tokës, se nxitimi i gravitetit në sipërfaqen e Tokës?

24. Përshpejtimi i rënies së lirë në sipërfaqen e Marsit është 2.65 herë më i vogël se përshpejtimi i rënies së lirë në sipërfaqen e Tokës. Rrezja e Marsit është afërsisht 3400 km. Sa herë është më e vogël masa e Marsit se masa e Tokës?

25. Sa është periudha orbitale e një sateliti artificial të Tokës në orbitë të ulët të Tokës?

26. Cila është shpejtësia e parë e ikjes për Marsin? Masa e Marsit është 6.4 * 10 23 kg, dhe rrezja është 3400 km.

Çdo person në jetën e tij e ka hasur këtë koncept më shumë se një herë, sepse graviteti është baza jo vetëm e fizikës moderne, por edhe e një numri shkencash të tjera të lidhura.

Shumë shkencëtarë kanë studiuar tërheqjen e trupave që nga kohërat e lashta, por zbulimi kryesor i atribuohet Njutonit dhe përshkruhet si historia e njohur e një fruti që bie në kokë.

Çfarë është graviteti me fjalë të thjeshta

Graviteti është tërheqja midis disa objekteve në të gjithë universin. Natyra e fenomenit ndryshon, pasi përcaktohet nga masa e secilit prej tyre dhe shtrirja midis tyre, domethënë distanca.

Teoria e Njutonit bazohej në faktin se si fruti që bie ashtu edhe sateliti i planetit tonë ndikohen nga e njëjta forcë - graviteti drejt Tokës. Por sateliti nuk ra në hapësirën tokësore pikërisht për shkak të masës dhe distancës së tij.

Fusha e gravitetit

Fusha gravitacionale është hapësira brenda së cilës ndodh bashkëveprimi i trupave sipas ligjeve të tërheqjes.

Teoria e relativitetit të Ajnshtajnit e përshkruan fushën si një veti të caktuar të kohës dhe hapësirës, ​​që manifestohet në mënyrë karakteristike kur shfaqen objektet fizike.

Vala e gravitetit

Këto janë lloje të caktuara të ndryshimeve të fushës që formohen si rezultat i rrezatimit nga objektet në lëvizje. Ata dalin nga objekti dhe përhapen në një efekt valë.

Teoritë e gravitetit

Teoria klasike është Njutoniane. Sidoqoftë, ishte e papërsosur dhe më pas u shfaqën opsione alternative.

Kjo perfshin:

• teoritë metrike;
• jometrike;
• vektor;
• Le Sage, i cili i pari përshkroi fazat;
• graviteti kuantik.

Sot ekzistojnë disa dhjetëra teori të ndryshme, të gjitha ose plotësojnë njëra-tjetrën ose i shikojnë fenomenet nga një këndvështrim tjetër.

Vlen të theksohet: Nuk ka ende një zgjidhje ideale, por zhvillimet e vazhdueshme po hapin më shumë përgjigje të mundshme në lidhje me tërheqjen e trupave.

Forca e tërheqjes gravitacionale

Llogaritja bazë është si më poshtë - forca gravitacionale është në përpjesëtim me shumëzimin e masës së trupit me një tjetër, midis së cilës përcaktohet. Kjo formulë shprehet në këtë mënyrë: forca është në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën ndërmjet objekteve në katror.

Fusha gravitacionale është potenciale, që do të thotë se energjia kinetike është e ruajtur. Ky fakt thjeshton zgjidhjen e problemeve në të cilat matet forca e tërheqjes.

Graviteti në hapësirë

Pavarësisht nga keqkuptimi i shumë njerëzve, ka gravitet në hapësirë. Është më e ulët se në Tokë, por ende e pranishme.

Për sa u përket astronautëve, të cilët në pamje të parë duket se po fluturojnë, ata në fakt janë në një gjendje rënieje të ngadaltë. Vizualisht duket se asgjë nuk i tërheq, por në praktikë përjetojnë gravitetin.

Forca e tërheqjes varet nga distanca, por sado e madhe të jetë distanca midis objekteve, ato do të vazhdojnë të tërhiqen nga njëri-tjetri. Tërheqja e ndërsjellë nuk do të jetë kurrë zero.

Graviteti në Sistemin Diellor

Në sistemin diellor, jo vetëm Toka ka gravitet. Planetet, si dhe Dielli, tërheqin objektet drejt vetes.

Meqenëse forca përcaktohet nga masa e objektit, Dielli ka treguesin më të lartë. Për shembull, nëse planeti ynë ka një tregues prej një, atëherë treguesi i yllit do të jetë pothuajse njëzet e tetë.

Më pas në gravitet pas Diellit është Jupiteri, kështu që forca e tij gravitacionale është tre herë më e lartë se ajo e Tokës. Plutoni ka parametrin më të vogël.

Për qartësi, le të tregojmë këtë: në teori, në Diell, një person mesatar do të peshonte rreth dy ton, por në planetin më të vogël të sistemit tonë - vetëm katër kilogramë.

Nga çfarë varet graviteti i planetit?

Tërheqja gravitacionale, siç u përmend më lart, është fuqia me të cilën planeti tërheq drejt vetes objektet që ndodhen në sipërfaqen e tij.

Forca e gravitetit varet nga graviteti i objektit, vetë planeti dhe distanca midis tyre. Nëse ka shumë kilometra, graviteti është i ulët, por gjithsesi i mban objektet të lidhura.

Disa aspekte të rëndësishme dhe magjepsëse që lidhen me gravitetin dhe vetitë e tij që ia vlen t'i shpjegoni fëmijës tuaj:

1. Fenomeni tërheq gjithçka, por kurrë nuk zmbrapset - kjo e dallon atë nga fenomenet e tjera fizike.
2. Nuk ka gjë të tillë si zero. Është e pamundur të simulohet një situatë në të cilën presioni nuk zbatohet, domethënë graviteti nuk funksionon.
3. Toka po bie me një shpejtësi mesatare prej 11.2 kilometra në sekondë; pasi të keni arritur këtë shpejtësi, mund të largoheni mirë nga tërheqja e planetit.
4. Ekzistenca e valëve gravitacionale nuk është vërtetuar shkencërisht, është vetëm një supozim. Nëse ato bëhen ndonjëherë të dukshme, atëherë shumë mistere të kozmosit që lidhen me ndërveprimin e trupave do t'i zbulohen njerëzimit.

Sipas teorisë së relativitetit bazë të një shkencëtari si Ajnshtajni, graviteti është një lakim i parametrave bazë të ekzistencës së botës materiale, që përfaqëson bazën e Universit.

Graviteti është tërheqja e ndërsjellë e dy objekteve. Fuqia e ndërveprimit varet nga graviteti i trupave dhe distanca midis tyre. Jo të gjitha sekretet e fenomenit janë zbuluar ende, por sot ka disa dhjetëra teori që përshkruajnë konceptin dhe vetitë e tij.

Kompleksiteti i objekteve që studiohen ndikon në kohën e kërkimit. Në shumicën e rasteve, marrëdhënia midis masës dhe distancës thjesht merret.

Graviteti, i njohur gjithashtu si tërheqje ose gravitacion, është një veti universale e materies që zotërojnë të gjitha objektet dhe trupat në Univers. Thelbi i gravitetit është se të gjithë trupat material tërheqin të gjithë trupat e tjerë rreth tyre.

Graviteti i tokës

Nëse graviteti është një koncept dhe cilësi e përgjithshme që zotërojnë të gjitha objektet në Univers, atëherë graviteti është një rast i veçantë i këtij fenomeni gjithëpërfshirës. Toka tërheq në vetvete të gjitha objektet materiale që ndodhen në të. Falë kësaj, njerëzit dhe kafshët mund të lëvizin me siguri nëpër tokë, lumenjtë, detet dhe oqeanet mund të qëndrojnë brenda brigjeve të tyre, dhe ajri nuk mund të fluturojë nëpër hapësirat e mëdha të hapësirës, ​​por të formojë atmosferën e planetit tonë.

Shtrohet një pyetje e drejtë: nëse të gjitha objektet kanë gravitacion, pse Toka tërheq njerëzit dhe kafshët drejt vetes, dhe jo anasjelltas? Së pari, ne gjithashtu tërheqim Tokën drejt nesh, thjesht, krahasuar me forcën e saj tërheqëse, graviteti ynë është i papërfillshëm. Së dyti, forca e gravitetit varet drejtpërdrejt nga masa e trupit: sa më e vogël të jetë masa e trupit, aq më të ulëta janë forcat e tij gravitacionale.

Treguesi i dytë nga i cili varet forca e tërheqjes është distanca midis objekteve: sa më e madhe të jetë distanca, aq më pak efekti i gravitetit. Falë kësaj, planetët lëvizin në orbitat e tyre dhe nuk bien mbi njëri-tjetrin.

Vlen të përmendet se Toka, Hëna, Dielli dhe planetët e tjerë ia detyrojnë formën e tyre sferike pikërisht forcës së gravitetit. Ai vepron në drejtim të qendrës, duke tërhequr drejt saj substancën që përbën "trupin" e planetit.

Fusha gravitacionale e Tokës

Fusha gravitacionale e Tokës është një fushë energjie e forcës që formohet rreth planetit tonë për shkak të veprimit të dy forcave:

• graviteti;
• forca centrifugale, e cila paraqitjen e saj i detyrohet rrotullimit të Tokës rreth boshtit të saj (rotacioni ditor).

Meqenëse graviteti dhe forca centrifugale veprojnë vazhdimisht, fusha gravitacionale është një fenomen konstant.

Fusha ndikohet pak nga forcat gravitacionale të Diellit, Hënës dhe disa trupave të tjerë qiellorë, si dhe nga masat atmosferike të Tokës.

Ligji i gravitetit universal dhe Sir Isaac Newton

Fizikani anglez, Sir Isaac Newton, sipas një legjende të famshme, një ditë duke ecur në kopsht gjatë ditës, pa Hënën në qiell. Në të njëjtën kohë, një mollë ra nga dega. Njutoni atëherë po studionte ligjin e lëvizjes dhe e dinte se një mollë bie nën ndikimin e një fushe gravitacionale dhe Hëna rrotullohet në orbitë rreth Tokës.

Dhe pastaj shkencëtari i shkëlqyer, i ndriçuar nga depërtimi, doli me idenë se ndoshta molla bie në tokë, duke iu bindur të njëjtës forcë falë së cilës Hëna është në orbitën e saj, dhe jo duke nxituar rastësisht në të gjithë galaktikën. Kështu u zbulua ligji i gravitetit universal, i njohur gjithashtu si Ligji i Tretë i Njutonit.

Në gjuhën e formulave matematikore, ky ligj duket kështu:

F=GMm/D 2 ,

Ku F- forca e gravitetit të ndërsjellë ndërmjet dy trupave;

M- masa e trupit të parë;

m- masa e trupit të dytë;

D 2- largësia ndërmjet dy trupave;

G- konstante gravitacionale e barabartë me 6.67x10 -11.

Ne jetojmë në Tokë, lëvizim përgjatë sipërfaqes së saj, sikur përgjatë buzës së ndonjë shkëmbi shkëmbor që ngrihet mbi një humnerë pa fund. Ne qëndrojmë në këtë skaj të humnerës vetëm falë asaj që na prek Forca gravitacionale e Tokës; ne nuk biem nga sipërfaqja e tokës vetëm sepse kemi, siç thonë ata, një peshë të caktuar. Ne do të fluturonim menjëherë nga ky "shkëmb" dhe do të fluturonim me shpejtësi në humnerën e hapësirës nëse graviteti i planetit tonë papritmas pushonte së vepruari. Ne do të nxitonim pafundësisht në humnerën e hapësirës botërore, duke mos ditur as majën, as fundin.

Lëvizja në Tokë

tek e tija duke lëvizur rreth Tokës ne i detyrohemi edhe gravitetit. Ne ecim në Tokë dhe vazhdimisht kapërcejmë rezistencën e kësaj force, duke e ndjerë veprimin e saj si një peshë të rëndë në këmbët tona. Kjo "ngarkesë" veçanërisht e ndjen veten kur ngjiteni përpjetë, kur duhet ta tërhiqni atë, si një lloj peshe e rëndë që varet nga këmbët tuaja. Ajo na prek jo më pak ashpër kur zbresim malin, duke na detyruar të shpejtojmë hapat. Tejkalimi i gravitetit kur lëviz rreth Tokës. Këto drejtime - "lart" dhe "poshtë" - na tregohen vetëm nga graviteti. Në të gjitha pikat e sipërfaqes së tokës është e drejtuar pothuajse në qendër të tokës. Prandaj, konceptet "poshtë" dhe "lart" do të jenë diametralisht të kundërta për të ashtuquajturat antipode, d.m.th. njerëzit që jetojnë në pjesë diametralisht të kundërta të sipërfaqes së Tokës. Për shembull, drejtimi që tregon "poshtë" për ata që jetojnë në Moskë, tregon "lart" për banorët e Tierra del Fuego. Drejtimet që tregojnë "poshtë" për njerëzit në pol dhe në ekuator janë kënde të drejta; ato janë pingul me njëra-tjetrën. Jashtë Tokës, me largësinë prej saj, forca e gravitetit zvogëlohet, ndërsa forca e gravitetit zvogëlohet (forca e tërheqjes së Tokës, si çdo trup tjetër botëror, shtrihet pafundësisht larg në hapësirë) dhe forca centrifugale rritet, e cila zvogëlohet forca e gravitetit. Rrjedhimisht, sa më lart të ngremë një ngarkesë, për shembull, në një tullumbace, aq më pak do të peshojë kjo ngarkesë.

Forca centrifugale e Tokës

Për shkak të rotacionit ditor, forca centrifugale e tokës. Kjo forcë vepron kudo në sipërfaqen e Tokës në një drejtim pingul me boshtin e Tokës dhe larg tij. Forca centrifugale i vogël në krahasim me gravitetit. Në ekuator ai arrin vlerën e tij më të madhe. Por këtu, sipas llogaritjeve të Njutonit, forca centrifugale është vetëm 1/289 e forcës tërheqëse. Sa më në veri të jeni nga ekuatori, aq më pak forca centrifugale. Në vetë polin është zero.
Veprimi i forcës centrifugale të Tokës. Në njëfarë lartësie forcë centrifugale do të rritet aq shumë sa do të jetë e barabartë me forcën e tërheqjes, dhe forca e gravitetit do të bëhet fillimisht zero, dhe më pas, me rritjen e distancës nga Toka, do të marrë një vlerë negative dhe do të rritet vazhdimisht, duke u drejtuar në drejtim të kundërt në lidhje me Tokën.

Graviteti

Forca rezultante e gravitetit të Tokës dhe forcës centrifugale quhet gravitetit. Forca e gravitetit në të gjitha pikat e sipërfaqes së tokës do të ishte e njëjtë nëse topi do të ishte një top krejtësisht i saktë dhe i rregullt, nëse masa e tij do të kishte të njëjtën densitet kudo dhe, së fundi, nëse nuk do të kishte rrotullim ditor rreth boshtit të tij. Por, meqenëse Toka jonë nuk është një sferë e rregullt, nuk përbëhet në të gjitha pjesët e saj nga shkëmbinj me të njëjtën densitet dhe rrotullohet gjatë gjithë kohës, atëherë, rrjedhimisht, forca e gravitetit në çdo pikë të sipërfaqes së tokës është paksa e ndryshme. Prandaj, në çdo pikë të sipërfaqes së tokës madhësia e gravitetit varet nga madhësia e forcës centrifugale, e cila zvogëlon forcën e tërheqjes, nga dendësia e shkëmbinjve të tokës dhe distanca nga qendra e tokës. Sa më e madhe kjo distancë, aq më pak graviteti. Rrezet e Tokës, të cilat në njërin skaj duket se qëndrojnë kundër ekuatorit të Tokës, janë më të mëdhatë. Rrezet që përfundojnë në Polin e Veriut ose të Jugut janë më të voglat. Prandaj, të gjithë trupat në ekuator kanë më pak gravitet (më pak peshë) sesa në pol. Dihet se në pol graviteti është më i madh se në ekuator me 1/289. Ky ndryshim në gravitetin e trupave të njëjtë në ekuator dhe në pol mund të përcaktohet duke i peshuar ato duke përdorur balancat e sustës. Nëse peshojmë trupat në peshore me pesha, atëherë nuk do ta vërejmë këtë ndryshim. Peshoret do të tregojnë të njëjtën peshë si në pol ashtu edhe në ekuator; pesha, si trupat që peshohen, gjithashtu, natyrisht, do të ndryshojnë në peshë.
Shkallët pranverore si një mënyrë për të matur gravitetin në ekuator dhe në pol. Le të supozojmë se një anije me ngarkesë peshon rreth 289 mijë tonë në rajonet polare, pranë polit. Me të mbërritur në portet pranë ekuatorit, anija me ngarkesë do të peshojë vetëm rreth 288 mijë tonë. Kështu, në ekuator anija humbi rreth një mijë tonë në peshë. Të gjithë trupat mbahen në sipërfaqen e tokës vetëm për faktin se graviteti vepron mbi to. Në mëngjes, kur ngriheni nga shtrati, mund t'i ulni këmbët në dysheme vetëm sepse kjo forcë i tërheq ato.

Graviteti brenda Tokës

Le të shohim se si ndryshon graviteti brenda tokës. Ndërsa lëvizim më thellë në Tokë, graviteti rritet vazhdimisht deri në një thellësi të caktuar. Në një thellësi prej rreth njëmijë kilometrash, graviteti do të ketë një vlerë maksimale (më të madhe) dhe do të rritet në krahasim me vlerën mesatare të tij në sipërfaqen e tokës (9,81 m/sek) me afërsisht pesë për qind. Me thellimin e mëtejshëm, forca e gravitetit do të ulet vazhdimisht dhe në qendër të Tokës do të jetë e barabartë me zero.

Supozimet në lidhje me rrotullimin e Tokës

Jonë Toka po rrotullohet bën një rrotullim të plotë rreth boshtit të tij në 24 orë. Forca centrifugale, siç dihet, rritet në proporcion me katrorin e shpejtësisë këndore. Prandaj, nëse Toka e përshpejton rrotullimin e saj rreth boshtit të saj me 17 herë, atëherë forca centrifugale do të rritet me 17 herë në katror, ​​pra 289 herë. Në kushte normale, siç u përmend më lart, forca centrifugale në ekuator është 1/289 e forcës gravitacionale. Kur rritet 17 herë forca e gravitetit dhe forca centrifugale bëhen të barabarta. Forca e gravitetit - rezultante e këtyre dy forcave - me një rritje të tillë të shpejtësisë së rrotullimit boshtor të Tokës do të jetë e barabartë me zero.
Vlera e forcës centrifugale gjatë rrotullimit të Tokës. Kjo shpejtësi e rrotullimit të Tokës rreth boshtit të saj quhet kritike, pasi me një shpejtësi të tillë të rrotullimit të planetit tonë, të gjithë trupat në ekuator do të humbnin peshën e tyre. Gjatësia e ditës në këtë rast kritik do të jetë afërsisht 1 orë 25 minuta. Me përshpejtimin e mëtejshëm të rrotullimit të Tokës, të gjithë trupat (kryesisht në ekuator) fillimisht do të humbasin peshën e tyre, dhe më pas do të hidhen në hapësirë ​​nga forca centrifugale, dhe vetë Toka do të copëtohet nga e njëjta forcë. Përfundimi ynë do të ishte i saktë nëse Toka do të ishte një trup absolutisht i ngurtë dhe, kur përshpejtonte lëvizjen e saj rrotulluese, nuk do të ndryshonte formën e saj, me fjalë të tjera, nëse rrezja e ekuatorit të tokës do të ruante vlerën e saj. Por dihet se ndërsa rrotullimi i Tokës përshpejtohet, sipërfaqja e saj do të duhet të pësojë një deformim: do të fillojë të ngjesh drejt poleve dhe të zgjerohet drejt ekuatorit; do të marrë një pamje gjithnjë e më të rrafshuar. Gjatësia e rrezes së ekuatorit të tokës do të fillojë të rritet dhe në këtë mënyrë të rrisë forcën centrifugale. Kështu, trupat në ekuator do të humbasin peshën e tyre përpara se shpejtësia e rrotullimit të Tokës të rritet 17 herë, dhe një katastrofë me Tokën do të ndodhë përpara se dita të shkurtojë kohëzgjatjen e saj në 1 orë 25 minuta. Me fjalë të tjera, shpejtësia kritike e rrotullimit të Tokës do të jetë disi më e ulët, dhe gjatësia maksimale e ditës do të jetë pak më e gjatë. Imagjinoni mendërisht që shpejtësia e rrotullimit të Tokës, për disa arsye të panjohura, do të afrohet kritike. Çfarë do të ndodhë atëherë me banorët e tokës? Para së gjithash, kudo në Tokë një ditë do të jetë, për shembull, rreth dy deri në tre orë. Dita dhe nata do të ndryshojnë shpejt kaleidoskopikisht. Dielli, si në një planetar, do të lëvizë shumë shpejt nëpër qiell dhe sapo të keni kohë të zgjoheni dhe të laheni, ai do të zhduket pas horizontit dhe nata do të vijë për ta zëvendësuar. Njerëzit nuk do të jenë më në gjendje të lundrojnë me saktësi në kohë. Askush nuk do ta dijë se çfarë dite të muajit është apo cila ditë e javës është. Jeta normale e njeriut do të jetë e çorganizuar. Ora e lavjerrësit do të ngadalësohet dhe më pas do të ndalojë kudo. Ata ecin sepse graviteti vepron mbi to. Në fund të fundit, në jetën tonë të përditshme, kur "shëtitësit" fillojnë të vonojnë ose nxitojnë, është e nevojshme të shkurtojmë ose zgjasim lavjerrësin e tyre, apo edhe të varni një peshë shtesë në lavjerrës. Trupat në ekuator do të humbasin peshën e tyre. Në këto kushte imagjinare do të jetë e mundur të ngrihen lehtësisht trupa shumë të rëndë. Nuk do të jetë e vështirë të vendosni një kalë, një elefant mbi supet tuaja, apo edhe të ngrini një shtëpi të tërë. Zogjtë do të humbasin aftësinë për të ulur. Një tufë harabela po qarkullon mbi një lug uji. Cicërijnë me zë të lartë, por nuk mund të zbresin. Një grusht drithi i hedhur prej tij do të varej mbi Tokë në kokrra individuale. Le të supozojmë më tej se shpejtësia e rrotullimit të Tokës po afrohet gjithnjë e më shumë me atë kritike. Planeti ynë është deformuar shumë dhe merr një pamje gjithnjë e më të rrafshuar. Ai krahasohet me një karusel që rrotullohet me shpejtësi dhe është gati të flakë banorët e tij. Më pas, lumenjtë do të ndalojnë rrjedhën. Ata do të jenë këneta të qëndrueshme. Anijet e mëdha të oqeanit mezi do të prekin sipërfaqen e ujit me fundin e tyre, nëndetëset nuk do të jenë në gjendje të zhyten në thellësitë e detit, peshqit dhe kafshët detare do të notojnë në sipërfaqen e deteve dhe oqeaneve, ata nuk do të jenë më në gjendje të fshihen në thellësi të detit. Detarët nuk do të jenë më në gjendje të hedhin spirancën, ata nuk do të kontrollojnë më timonët e anijeve të tyre, anijet e mëdha dhe të vogla do të qëndrojnë pa lëvizje. Këtu është një tjetër foto imagjinare. Një tren hekurudhor pasagjerësh qëndron në stacion. Bilbili tashmë ka rënë; treni duhet të largohet. Shoferi mori të gjitha masat në fuqi. Zjarrfikësi hedh bujarisht qymyr në kutinë e zjarrit. Nga oxhaku i lokomotivës fluturojnë shkëndija të mëdha. Rrotat po rrotullohen në mënyrë të dëshpëruar. Por lokomotiva qëndron pa lëvizur. Rrotat e tij nuk prekin shinat dhe nuk ka asnjë fërkim mes tyre. Do të vijë një kohë kur njerëzit nuk do të mund të zbresin në dysheme; do të ngjiten si miza në tavan. Le të rritet shpejtësia e rrotullimit të Tokës. Forca centrifugale e tejkalon gjithnjë e më shumë forcën e gravitetit në madhësinë e saj... Atëherë njerëzit, kafshët, sendet shtëpiake, shtëpitë, të gjitha objektet në Tokë, e gjithë bota e saj shtazore do të hidhen në hapësirën kozmike. Kontinenti australian do të ndahet nga Toka dhe do të varet në hapësirë ​​si një re e zezë kolosale. Afrika do të fluturojë në thellësitë e humnerës së heshtur, larg Tokës. Ujërat e Oqeanit Indian do të shndërrohen në një numër të madh pikash sferike dhe gjithashtu do të fluturojnë në distanca të pakufishme. Deti Mesdhe, duke mos pasur ende kohë të kthehet në akumulime gjigante pikash, me gjithë trashësinë e tij të ujit do të ndahet nga fundi, përgjatë të cilit do të mund të kalohet lirshëm nga Napoli në Algjeri. Më në fund, shpejtësia e rrotullimit do të rritet aq shumë, forca centrifugale do të rritet aq shumë, sa e gjithë Toka do të copëtohet. Megjithatë, as kjo nuk mund të ndodhë. Shpejtësia e rrotullimit të Tokës, siç thamë më lart, nuk rritet, por përkundrazi, madje zvogëlohet pak - megjithatë, aq pak sa, siç e dimë tashmë, mbi 50 mijë vjet gjatësia e ditës rritet vetëm me një. e dyta. Me fjalë të tjera, Toka tani rrotullohet me një shpejtësi të tillë që është e nevojshme që bota shtazore dhe bimore e planetit tonë të lulëzojë nën rrezet kalorifike dhe jetëdhënëse të Diellit për shumë mijëvjeçarë.

Vlera e fërkimit

Tani le të shohim se çfarë fërkimi ka rëndësi dhe çfarë do të ndodhte nëse do të mungonte. Fërkimi, siç e dini, ka një efekt të dëmshëm në rrobat tona: mëngët e palltove konsumohen së pari, dhe thembra e këpucëve konsumohen së pari, pasi mëngët dhe thembra janë më të ndjeshme ndaj fërkimit. Por imagjinoni për një moment që sipërfaqja e planetit tonë të ishte sikur e lëmuar mirë, plotësisht e lëmuar dhe mundësia e fërkimit do të përjashtohej. A mund të ecim në një sipërfaqe të tillë? Sigurisht që jo. Të gjithë e dinë se edhe në akull dhe në dysheme të lëmuar është shumë e vështirë të ecësh dhe duhet të jesh i kujdesshëm që të mos biesh. Por sipërfaqja e akullit dhe e dyshemeve të lëmuara ka ende njëfarë fërkimi.
Forca e fërkimit në akull. Nëse forca e fërkimit do të zhdukej në sipërfaqen e Tokës, atëherë kaosi i papërshkrueshëm do të mbretëronte përgjithmonë në planetin tonë. Nëse nuk ka fërkime, deti do të tërbohet përgjithmonë dhe stuhia nuk do të qetësohet kurrë. Stuhitë e rërës nuk do të pushojnë së varur mbi Tokë dhe era do të fryjë vazhdimisht. Tingujt melodikë të pianos, violinës dhe gjëmimi i tmerrshëm i kafshëve grabitqare do të përzihen dhe do të përhapen pafundësisht në ajër. Në mungesë të fërkimit, një trup që filloi të lëvizte nuk do të ndalonte kurrë. Në një sipërfaqe absolutisht të lëmuar të tokës, trupa dhe objekte të ndryshme do të përzihen përgjithmonë në drejtime nga më të ndryshmet. Bota e Tokës do të ishte qesharake dhe tragjike nëse nuk do të kishte fërkime dhe tërheqje të Tokës.

Shumë mijëra vjet më parë, njerëzit ndoshta vunë re se shumica e objekteve bien gjithnjë e më shpejt, dhe disa bien në mënyrë të barabartë. Por se si bien saktësisht këto objekte ishte një pyetje që nuk i interesonte askujt. Ku do të kishin pasur dëshirën njerëzit primitivë të zbulonin se si dhe pse? Nëse ata mendonin për shkaqe ose shpjegime fare, frika paragjykuese i bënte menjëherë të mendonin për shpirtrat e mirë dhe të këqij. Mund të imagjinojmë lehtësisht se këta njerëz, me jetën e tyre të rrezikshme, i konsideronin fenomenet e zakonshme si "të mira" dhe fenomenet më të pazakonta si "të këqija".

Të gjithë njerëzit në zhvillimin e tyre kalojnë nëpër shumë faza të dijes: nga marrëzia e bestytnive deri te të menduarit shkencor. Në fillim, njerëzit kryen eksperimente me dy objekte. Për shembull, ata morën dy gurë dhe i lanë të binin lirisht, duke i lëshuar në të njëjtën kohë nga duart. Më pas ata hodhën sërish dy gurë, por këtë herë horizontalisht anash. Më pas ata hodhën njërin gur anash dhe në të njëjtin moment lëshuan të dytin nga duart, por në mënyrë që ai thjesht të binte vertikalisht. Njerëzit kanë mësuar shumë për natyrën nga eksperimente të tilla.

Fig.1

Ndërsa njerëzimi u zhvillua, ai fitoi jo vetëm njohuri, por edhe paragjykime. Sekretet dhe traditat profesionale të artizanëve i lanë vendin njohurive të organizuara të natyrës, të cilat vinin nga autoritetet dhe ruheshin në vepra të njohura të shtypura.

Ky ishte fillimi i shkencës së vërtetë. Njerëzit eksperimentonin çdo ditë, duke mësuar zanate ose duke krijuar makina të reja. Nga eksperimentet me trupat që bien, njerëzit kanë vërtetuar se gurët e vegjël dhe të mëdhenj të lëshuar nga duart në të njëjtën kohë bien me të njëjtën shpejtësi. E njëjta gjë mund të thuhet për copat e plumbit, arit, hekurit, qelqit etj. të madhësive të ndryshme. Nga eksperimente të tilla mund të nxirret një rregull i thjeshtë i përgjithshëm: rënia e lirë e të gjithë trupave ndodh në të njëjtën mënyrë, pavarësisht nga madhësia dhe materiali nga i cili janë bërë trupat.

Ndoshta kishte një hendek të gjatë midis vëzhgimit të marrëdhënieve shkakësore të fenomeneve dhe eksperimenteve të ekzekutuara me kujdes. Interesi për lëvizjen e trupave që binin dhe hidheshin lirshëm u rrit së bashku me përmirësimin e armëve. Përdorimi i shtizave, shigjetave, katapultave dhe "instrumenteve të luftës" akoma më të sofistikuara bënë të mundur marrjen e informacionit primitive dhe të paqartë nga fusha e balistikës, por kjo mori formën e rregullave të punës së artizanëve dhe jo njohurive shkencore - ato nuk ishin. idetë e formuluara.

Dy mijë vjet më parë, grekët formuluan rregullat për rënien e lirë të trupave dhe u dhanë shpjegime, por këto rregulla dhe shpjegime ishin të pabaza. Disa shkencëtarë të lashtë me sa duket kryen eksperimente mjaft të arsyeshme me trupa që bien, por përdorimi në Mesjetë i ideve antike të propozuara nga Aristoteli (rreth 340 para Krishtit) e ngatërroi më tepër çështjen. Dhe ky konfuzion zgjati për shumë shekuj të tjerë. Përdorimi i barutit rriti shumë interesin për lëvizjen e trupave. Por ishte vetëm Galileo (rreth vitit 1600) që ritheksoi bazat e balistikës në formën e rregullave të qarta në përputhje me praktikën.

Filozofi dhe shkencëtari i madh grek Aristoteli me sa duket kishte besimin popullor se trupat e rëndë bien më shpejt se ato të lehta. Aristoteli dhe pasuesit e tij u përpoqën të shpjegonin pse ndodhin disa fenomene, por jo gjithmonë kujdeseshin të vëzhgonin se çfarë po ndodhte dhe si po ndodhte. Aristoteli shpjegoi shumë thjesht arsyet e rënies së trupave: ai tha se trupat përpiqen të gjejnë vendin e tyre natyror në sipërfaqen e Tokës. Duke përshkruar se si bien trupat, ai bëri deklarata si më poshtë: "... ashtu si lëvizja poshtë e një cope plumbi ose ari ose e ndonjë trupi tjetër të pajisur me peshë ndodh, aq më shpejt, aq më e madhe është madhësia e tij...", ". ..një trup është më i rëndë se tjetri, ka të njëjtin vëllim, por lëviz më shpejt poshtë...". Aristoteli e dinte se gurët bien më shpejt se pendët e shpendëve dhe copat e drurit bien më shpejt se tallashja.

Në shekullin e 14-të, një grup filozofësh nga Parisi u rebeluan kundër teorisë së Aristotelit dhe propozuan një skemë shumë më të arsyeshme, e cila u transmetua brez pas brezi dhe u përhap në Itali, duke ndikuar në Galileo dy shekuj më vonë. Filozofët parizianë folën për lëvizje e përshpejtuar dhe madje edhe rreth nxitim konstant duke i shpjeguar këto koncepte në gjuhën arkaike.

Shkencëtari i madh italian Galileo Galilei përmblodhi informacionin dhe idetë në dispozicion dhe i analizoi ato në mënyrë kritike, dhe më pas përshkroi dhe filloi të shpërndajë atë që ai e konsideronte të vërtetë. Galileo e kuptoi që ndjekësit e Aristotelit ishin të hutuar nga rezistenca e ajrit. Ai theksoi se objektet e dendura, për të cilat rezistenca e ajrit është e parëndësishme, bien pothuajse me të njëjtën shpejtësi. Galileo shkroi: "... dallimi në shpejtësinë e lëvizjes në ajrin e topave të bërë prej ari, plumbi, bakri, porfiri dhe materiale të tjera të rënda është aq i parëndësishëm sa një top ari në rënie të lirë në një distancë prej njëqind kubitësh. sigurisht që do të kalonte një top bakri me jo më shumë se katër gishta. Pasi bëra këtë vëzhgim, arrita në përfundimin se në një mjedis krejtësisht të lirë nga çdo rezistencë, të gjithë trupat do të binin me të njëjtën shpejtësi." Duke supozuar se çfarë do të ndodhte nëse trupat do të binin lirshëm në një vakum, Galileo nxori ligjet e mëposhtme të trupave që bien për rastin ideal:

Të gjithë trupat lëvizin në të njëjtën mënyrë kur bien: pasi kanë filluar të bien në të njëjtën kohë, ata lëvizin me të njëjtën shpejtësi

Lëvizja ndodh me "përshpejtim të vazhdueshëm"; shkalla e rritjes së shpejtësisë së trupit nuk ndryshon, d.m.th. për çdo sekondë të mëpasshme shpejtësia e trupit rritet me të njëjtën sasi.

Ekziston një legjendë që Galileo bëri një demonstrim të madh duke hedhur objekte të lehta dhe të rënda nga maja e Kullës së Pizës (disa thonë se ai hodhi topa çeliku dhe druri, ndërsa të tjerë pretendojnë se ishin topa hekuri me peshë 0,5 dhe 50 kg). . Nuk ka përshkrime të përvojave të tilla publike dhe Galileo sigurisht nuk e demonstroi sundimin e tij në këtë mënyrë. Galileo e dinte se një top prej druri do të binte shumë prapa një topi hekuri, por ai besonte se do të kërkohej një kullë më e lartë për të demonstruar shpejtësitë e ndryshme të rënies së dy topave të hekurt të pabarabartë.

Pra, gurët e vegjël bien pak pas atyre të mëdhenj dhe ndryshimi bëhet më i dukshëm sa më e madhe të jetë distanca që fluturojnë gurët. Dhe çështja këtu nuk është vetëm madhësia e trupave: topat prej druri dhe çeliku me të njëjtën madhësi nuk bien saktësisht njësoj. Galileo e dinte se një përshkrim i thjeshtë i trupave në rënie pengohej nga rezistenca e ajrit. Duke zbuluar se me rritjen e madhësisë së trupave ose densitetit të materialit nga i cili janë bërë, lëvizja e trupave rezulton të jetë më uniforme, është e mundur, bazuar në disa supozime, të formulohet një rregull për rastin ideal. . Dikush mund të përpiqet të reduktojë rezistencën e ajrit duke rrjedhur rreth një objekti të tillë si një fletë letre, për shembull.

Por Galileo vetëm mund ta zvogëlonte atë dhe nuk mund ta eliminonte plotësisht. Prandaj, ai duhej të kryente provën, duke kaluar nga vëzhgimet reale të rezistencës së ajrit vazhdimisht në rënie në rastin ideal ku nuk ka rezistencë ajri. Më vonë, me përfitimin e pashmangshmërisë, ai ishte në gjendje të shpjegonte ndryshimet në eksperimentet aktuale duke ia atribuar ato rezistencës së ajrit.

Menjëherë pas Galileos, u krijuan pompat e ajrit, të cilat bënë të mundur kryerjen e eksperimenteve me rënie të lirë në vakum. Për këtë qëllim, Njutoni nxori ajrin nga një tub i gjatë qelqi dhe hodhi një pendë zogu dhe një monedhë ari sipër në të njëjtën kohë. Edhe trupat që ndryshonin shumë në densitet ranë me të njëjtën shpejtësi. Ishte ky eksperiment që dha një provë vendimtare të supozimit të Galileos. Eksperimentet dhe arsyetimi i Galileos çuan në një rregull të thjeshtë që ishte saktësisht i vlefshëm në rastin e rënies së lirë të trupave në vakum. Ky rregull në rastin e rënies së lirë të trupave në ajër përmbushet me saktësi të kufizuar. Prandaj, nuk mund të besohet në të si një rast ideal. Për të studiuar plotësisht rënien e lirë të trupave, është e nevojshme të dihet se çfarë ndryshimesh të temperaturës, presionit etj. ndodhin gjatë rënies, pra të studiohen aspekte të tjera të kësaj dukurie. Por studime të tilla do të ishin konfuze dhe komplekse, do të ishte e vështirë të vihej re marrëdhënia e tyre, kjo është arsyeja pse kaq shpesh në fizikë duhet të mjaftohesh vetëm me faktin se rregulli është një lloj thjeshtimi i një ligji të vetëm.

Pra, edhe shkencëtarët e Mesjetës dhe Rilindjes e dinin se pa rezistencën e ajrit një trup i çfarëdo mase bie nga e njëjta lartësi në të njëjtën kohë, Galileo jo vetëm që e testoi atë me përvojë dhe mbrojti këtë deklaratë, por gjithashtu vendosi llojin e lëvizja e një trupi që bie vertikalisht: “ ...thonë se lëvizja natyrale e një trupi që bie është vazhdimisht duke u përshpejtuar. Megjithatë, në çfarë aspekti ndodh kjo ende nuk është treguar; Me sa di unë, askush nuk e ka provuar ende se hapësirat që përshkohen nga një trup që bie në intervale të barabarta kohore janë të lidhura me njëra-tjetrën si numra tek të njëpasnjëshëm.” Kështu që Galileo vendosi shenjën e lëvizjes së përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme:

S 1:S 2:S 3: ... = 1:2:3: ... (në V 0 = 0)

Kështu, mund të supozojmë se rënia e lirë është lëvizje e përshpejtuar në mënyrë uniforme. Meqenëse për lëvizje të përshpejtuar njëtrajtësisht zhvendosja llogaritet me formulë

, atëherë nëse marrim tri pika të caktuara 1,2,3 nëpër të cilat kalon një trup gjatë rënies dhe shkruajmë: (nxitimi gjatë rënies së lirë është i njëjtë për të gjithë trupat), rezulton se raporti i zhvendosjeve gjatë lëvizjes së përshpejtuar njëtrajtësisht është e barabartë me:

S 1:S 2:S 3 = t 1 2:t 2 2:t 3 2

Kjo është një tjetër shenjë e rëndësishme e lëvizjes së përshpejtuar në mënyrë uniforme, dhe për rrjedhojë e rënies së lirë të trupave.

Përshpejtimi i gravitetit mund të matet. Nëse supozojmë se nxitimi është konstant, atëherë është mjaft e lehtë ta matim atë duke përcaktuar periudhën kohore gjatë së cilës trupi përshkon një segment të njohur të rrugës dhe, përsëri duke përdorur relacionin

. Nga këtu a=2S/t 2 . Nxitimi konstant për shkak të gravitetit simbolizohet me g. Përshpejtimi i rënies së lirë është i famshëm për faktin se nuk varet nga masa e trupit që bie. Në të vërtetë, nëse kujtojmë përvojën e shkencëtarit të famshëm anglez Njuton me një pendë zogu dhe një monedhë ari, mund të themi se ato bien me të njëjtin nxitim, megjithëse kanë masa të ndryshme.

Matjet japin një vlerë g prej 9,8156 m/s 2 .

Vektori i nxitimit të rënies së lirë është gjithmonë i drejtuar vertikalisht poshtë, përgjatë një linje plumbash në një vend të caktuar në Tokë.

E megjithatë: pse bien trupat? Dikush mund të thotë, për shkak të gravitetit ose gravitetit. Në fund të fundit, fjala "gravitet" është me origjinë latine dhe do të thotë "i rëndë" ose "i rëndë". Mund të themi se trupat bien sepse peshojnë. Por atëherë pse peshojnë trupat? Dhe përgjigja mund të jetë kjo: sepse Toka i tërheq ata. Dhe, me të vërtetë, të gjithë e dinë se Toka tërheq trupat sepse ata bien. Po, fizika nuk e shpjegon gravitetin; Toka tërheq trupa sepse natyra funksionon në atë mënyrë. Megjithatë, fizika mund t'ju tregojë shumë gjëra interesante dhe të dobishme për gravitetin. Isaac Newton (1643-1727) studioi lëvizjen e trupave qiellorë - planetët dhe Hënën. Ai ishte më shumë se një herë i interesuar për natyrën e forcës që duhet të veprojë në Hënë në mënyrë që, kur lëviz rreth tokës, të mbahet në një orbitë pothuajse rrethore. Njutoni mendoi gjithashtu për problemin në dukje të palidhur të gravitetit. Meqenëse trupat në rënie përshpejtohen, Njutoni arriti në përfundimin se mbi to veprohet nga një forcë që mund të quhet forca e gravitetit ose e gravitetit. Por çfarë e shkakton këtë forcë gravitacionale? Në fund të fundit, nëse një forcë vepron mbi një trup, atëherë ajo shkaktohet nga një trup tjetër. Çdo trup në sipërfaqen e Tokës përjeton veprimin e kësaj force gravitacionale dhe kudo ku ndodhet trupi, forca që vepron mbi të drejtohet drejt qendrës së Tokës. Njutoni arriti në përfundimin se vetë Toka krijon një forcë gravitacionale që vepron mbi trupat e vendosur në sipërfaqen e saj.

Historia e zbulimit të ligjit të gravitetit universal nga Njutoni është mjaft e njohur. Sipas legjendës, Njutoni ishte ulur në kopshtin e tij dhe vuri re një mollë që binte nga një pemë. Ai papritmas kishte një parandjenjë se nëse forca e gravitetit vepron në majë të një peme dhe madje edhe në majë të një mali, atëherë ndoshta ajo vepron në çdo distancë. Pra, ideja se është graviteti i Tokës që mban Hënën në orbitën e saj, shërbeu si bazë që Njutoni të fillonte të ndërtonte teorinë e tij të madhe të gravitetit.

Për herë të parë, ideja se natyra e forcave që bëjnë një gur të bjerë dhe përcaktojnë lëvizjen e trupave qiellorë është e njëjtë lindi me Njutonin student. Por llogaritjet e para nuk dhanë rezultate të sakta sepse të dhënat e disponueshme në atë kohë për distancën nga Toka në Hënë ishin të pasakta. 16 vjet më vonë, u shfaqën informacione të reja, të korrigjuara për këtë distancë. Pasi u kryen llogaritjet e reja, duke mbuluar lëvizjen e Hënës, të gjithë planetët e sistemit diellor të zbuluar deri në atë kohë, kometat, zbaticat dhe rrjedhat, teoria u botua.

Shumë historianë të shkencës tani besojnë se Njutoni e shpiku këtë histori për të shtyrë datën e zbulimit në vitet 1760, ndërsa korrespondenca dhe ditarët e tij tregojnë se ai në të vërtetë arriti në ligjin e gravitetit universal vetëm rreth vitit 1685.

Njutoni filloi duke përcaktuar madhësinë e forcës gravitacionale që Toka ushtron në Hënë duke e krahasuar atë me madhësinë e forcës që vepron mbi trupat në sipërfaqen e Tokës. Në sipërfaqen e Tokës, forca e gravitetit u jep nxitim trupave g = 9,8 m/s 2 . Por cili është nxitimi centripetal i Hënës? Meqenëse Hëna lëviz pothuajse në mënyrë të njëtrajtshme në një rreth, nxitimi i saj mund të llogaritet duke përdorur formulën:

a =g 2 /r

Përmes matjeve, mund të gjendet ky nxitim. Është e barabartë

2,73*10 -3 m/s 2. Nëse e shprehim këtë nxitim në termat e nxitimit gravitacional g pranë sipërfaqes së Tokës, marrim:

Kështu, nxitimi i Hënës i drejtuar drejt Tokës është 1/3600 e nxitimit të trupave pranë sipërfaqes së Tokës. Hëna është 385,000 km larg nga Toka, që është afërsisht 60 herë rrezja e Tokës prej 6,380 km. Kjo do të thotë se Hëna është 60 herë më larg nga qendra e Tokës sesa trupat e vendosur në sipërfaqen e Tokës. Por 60*60 = 3600! Nga kjo, Njutoni arriti në përfundimin se forca e gravitetit që vepron në çdo trup nga Toka zvogëlohet në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës së tyre nga qendra e Tokës:

Graviteti~ 1/ r 2

Hëna, 60 rreze larg Tokës, përjeton një tërheqje gravitacionale që është vetëm 1/60 2 = 1/3600 e forcës që do të përjetonte nëse do të ishte në sipërfaqen e Tokës. Çdo trup i vendosur në një distancë prej 385,000 km nga Toka, falë gravitetit të Tokës, fiton të njëjtin nxitim si Hëna, përkatësisht 2,73 * 10 -3 m/s 2 .

Njutoni kuptoi se forca e gravitetit varet jo vetëm nga distanca në trupin e tërhequr, por edhe nga masa e tij. Në të vërtetë, forca e gravitetit është drejtpërdrejt proporcionale me masën e trupit të tërhequr, sipas ligjit të dytë të Njutonit. Nga ligji i tretë i Njutonit është e qartë se kur Toka vepron me një forcë gravitacionale në një trup tjetër (për shembull, Hëna), ky trup, nga ana tjetër, vepron në Tokë me një forcë të barabartë dhe të kundërt:

Oriz. 2

Falë kësaj, Njutoni supozoi se madhësia e forcës gravitacionale është proporcionale me të dy masat. Kështu:

Ku m 3 - masa e Tokës, m T- masa e një trupi tjetër, r- distanca nga qendra e Tokës në qendër të trupit.

Duke vazhduar studimin e tij të gravitetit, Njutoni shkoi një hap më tej. Ai përcaktoi se forca e nevojshme për të mbajtur planetët e ndryshëm në orbitat e tyre rreth Diellit zvogëlohet në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancave të tyre nga Dielli. Kjo e çoi atë në idenë se forca që vepron midis Diellit dhe secilit prej planetëve dhe i mbante ata në orbitat e tyre ishte gjithashtu një forcë gravitacionale. Ai sugjeroi gjithashtu se natyra e forcës që mban planetët në orbitat e tyre është identike me natyrën e forcës së gravitetit që vepron në të gjithë trupat afër sipërfaqes së tokës (për gravitetin do të flasim më vonë). Testi konfirmoi supozimin e natyrës së unifikuar të këtyre forcave. Atëherë nëse ndikimi gravitacional ekziston midis këtyre trupave, atëherë pse nuk duhet të ekzistojë midis të gjithë trupave? Kështu Njutoni erdhi në famën e tij Ligji i gravitetit universal, e cila mund të formulohet si më poshtë:

Çdo grimcë në Univers tërheq çdo grimcë tjetër me një forcë drejtpërdrejt proporcionale me produktin e masave të tyre dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre. Kjo forcë vepron përgjatë vijës që lidh dy grimcat.

Madhësia e kësaj force mund të shkruhet si:

ku dhe janë masat e dy grimcave, është distanca ndërmjet tyre dhe është konstanta gravitacionale, e cila mund të matet eksperimentalisht dhe ka të njëjtën vlerë numerike për të gjithë trupat.

Kjo shprehje përcakton madhësinë e forcës gravitacionale me të cilën një grimcë vepron në një tjetër, e vendosur në një distancë prej saj. Për dy trupa jopikësorë, por homogjenë, kjo shprehje përshkruan saktë bashkëveprimin nëse është distanca midis qendrave të trupave. Përveç kësaj, nëse trupat e zgjatur janë të vegjël në krahasim me distancat midis tyre, atëherë nuk do të gabojmë shumë nëse trupat i konsiderojmë si grimca pikash (siç është rasti i sistemit Tokë-Diell).

Nëse keni nevojë të merrni parasysh forcën e tërheqjes gravitacionale që vepron në një grimcë të caktuar nga dy ose më shumë grimca të tjera, për shembull, forca që vepron në Hënë nga Toka dhe Dielli, atëherë është e nevojshme që çdo palë grimcash ndërvepruese të përdoret formulën e ligjit të gravitetit universal, dhe më pas shtoni forcat vektoriale, që veprojnë në grimcë.

Vlera e konstantës duhet të jetë shumë e vogël, pasi nuk vërejmë ndonjë forcë që vepron midis trupave me madhësi të zakonshme. Forca që vepron midis dy trupave me përmasa normale u mat për herë të parë në 1798. Henry Cavendish - 100 vjet pasi Njutoni publikoi ligjin e tij. Për të zbuluar dhe matur një forcë kaq të vogël, ai përdori konfigurimin e treguar në Fig. 3.

Dy topa janë ngjitur në skajet e një shufre të lehtë horizontale të varur nga mesi në një fije të hollë. Kur topi, i emërtuar A, afrohet pranë njërit prej topave të varur, forca e tërheqjes gravitacionale bën që topi i lidhur me shufrën të lëvizë, duke bërë që filli të rrotullohet pak. Kjo zhvendosje e lehtë matet duke përdorur një rreze të ngushtë drite të drejtuar në një pasqyrë të montuar në një fije në mënyrë që rrezja e reflektuar e dritës të bjerë në shkallë. Matjet e mëparshme të përdredhjes së fillit nën ndikimin e forcave të njohura bëjnë të mundur përcaktimin e madhësisë së forcës së ndërveprimit gravitacional që vepron midis dy trupave. Një pajisje e këtij lloji përdoret në projektimin e një matësi të gravitetit, me ndihmën e të cilit mund të maten ndryshime shumë të vogla të gravitetit pranë një shkëmbi që ndryshon në densitet nga shkëmbinjtë fqinjë. Ky instrument përdoret nga gjeologët për të studiuar koren e tokës dhe për të eksploruar veçoritë gjeologjike që tregojnë një depozitë nafte. Në një version të pajisjes Cavendish, dy topa janë pezulluar në lartësi të ndryshme. Ato më pas do të tërhiqen ndryshe nga një depozitim shkëmbi i dendur afër sipërfaqes; prandaj, shiriti do të rrotullohet pak kur orientohet siç duhet në raport me depozitën. Eksploruesit e naftës tani po i zëvendësojnë këta matës të gravitetit me instrumente që masin drejtpërdrejt ndryshimet e vogla në madhësinë e nxitimit për shkak të gravitetit, g, të cilat do të diskutohen më vonë.

Cavendish jo vetëm që konfirmoi hipotezën e Njutonit se trupat tërheqin njëri-tjetrin dhe formula e përshkruan saktë këtë forcë. Meqenëse Cavendish mund të matte sasitë me saktësi të mirë, ai ishte gjithashtu në gjendje të llogariste vlerën e konstantës. Aktualisht pranohet se kjo konstante është e barabartë me

Diagrami i njërit prej eksperimenteve të matjes është paraqitur në Fig. 4.

Dy topa me masë të barabartë janë pezulluar nga skajet e një trau të ekuilibrit. Njëra prej tyre ndodhet sipër pllakës së plumbit, tjetra është poshtë saj. Plumbi (për eksperimentin u mor 100 kg plumb) rrit peshën e topit të djathtë me tërheqjen e tij dhe zvogëlon peshën e topit të majtë. Topi i djathtë tejkalon atë të majtë. Vlera llogaritet në bazë të devijimit të traut të balancës.

Zbulimi i ligjit të gravitetit universal konsiderohet me të drejtë një nga triumfet më të mëdha të shkencës. Dhe, duke e lidhur këtë triumf me emrin e Njutonit, nuk mund të mos dëshirojmë të pyesim pse pikërisht ky natyralist brilant, dhe jo Galileo, për shembull, që zbuloi ligjet e rënies së lirë të trupave, jo Robert Hooke apo ndonjë prej të shquarve të tjerë të Njutonit. paraardhësit apo bashkëkohësit, arritën ta bënin këtë zbulim?

Kjo nuk është një çështje e thjeshtë e rastit apo e rënies së mollëve. Faktori kryesor përcaktues ishte se Njutoni kishte në duart e tij ligjet që ai zbuloi që ishin të zbatueshme për përshkrimin e çdo lëvizjeje. Ishin këto ligje, ligjet e mekanikës së Njutonit, që e bënë absolutisht të qartë se baza që përcakton tiparet e lëvizjes janë forcat. Njutoni ishte i pari që e kuptoi absolutisht qartë se çfarë saktësisht duhej kërkuar për të shpjeguar lëvizjen e planetëve - ishte e nevojshme të kërkoheshin forca dhe vetëm forca. Një nga vetitë më të shquara të forcave të gravitetit universal, ose, siç quhen shpesh, forcat gravitacionale, pasqyrohet në vetë emrin e dhënë nga Njutoni: botëror. Çdo gjë që ka masë - dhe masa është e natyrshme në çdo formë, çdo lloj materie - duhet të përjetojë ndërveprime gravitacionale. Në të njëjtën kohë, është e pamundur të mbroheni nga forcat gravitacionale. Nuk ka pengesa për gravitetin universal. Është gjithmonë e mundur të vendoset një pengesë e pakapërcyeshme ndaj fushës elektrike dhe magnetike. Por ndërveprimi gravitacional transmetohet lirisht përmes çdo trupi. Ekranet e bëra nga substanca të veçanta të padepërtueshme nga graviteti mund të ekzistojnë vetëm në imagjinatën e autorëve të librave fantashkencë.

Pra, forcat gravitacionale janë të gjithëpranishme dhe të gjithanshme. Pse nuk e ndiejmë tërheqjen e shumicës së trupave? Nëse llogaritni se çfarë përqindje e gravitetit të Tokës është, për shembull, graviteti i Everestit, rezulton se është vetëm një e mijta e përqindjes. Forca e tërheqjes së ndërsjellë midis dy njerëzve me peshë mesatare me një distancë prej një metri midis tyre nuk i kalon tre të qindtat e miligramit. Forcat gravitacionale janë kaq të dobëta. Fakti që forcat gravitacionale, në përgjithësi, janë shumë më të dobëta se forcat elektrike, shkakton një ndarje të veçantë të sferave të ndikimit të këtyre forcave. Për shembull, duke llogaritur se në atome tërheqja gravitacionale e elektroneve në bërthamë është më e dobët se tërheqja elektrike nga një faktor, është e lehtë të kuptohet se proceset brenda atomit përcaktohen praktikisht vetëm nga forcat elektrike. Forcat gravitacionale bëhen të dukshme, dhe ndonjëherë edhe kolosale, kur në bashkëveprim shfaqen masa të tilla të mëdha si masat e trupave kozmikë: planetët, yjet, etj. Kështu, Toka dhe Hëna tërhiqen me një forcë prej afërsisht 20,000,000,000,000,000 ton. Edhe yjet aq larg nesh, drita e të cilëve udhëton nga Toka për vite me radhë, tërhiqen nga planeti ynë me një forcë që shprehet me një shifër mbresëlënëse - qindra miliona tonë.

Tërheqja e ndërsjellë e dy trupave zvogëlohet ndërsa largohen nga njëri-tjetri. Le të kryejmë mendërisht eksperimentin e mëposhtëm: do të masim forcën me të cilën Toka tërheq një trup, për shembull, një peshë prej njëzet kilogramësh. Le të korrespondojë eksperimenti i parë me kushte të tilla kur pesha vendoset në një distancë shumë të madhe nga Toka. Në këto kushte, forca e tërheqjes (e cila mund të matet duke përdorur shkallët më të zakonshme të pranverës) do të jetë praktikisht zero. Ndërsa i afrohemi Tokës, tërheqja e ndërsjellë do të shfaqet dhe gradualisht do të rritet, dhe më në fund, kur pesha të jetë në sipërfaqen e Tokës, shigjeta e peshores pranverore do të ndalet në shenjën "20 kilogramë", pasi ajo që ne e quajmë peshë, Përveç rrotullimit të tokës, nuk është gjë tjetër veçse forca me të cilën Toka tërheq trupat që ndodhen në sipërfaqen e saj (shih më poshtë). Nëse vazhdojmë eksperimentin dhe e ulim peshën në një bosht të thellë, kjo do të zvogëlojë forcën që vepron në peshë. Kjo mund të shihet nga fakti se nëse një peshë vendoset në qendër të tokës, tërheqja nga të gjitha anët do të jetë reciprokisht e balancuar dhe gjilpëra e peshores susta do të ndalet saktësisht në zero.

Pra, nuk mund të thuhet thjesht se forcat gravitacionale zvogëlohen me rritjen e distancës - gjithmonë duhet të përcaktohet se vetë këto distanca, me këtë formulim, merren si shumë më të mëdha se madhësitë e trupave. Është në këtë rast që ligji i formuluar nga Njutoni është i saktë që forcat e gravitetit universal zvogëlohen në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës midis trupave tërheqës. Megjithatë, mbetet e paqartë nëse ky është një ndryshim i shpejtë apo jo shumë i shpejtë me distancën? A do të thotë një ligj i tillë që ndërveprimi praktikisht ndihet vetëm ndërmjet fqinjëve më të afërt, apo është i dukshëm edhe në distanca mjaft të mëdha?

Le të krahasojmë ligjin e zvogëlimit të forcave gravitacionale me distancën me ligjin sipas të cilit ndriçimi zvogëlohet me distancën nga burimi. Në të dyja rastet, zbatohet i njëjti ligj - proporcionaliteti i kundërt me katrorin e distancës. Por ne shohim yje të vendosur në distanca kaq të mëdha nga ne, saqë edhe një rreze drite, e cila nuk ka rivalë në shpejtësi, mund të udhëtojë vetëm në miliarda vjet. Por nëse drita e këtyre yjeve arrin tek ne, atëherë tërheqja e tyre duhet të ndihet, të paktën shumë dobët. Rrjedhimisht, veprimi i forcave të gravitetit universal shtrihet, domosdoshmërisht në rënie, në distanca pothuajse të pakufizuara. Gama e tyre e veprimit është pafundësi. Forcat gravitacionale janë forca me rreze të gjatë. Për shkak të veprimit me rreze të gjatë, graviteti lidh të gjithë trupat në univers.

Ngadalësia relative e uljes së forcave me distancë në çdo hap manifestohet në kushtet tona tokësore: në fund të fundit, të gjithë trupat, duke u zhvendosur nga një lartësi në tjetrën, ndryshojnë jashtëzakonisht pak peshën e tyre. Pikërisht sepse me një ndryshim relativisht të vogël në distancë - në këtë rast në qendër të Tokës - forcat gravitacionale praktikisht nuk ndryshojnë.

Lartësitë në të cilat lëvizin satelitët artificialë janë tashmë të krahasueshme me rrezen e Tokës, kështu që për të llogaritur trajektoren e tyre, duke marrë parasysh ndryshimin e forcës së gravitetit me rritjen e distancës është absolutisht e nevojshme.

Pra, Galileo argumentoi se të gjithë trupat e lëshuar nga një lartësi e caktuar pranë sipërfaqes së Tokës do të bien me të njëjtin nxitim. g (nëse neglizhojmë rezistencën e ajrit). Forca që shkakton këtë nxitim quhet gravitet. Le të zbatojmë ligjin e dytë të Njutonit për gravitetin, duke e konsideruar si nxitim a nxitimi i gravitetit g . Kështu, forca e gravitetit që vepron në trup mund të shkruhet si:

F g = mg

Kjo forcë drejtohet poshtë drejt qendrës së Tokës.

Sepse në sistemin SI g = 9,8 , atëherë forca e gravitetit që vepron mbi një trup me peshë 1 kg është.

Le të zbatojmë formulën e ligjit të gravitetit universal për të përshkruar forcën e gravitetit - forcën e gravitetit midis tokës dhe një trupi të vendosur në sipërfaqen e saj. Atëherë m 1 do të zëvendësohet me masën e Tokës m 3, dhe r me distancën nga qendra e Tokës, d.m.th. nga rrezja e Tokës r 3. Kështu marrim:

Ku m është masa e një trupi që ndodhet në sipërfaqen e Tokës. Nga kjo barazi rrjedh se:

Me fjalë të tjera, përshpejtimi i rënies së lirë në sipërfaqen e tokës g të përcaktuar nga sasitë m 3 dhe r 3 .

Në Hënë, në planetë të tjerë ose në hapësirën e jashtme, forca e gravitetit që vepron në një trup me të njëjtën masë do të jetë e ndryshme. Për shembull, në Hënë madhësia g përfaqëson vetëm një të gjashtën g në Tokë, dhe një trup që peshon 1 kg i nënshtrohet një force graviteti të barabartë me vetëm 1.7 N.

Derisa u mat konstanta gravitacionale G, masa e Tokës mbeti e panjohur. Dhe vetëm pasi u mat G, duke përdorur marrëdhënien ishte e mundur të llogaritet masa e tokës. Kjo u bë për herë të parë nga vetë Henry Cavendish. Duke zëvendësuar vlerën e nxitimit gravitacional g = 9,8 m/s dhe rrezen e tokës r z = 6,38 10 6 në formulë, marrim vlerën e mëposhtme për masën e Tokës:

Për forcën gravitacionale që vepron në trupat që ndodhen pranë sipërfaqes së Tokës, thjesht mund të përdorni shprehjen mg. Nëse është e nevojshme të llogaritet forca gravitacionale që vepron në një trup që ndodhet në një distancë nga Toka, ose forca e shkaktuar nga një trup tjetër qiellor (për shembull, Hëna ose një planet tjetër), atëherë duhet të përdoret vlera e g, e llogaritur duke përdorur formulën e njohur në të cilën r 3 dhe m 3 duhet të zëvendësohen me distancën dhe masën përkatëse, ju gjithashtu mund të përdorni drejtpërdrejt formulën e ligjit të gravitetit universal. Ekzistojnë disa metoda për përcaktimin shumë të saktë të nxitimit për shkak të gravitetit. Ju mund të gjeni g thjesht duke peshuar një peshë standarde në një ekuilibër pranveror. Peshoret gjeologjike duhet të jenë të mahnitshme - susta e tyre ndryshon tensionin kur shton më pak se një e milionta e gramit të ngarkesës. Balancat rrotulluese të kuarcit japin rezultate të shkëlqyera. Dizajni i tyre është, në parim, i thjeshtë. Një levë është ngjitur në një fije kuarci të shtrirë horizontalisht, pesha e së cilës e kthen pak fijen:

Një lavjerrës përdoret gjithashtu për të njëjtat qëllime. Deri vonë, metodat e lavjerrësit për matjen e g ishin të vetmet, dhe vetëm në vitet '60 - '70. Ata filluan të zëvendësohen me metoda më të përshtatshme dhe më të sakta të peshimit. Në çdo rast, matja e periudhës së lëkundjes së një lavjerrësi matematikor, sipas formulës

ju mund ta gjeni vlerën e g mjaft saktë. Duke matur vlerën e g në vende të ndryshme në një instrument, mund të gjykoni ndryshimet relative të gravitetit me një saktësi prej pjesësh për milion.

Vlerat e nxitimit të gravitetit g në pika të ndryshme të Tokës janë paksa të ndryshme. Nga formula g = Gm 3 mund të shihni se vlera e g duhet të jetë më e vogël, për shembull, në majat e maleve sesa në nivelin e detit, pasi distanca nga qendra e Tokës në majën e malit është disi më e madhe. . Në të vërtetë, ky fakt u vërtetua eksperimentalisht. Megjithatë, formula g=Gm 3 /r 3 2 nuk jep një vlerë të saktë të g në të gjitha pikat, pasi sipërfaqja e tokës nuk është saktësisht sferike: jo vetëm që ekzistojnë male dhe dete në sipërfaqen e saj, por ka edhe një ndryshim në rrezen e tokës në ekuator; përveç kësaj, masa e tokës shpërndahet në mënyrë jo uniforme; Rrotullimi i Tokës ndikon edhe në ndryshimin e g.

Sidoqoftë, vetitë e përshpejtimit gravitacional doli të ishin më komplekse sesa priste Galileo. Zbuloni se madhësia e nxitimit varet nga gjerësia gjeografike në të cilën matet:

Madhësia e nxitimit për shkak të gravitetit ndryshon gjithashtu me lartësinë mbi sipërfaqen e Tokës:

Vektori i nxitimit të rënies së lirë është gjithmonë i drejtuar vertikalisht poshtë, dhe përgjatë një linje plumbash në një vend të caktuar në Tokë.

Kështu, në të njëjtën gjerësi dhe në të njëjtën lartësi mbi nivelin e detit, nxitimi i gravitetit duhet të jetë i njëjtë. Matjet e sakta tregojnë se devijimet nga kjo normë - anomalitë e gravitetit - janë shumë të zakonshme. Arsyeja e anomalive është shpërndarja jo uniforme e masës pranë vendit të matjes.

Siç u përmend tashmë, forca gravitacionale nga ana e një trupi të madh mund të përfaqësohet si shuma e forcave që veprojnë nga ana e grimcave individuale të një trupi të madh. Tërheqja e një lavjerrës nga Toka është rezultat i veprimit të të gjitha grimcave të Tokës në të. Por është e qartë se grimcat e afërta japin kontributin më të madh në forcën totale - në fund të fundit, tërheqja është në përpjesëtim të kundërt me katrorin e distancës.

Nëse masat e rënda përqendrohen afër vendit të matjes, g do të jetë më e madhe se norma; përndryshe, g do të jetë më e vogël se norma.

Nëse, për shembull, matni g në një mal ose në një avion që fluturon mbi det në lartësinë e një mali, atëherë në rastin e parë do të merrni një numër të madh. Vlera e g është gjithashtu më e lartë se normalja në ishujt e izoluar të oqeanit. Është e qartë se në të dyja rastet rritja e g shpjegohet me përqendrimin e masave shtesë në vendin e matjes.

Jo vetëm vlera e g, por edhe drejtimi i gravitetit mund të devijojnë nga norma. Nëse varni një peshë në një fije, filli i zgjatur do të tregojë vertikale për këtë vend. Kjo vertikale mund të devijojë nga norma. Drejtimi "normal" i vertikales është i njohur për gjeologët nga hartat speciale në të cilat është ndërtuar figura "ideale" e Tokës bazuar në të dhënat për vlerat g.

Le të bëjmë një eksperiment me një plumbçe në këmbët e një mali të madh. Kumbulla tërhiqet nga Toka në qendër të saj dhe nga mali në anën e saj. Linja e plumbit duhet të devijojë në kushte të tilla nga drejtimi i vertikales normale. Meqenëse masa e Tokës është shumë më e madhe se masa e malit, devijime të tilla nuk kalojnë disa sekonda me hark.

Vertikalin “normale” e përcaktojnë yjet, pasi për çdo pikë gjeografike llogaritet se ku “prehet” në qiell vertikali i figurës “ideale” të Tokës në një moment të caktuar të ditës dhe vitit.

Devijimet e vijës së plumbit ndonjëherë çojnë në rezultate të çuditshme. Për shembull, në Firence, ndikimi i Apenineve nuk çon në tërheqje, por në zmbrapsje të vijës së plumbit. Mund të ketë vetëm një shpjegim: ka zbrazëti të mëdha në male.

Rezultate të jashtëzakonshme janë marrë duke matur përshpejtimin e gravitetit në shkallën e kontinenteve dhe oqeaneve. Kontinentet janë shumë më të rënda se oqeanet, kështu që duket se vlerat e g mbi kontinente duhet të jenë më të mëdha. Se mbi oqeane. Në realitet, vlerat e g përgjatë të njëjtës gjerësi gjeografike mbi oqeane dhe kontinente janë mesatarisht të njëjta.

Përsëri, ka vetëm një shpjegim: kontinentet mbështeten në shkëmbinj më të lehtë, dhe oqeanet në shkëmbinj më të rëndë. Dhe në të vërtetë, aty ku është e mundur kërkimi i drejtpërdrejtë, gjeologët vërtetojnë se oqeanet qëndrojnë në shkëmbinj të rëndë bazaltikë dhe kontinentet në granite të lehta.

Por menjëherë lind pyetja e mëposhtme: pse shkëmbinjtë e rëndë dhe të lehtë kompensojnë me saktësi ndryshimin në peshën e kontinenteve dhe oqeaneve? Një kompensim i tillë nuk mund të jetë çështje rastësie; arsyet e tij duhet të jenë të rrënjosura në strukturën e guaskës së Tokës.

Gjeologët besojnë se pjesët e sipërme të kores së tokës duket se notojnë mbi një plastikë të poshtme, domethënë një masë lehtësisht të deformueshme. Presioni në thellësi rreth 100 km duhet të jetë i njëjtë kudo, ashtu si presioni në fund të një anijeje me ujë në të cilën notojnë copa druri me peshë të ndryshme është e njëjtë. Prandaj, një kolonë materies me një sipërfaqe prej 1 m 2 nga sipërfaqja në një thellësi prej 100 km duhet të ketë të njëjtën peshë si nën oqean ashtu edhe nën kontinente.

Ky barazim i presioneve (quhet izostazi) çon në faktin se mbi oqeanet dhe kontinentet përgjatë së njëjtës vijë gjeografike, vlera e nxitimit gravitacional g nuk ndryshon ndjeshëm. Anomalitë e gravitetit lokal i shërbejnë eksplorimit gjeologjik, qëllimi i të cilit është gjetja e depozitave minerale nën tokë pa gërmuar gropa apo gërmime miniera.

Minerali i rëndë duhet kërkuar në ato vende ku g është më i madhi. Në të kundërt, depozitat e kripës së lehtë zbulohen nga vlerat lokale të nënvlerësuara g. g mund të matet me një saktësi pjesë për milion nga 1 m/sek 2 .

Metodat e zbulimit duke përdorur lavjerrës dhe peshore ultra të sakta quhen gravitacionale. Ato kanë një rëndësi të madhe praktike, veçanërisht për kërkimin e naftës. Fakti është se me metodat e eksplorimit gravitacional është e lehtë të zbulohen kupolat e kripës nëntokësore, dhe shumë shpesh rezulton se ku ka kripë, ka vaj. Për më tepër, nafta shtrihet në thellësi, dhe kripa është më afër sipërfaqes së tokës. Nafta u zbulua duke përdorur eksplorimin e gravitetit në Kazakistan dhe vende të tjera.

Në vend që ta tërhiqni karrocën me një susta, ajo mund të përshpejtohet duke lidhur një kordon të hedhur mbi një rrotull, nga skaji i kundërt i të cilit varet një ngarkesë. Atëherë forca që jep nxitimin do të jetë për shkak të peshë këtë ngarkesë. Përshpejtimi i rënies së lirë përsëri i jepet trupit nga pesha e tij.

Në fizikë, pesha është emri zyrtar i forcës që shkaktohet nga tërheqja e objekteve në sipërfaqen e tokës - "tërheqja e gravitetit". Fakti që trupat tërhiqen drejt qendrës së Tokës e bën këtë shpjegim të arsyeshëm.

Pavarësisht se si e përcaktoni, pesha është forcë. Nuk ndryshon nga asnjë forcë tjetër, përveç dy veçorive: pesha drejtohet vertikalisht dhe vepron vazhdimisht, nuk mund të eliminohet.

Për të matur drejtpërdrejt peshën e një trupi, duhet të përdorim një peshore sustë, të graduar në njësi të forcës. Meqenëse kjo është shpesh e papërshtatshme për t'u bërë, ne krahasojmë një peshë me një tjetër duke përdorur peshore me levë, d.m.th. gjejmë lidhjen:

GRAVITETI I TOKËS QË VEPRON NË TRUPIN X GRAVITETI I TOKËS VEPRON NË STANDARDIN E MASËS

Supozoni se trupi X tërhiqet 3 herë më fort se standardi i masës. Në këtë rast, themi se graviteti i tokës që vepron në trupin X është i barabartë me 30 njuton forcë, që do të thotë se është 3 herë më i madh se graviteti i tokës, i cili vepron në një kilogram masë. Konceptet e masës dhe peshës shpesh ngatërrohen, midis të cilave ka një ndryshim domethënës. Masa është një veti e vetë trupit (është një masë e inercisë ose "sasia e materies" e tij). Pesha është forca me të cilën trupi vepron në mbështetëse ose e shtrin pezullimin (pesha numerikisht është e barabartë me forcën e gravitetit nëse mbështetja ose pezullimi nuk ka nxitim).

Nëse përdorim një peshore pranverore për të matur peshën e një objekti me saktësi shumë të madhe, dhe më pas e zhvendosim peshoren në një vend tjetër, do të zbulojmë se pesha e objektit në sipërfaqen e Tokës ndryshon disi nga vendi në vend. Ne e dimë se larg nga sipërfaqja e Tokës, ose në thellësi të globit, pesha duhet të jetë shumë më e vogël.

A ndryshon masa? Shkencëtarët, duke reflektuar për këtë çështje, kanë arritur prej kohësh në përfundimin se masa duhet të mbetet e pandryshuar. Edhe në qendër të Tokës, ku graviteti që vepron në të gjitha drejtimet do të prodhonte zero forcë neto, trupi do të kishte ende të njëjtën masë.

Kështu, masa, e matur me vështirësinë që hasim kur përpiqemi të përshpejtojmë lëvizjen e një karroce të vogël, është e njëjtë kudo: në sipërfaqen e Tokës, në qendër të Tokës, në Hënë. Pesha e vlerësuar nga zgjatja e peshores së pranverës (dhe ndjesia

në muskujt e dorës së një personi që mban një peshore) do të jetë dukshëm më pak në Hënë dhe praktikisht e barabartë me zero në qendër të Tokës. (Fig. 7)

Sa e fortë është graviteti i tokës që vepron në masa të ndryshme? Si të krahasoni peshat e dy objekteve? Le të marrim dy copa identike plumbi, le të themi 1 kg secila. Toka e tërheq secilën prej tyre me të njëjtën forcë, e barabartë me një peshë prej 10 N. Nëse i kombinoni të dyja pjesët prej 2 kg, atëherë forcat vertikale thjesht mblidhen: Toka tërheq 2 kg dy herë më shumë se 1 kg. Do të marrim saktësisht të njëjtën tërheqje të dyfishtë nëse i bashkojmë të dyja pjesët në njërën ose i vendosim njëra mbi tjetrën. Tërheqjet gravitacionale të çdo materiali homogjen thjesht mblidhen dhe nuk ka asnjë përthithje ose mbrojtje të një pjese të materies nga një tjetër.

Për çdo material homogjen, pesha është proporcionale me masën. Prandaj, ne besojmë se Toka është burimi i një "fushe graviteti" që buron nga qendra e saj vertikale dhe e aftë për të tërhequr çdo pjesë të materies. Fusha e gravitetit vepron në mënyrë të barabartë, të themi, në çdo kilogram plumb. Por ç'të themi për forcat e tërheqjes që veprojnë në masa të barabarta të materialeve të ndryshme, për shembull, 1 kg plumb dhe 1 kg alumin? Kuptimi i kësaj pyetje varet nga ajo që nënkuptohet me masa të barabarta. Mënyra më e thjeshtë për të krahasuar masat, e cila përdoret në kërkimin shkencor dhe në praktikën tregtare, është përdorimi i peshores me levë. Ata krahasojnë forcat që tërheqin të dyja ngarkesat. Por pasi kemi marrë masa të barabarta, të themi, plumbi dhe alumini në këtë mënyrë, mund të supozojmë se pesha të barabarta kanë masa të barabarta. Por në fakt, këtu po flasim për dy lloje masash krejtësisht të ndryshme - masë inerciale dhe gravitacionale.

Sasia në formulë paraqet masën inerte. Në eksperimentet me karrocat, të cilat përshpejtohen me susta, vlera vepron si një karakteristikë e "rëndësisë së substancës", duke treguar se sa e vështirë është t'i japësh nxitim trupit në fjalë. Një karakteristikë sasiore është një raport. Kjo masë është një masë e inercisë, tendencës së sistemeve mekanike për t'i rezistuar ndryshimeve në gjendje. Masa është një veti që duhet të jetë e njëjtë pranë sipërfaqes së Tokës, në Hënë, në hapësirën e thellë dhe në qendër të Tokës. Cila është lidhja e tij me gravitetin dhe çfarë ndodh në të vërtetë kur peshohet?

Plotësisht i pavarur nga masa inerciale, mund të prezantohet koncepti i masës gravitacionale si sasia e materies së tërhequr nga Toka.

Ne besojmë se fusha gravitacionale e Tokës është e njëjtë për të gjitha objektet në të, por ne ia atribuojmë atë të ndryshme

Kemi masa të ndryshme, të cilat janë proporcionale me tërheqjen e këtyre objekteve nga fusha. Kjo është masë gravitacionale. Themi se objekte të ndryshme kanë pesha të ndryshme sepse kanë masa të ndryshme gravitacionale që tërhiqen nga fusha gravitacionale. Kështu, masat gravitacionale janë sipas përkufizimit proporcionale me peshat si dhe me gravitetin. Masa gravitacionale përcakton forcën me të cilën një trup tërhiqet nga Toka. Në këtë rast, graviteti është i ndërsjellë: nëse Toka tërheq një gur, atëherë guri tërheq edhe Tokën. Kjo do të thotë se masa gravitacionale e një trupi përcakton gjithashtu se sa fort tërheq një trup tjetër, Tokën. Kështu, masa gravitacionale mat sasinë e materies që ndikohet nga graviteti, ose sasinë e materies që shkakton tërheqje gravitacionale midis trupave.

Tërheqja gravitacionale në dy pjesë identike të plumbit është dy herë më e fortë se në një. Masat gravitacionale të pjesëve të plumbit duhet të jenë proporcionale me masat inerciale, pasi masat e të dy llojeve janë padyshim proporcionale me numrin e atomeve të plumbit. E njëjta gjë vlen edhe për copat e çdo materiali tjetër, le të themi dylli, por si ta krahasoni një copë plumbi me një copë dylli? Përgjigjen për këtë pyetje e jep një eksperiment simbolik për të studiuar rënien e trupave të madhësive të ndryshme nga maja e Kullës së Anuar të Pizës, atë që Galileo, sipas legjendës, kreu. Le të hedhim dy pjesë të çdo materiali të çdo madhësie. Bien me të njëjtin nxitim g. Forca që vepron mbi një trup dhe i jep atij nxitim6 është graviteti i Tokës që aplikohet në këtë trup. Forca e tërheqjes së trupave nga Toka është proporcionale me masën gravitacionale. Por graviteti u jep të gjithë trupave të njëjtin nxitim g. Prandaj, graviteti, si pesha, duhet të jetë proporcional me masën inerciale. Rrjedhimisht, trupat e çdo forme përmbajnë përmasa të barabarta të të dy masave.

Nëse marrim 1 kg si njësi të të dy masave, atëherë masat gravitacionale dhe inerciale do të jenë të njëjta për të gjithë trupat e çdo madhësie nga çdo material dhe në çdo vend.

Ja si ta vërtetoni. Le të krahasojmë kilogramin standard të bërë nga platini6 me një gur me masë të panjohur. Le të krahasojmë masat e tyre inerciale duke lëvizur secilin prej trupave në një drejtim horizontal nën ndikimin e një force dhe duke matur nxitimin. Le të supozojmë se masa e gurit është 5.31 kg. Graviteti i Tokës nuk është i përfshirë në këtë krahasim. Pastaj krahasojmë masat gravitacionale të të dy trupave duke matur tërheqjen gravitacionale midis secilit prej tyre dhe një trupi të tretë, më thjesht Tokës. Kjo mund të bëhet duke peshuar të dy trupat. Ne do ta shohim atë masa gravitacionale e gurit është gjithashtu 5,31 kg.

Më shumë se gjysmë shekulli përpara se Njutoni të propozonte ligjin e tij të gravitetit universal, Johannes Kepler (1571-1630) zbuloi se “lëvizja e ndërlikuar e planetëve të sistemit diellor mund të përshkruhet me tre ligje të thjeshta. Ligjet e Keplerit forcuan besimin në hipotezën e Kopernikut se planetët rrotullohen rreth diellit, a.

Të pohosh në fillim të shekullit të 17-të se planetët ishin rreth Diellit dhe jo rreth Tokës, ishte herezia më e madhe. Giordano Bruno, i cili mbrojti hapur sistemin e Kopernikut, u dënua si heretik nga Inkuizicioni i Shenjtë dhe u dogj në dru. Edhe i madhi Galileo, pavarësisht miqësisë së ngushtë me Papën, u burgos, u dënua nga Inkuizicioni dhe u detyrua të hiqte dorë publikisht nga pikëpamjet e tij.

Në ato ditë, mësimet e Aristotelit dhe Ptolemeut, të cilat thanë se orbitat e planetëve lindin si rezultat i lëvizjeve komplekse përgjatë një sistemi rrathësh, u konsideruan të shenjta dhe të paprekshme. Kështu, për të përshkruar orbitën e Marsit, kërkoheshin rreth një duzinë rrathësh me diametra të ndryshëm. Johannes Kepler u nis për të "provuar" se Marsi dhe Toka duhet të rrotullohen rreth Diellit. Ai u përpoq të gjente një orbitë të formës më të thjeshtë gjeometrike që do të korrespondonte saktësisht me dimensionet e shumta të pozicionit të planetit. Kaluan vite llogaritjesh të lodhshme përpara se Kepleri të ishte në gjendje të formulonte tre ligje të thjeshta që përshkruajnë me saktësi lëvizjen e të gjithë planetëve:

Ligji i parë:

një nga fokuset e të cilit është

Ligji i dytë:

dhe planeti) përshkruan në intervale të barabarta

zona të barabarta me kohë

Ligji i tretë:

distancat nga dielli:

R 1 3 / T 1 2 = R 2 3 / T 2 2

Rëndësia e veprave të Keplerit është e madhe. Ai zbuloi ligjet, të cilat Njutoni më pas i lidhi me ligjin e gravitacionit universal.Sigurisht që vetë Kepleri nuk ishte në dijeni se çfarë do të çonin zbulimet e tij. "Ai ishte i angazhuar në sugjerime të lodhshme të rregullave empirike, të cilat Njutoni duhej t'i sillte në një formë racionale në të ardhmen." Kepler nuk mund të shpjegonte se çfarë e shkaktoi ekzistencën e orbitave eliptike, por ai admironte faktin që ato ekzistonin.

Bazuar në ligjin e tretë të Keplerit, Njutoni arriti në përfundimin se forcat tërheqëse duhet të zvogëlohen me rritjen e distancës dhe se tërheqja duhet të ndryshojë si (distanca) -2. Pasi zbuloi ligjin e gravitetit universal, Njutoni transferoi idenë e thjeshtë të lëvizjes së Hënës në të gjithë sistemin planetar. Ai tregoi se tërheqja, sipas ligjeve që nxori, përcakton lëvizjen e planetëve në orbita eliptike dhe Dielli duhet të vendoset në një nga vatrat e elipsës. Ai ishte në gjendje të nxirrte lehtësisht dy ligje të tjera të Keplerit, të cilat gjithashtu rrjedhin nga hipoteza e tij e gravitacionit universal. Këto ligje janë të vlefshme nëse merret parasysh vetëm tërheqja e Diellit. Por është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh efekti i planetëve të tjerë në një planet në lëvizje, megjithëse në sistemin diellor këto tërheqje janë të vogla në krahasim me tërheqjen e Diellit.

Ligji i dytë i Keplerit rrjedh nga varësia arbitrare e forcës së gravitetit nga distanca nëse kjo forcë vepron në një vijë të drejtë që lidh qendrat e planetit dhe Diellit. Por ligjet e parë dhe të tretë të Keplerit plotësohen vetëm nga ligji i proporcionalitetit të anasjelltë të forcave të tërheqjes me katrorin e distancës.

Për të marrë ligjin e tretë të Keplerit, Njutoni thjesht kombinoi ligjet e lëvizjes me ligjin e gravitetit. Për rastin e orbitave rrethore, mund të arsyetohet si vijon: le të lëvizë një planet masa e të cilit është e barabartë me m me shpejtësi v në një rreth me rreze R rreth Diellit, masa e të cilit është e barabartë me M. Kjo lëvizje mund të ndodhë vetëm nëse mbi planetin vepron një forcë e jashtme F = mv 2 /R, duke krijuar nxitim centripetal v 2 /R. Le të supozojmë se tërheqja midis Diellit dhe planetit krijon forcën e nevojshme. Pastaj:

GMm/r 2 = mv 2 /R

dhe distanca r ndërmjet m dhe M është e barabartë me rrezen orbitale R. Por shpejtësia

ku T është koha gjatë së cilës planeti bën një revolucion. Pastaj

Për të marrë ligjin e tretë të Keplerit, duhet të transferoni të gjitha R dhe T në njërën anë të ekuacionit dhe të gjitha sasitë e tjera në anën tjetër:

R 3 /T 2 = GM/4p 2

Nëse tani lëvizim në një planet tjetër me një rreze orbitale të ndryshme dhe periudhë orbitale, atëherë raporti i ri do të jetë përsëri i barabartë me GM/4p 2; kjo vlerë do të jetë e njëjtë për të gjithë planetët, pasi G është një konstante universale dhe masa M është e njëjtë për të gjithë planetët që rrotullohen rreth Diellit. Kështu, vlera e R 3 / T 2 do të jetë e njëjtë për të gjithë planetët në përputhje me ligjin e tretë të Keplerit. Kjo llogaritje na lejon të marrim ligjin e tretë për orbitat eliptike, por në këtë rast R është vlera mesatare midis distancës më të madhe dhe më të vogël të planetit nga Dielli.

I armatosur me metoda të fuqishme matematikore dhe i udhëhequr nga intuita e shkëlqyer, Njutoni zbatoi teorinë e tij në një numër të madh problemesh të përfshira në PARIMET, në lidhje me karakteristikat e Hënës, Tokës, planetëve të tjerë dhe lëvizjes së tyre, si dhe trupave të tjerë qiellorë: satelitëve, kometave.

Hëna përjeton shqetësime të shumta që e devijojnë atë nga lëvizja e njëtrajtshme rrethore. Para së gjithash, ajo lëviz përgjatë një elipsi Keplerian, në një nga vatrat e së cilës ndodhet Toka, si çdo satelit. Por kjo orbitë përjeton ndryshime të lehta për shkak të tërheqjes së Diellit. Në hënën e re, Hëna është më afër Diellit sesa Hëna e plotë, e cila shfaqet dy javë më vonë; kjo arsye ndryshon tërheqjen, gjë që çon në ngadalësimin dhe përshpejtimin e lëvizjes së Hënës gjatë muajit. Ky efekt rritet kur Dielli është më afër në dimër, kështu që vërehen edhe ndryshime vjetore në shpejtësinë e Hënës. Përveç kësaj, ndryshimet në gravitetin e diellit ndryshojnë elipticitetin e orbitës hënore; Orbita hënore anon lart e poshtë, dhe rrafshi orbital rrotullohet ngadalë. Kështu, Njutoni tregoi se parregullsitë e vërejtura në lëvizjen e Hënës shkaktohen nga graviteti universal. Ai nuk e zhvilloi çështjen e gravitetit diellor në të gjitha detajet; lëvizja e Hënës mbeti një problem kompleks, i cili po zhvillohet në detaje gjithnjë e në rritje deri më sot.

Baticat e oqeanit kanë mbetur prej kohësh një mister, i cili dukej se mund të shpjegohej duke vendosur lidhjen e tyre me lëvizjen e Hënës. Sidoqoftë, njerëzit besonin se një lidhje e tillë nuk mund të ekzistonte me të vërtetë, dhe madje Galileo e përqeshi këtë ide. Njutoni tregoi se zbatica dhe rrjedha e baticave shkaktohen nga tërheqja e pabarabartë e ujit në oqean nga ana e Hënës. Qendra e orbitës hënore nuk përkon me qendrën e Tokës. Hëna dhe Toka rrotullohen së bashku rreth qendrës së tyre të përbashkët të masës. Kjo qendër e masës ndodhet afërsisht 4800 km nga qendra e Tokës, vetëm 1600 km nga sipërfaqja e Tokës. Kur Toka tërheq Hënën, Hëna e tërheq Tokën me një forcë të barabartë dhe të kundërt, duke rezultuar në një forcë Mv 2 /r, duke bërë që Toka të lëvizë rreth qendrës së përbashkët të masës me një periudhë prej një muaji. Pjesa e oqeanit më afër Hënës tërhiqet më fort (është më afër), uji ngrihet - dhe lind një baticë. Pjesa e oqeanit që ndodhet në një distancë më të madhe nga Hëna tërhiqet më pak se toka, dhe në këtë pjesë të oqeanit ngrihet gjithashtu një gunga uji. Prandaj, ka dy batica në 24 orë. Dielli gjithashtu shkakton baticat, megjithëse jo aq të forta, sepse distanca e madhe nga dielli zbut pabarazinë e tërheqjes.

Njutoni zbuloi natyrën e kometave - këta mysafirë të sistemit diellor, të cilët gjithmonë kanë ngjallur interes dhe madje tmerr të shenjtë. Njutoni tregoi se kometat lëvizin në orbita shumë të zgjatura eliptike, me Diellin në një fokus. Lëvizja e tyre përcaktohet, si lëvizja e planetëve, nga graviteti. Por ato janë shumë të vogla, kështu që mund të shihen vetëm kur kalojnë pranë Diellit. Orbita eliptike e kometës mund të matet dhe koha e kthimit të saj në rajonin tonë të parashikohet me saktësi. Kthimi i tyre i rregullt në kohët e parashikuara na lejon të verifikojmë vëzhgimet tona dhe siguron konfirmim të mëtejshëm të ligjit të gravitetit universal.

Në disa raste, një kometë përjeton një shqetësim të fortë gravitacional ndërsa kalon pranë planetëve të mëdhenj dhe lëviz në një orbitë të re me një periudhë të ndryshme. Kjo është arsyeja pse ne e dimë se kometat kanë masë të vogël: planetët ndikojnë në lëvizjen e tyre, por kometat nuk ndikojnë në lëvizjen e planetëve, megjithëse veprojnë mbi ta me të njëjtën forcë.

Kometat lëvizin aq shpejt dhe vijnë aq rrallë sa shkencëtarët ende presin momentin kur mund të aplikojnë mjete moderne për të studiuar një kometë të madhe.

Nëse mendoni për rolin që luajnë forcat gravitacionale në jetën e planetit tonë, atëherë hapen oqeane të tërë fenomenesh, madje edhe oqeane në kuptimin e mirëfilltë të fjalës: oqeane uji, oqeane ajri. Pa gravitetin nuk do të ekzistonin.

Një valë në det, të gjitha rrymat, të gjitha erërat, retë, e gjithë klima e planetit përcaktohen nga loja e dy faktorëve kryesorë: aktiviteti diellor dhe graviteti.

Graviteti jo vetëm që mban njerëzit, kafshët, ujin dhe ajrin në Tokë, por edhe i ngjesh ata. Ky ngjeshje në sipërfaqen e Tokës nuk është aq i madh, por roli i tij është i rëndësishëm.

Forca e famshme lëvizëse e Arkimedit shfaqet vetëm sepse është e ngjeshur nga graviteti me një forcë që rritet me thellësinë.

Vetë globi është i ngjeshur nga forcat gravitacionale në presione kolosale. Në qendër të Tokës, presioni duket se tejkalon 3 milionë atmosfera.

Si krijues i shkencës, Njutoni krijoi një stil të ri që ende ruan rëndësinë e tij. Si mendimtar shkencor, ai është një themelues i shquar i ideve. Njutoni doli me idenë e jashtëzakonshme të gravitetit universal. Ai la pas libra mbi ligjet e lëvizjes, gravitetit, astronomisë dhe matematikës. Njutoni ngriti astronominë; i dha një vend krejtësisht të ri në shkencë dhe e vendosi në rregull, duke përdorur shpjegime të bazuara në ligjet që krijoi dhe testoi.

Kërkimi për mënyrat që çojnë në një kuptim gjithnjë e më të plotë dhe të thellë të Gravitetit Universal vazhdon. Zgjidhja e problemeve të mëdha kërkon punë të madhe.

Por pavarësisht se si do të shkojë zhvillimi i mëtejshëm i të kuptuarit tonë të gravitetit, krijimi i shkëlqyer i shekullit të njëzetë të Njutonit do të magjeps gjithmonë me guximin e tij unik dhe do të mbetet gjithmonë një hap i madh në rrugën drejt të kuptuarit të natyrës.

nga faqja origjinale N 17...

hodhi masa të ndryshme, të cilat janë proporcionale me tërheqjen e këtyre objekteve nga fusha. Kjo është masë gravitacionale. Themi se objekte të ndryshme kanë pesha të ndryshme sepse kanë masa të ndryshme gravitacionale që tërhiqen nga fusha gravitacionale. Kështu, masat gravitacionale janë sipas përkufizimit proporcionale me peshat, si dhe me forcën e gravitetit. Masa gravitacionale përcakton forcën me të cilën një trup tërhiqet nga Toka. Në këtë rast, graviteti është i ndërsjellë: nëse Toka tërheq një gur, atëherë guri tërheq edhe Tokën. Kjo do të thotë se masa gravitacionale e një trupi përcakton gjithashtu se sa fort tërheq një trup tjetër, Tokën. Kështu, masa gravitacionale mat sasinë e materies që ndikohet nga graviteti, ose sasinë e materies që shkakton tërheqje gravitacionale midis trupave.

Tërheqja gravitacionale në dy pjesë identike të plumbit është dy herë më e fortë se në një. Masat gravitacionale të pjesëve të plumbit duhet të jenë proporcionale me masat inerciale, pasi masat e të dy llojeve janë padyshim proporcionale me numrin e atomeve të plumbit. E njëjta gjë vlen edhe për copat e çdo materiali tjetër, le të themi dylli, por si ta krahasoni një copë plumbi me një copë dylli? Përgjigja për këtë pyetje jepet nga një eksperiment simbolik për të studiuar rënien e trupave të madhësive të ndryshme nga maja e Kullës së Anuar të Pizës, ajo që, sipas legjendës, u krye nga Galileo. Le të hedhim dy pjesë të çdo materiali të çdo madhësie. Bien me të njëjtin nxitim g. Forca që vepron mbi një trup dhe i jep atij nxitim6 është graviteti i Tokës që aplikohet në këtë trup. Forca e tërheqjes së trupave nga Toka është proporcionale me masën gravitacionale. Por graviteti u jep të gjithë trupave të njëjtin nxitim g. Prandaj, graviteti, si pesha, duhet të jetë proporcional me masën inerciale. Rrjedhimisht, trupat e çdo forme përmbajnë përmasa të barabarta të të dy masave.

Nëse marrim 1 kg si njësi të të dy masave, atëherë masat gravitacionale dhe inerciale do të jenë të njëjta për të gjithë trupat e çdo madhësie nga çdo material dhe në çdo vend.

Ja si ta vërtetoni. Le të krahasojmë kilogramin standard të bërë nga platini6 me një gur me masë të panjohur. Le të krahasojmë masat e tyre inerciale duke lëvizur secilin prej trupave në një drejtim horizontal nën ndikimin e një force dhe duke matur nxitimin. Le të supozojmë se masa e gurit është 5.31 kg. Graviteti i Tokës nuk është i përfshirë në këtë krahasim. Pastaj krahasojmë masat gravitacionale të të dy trupave duke matur tërheqjen gravitacionale midis secilit prej tyre dhe një trupi të tretë, më thjesht Tokës. Kjo mund të bëhet duke peshuar të dy trupat. Ne do ta shohim atë masa gravitacionale e gurit është gjithashtu 5,31 kg.

Më shumë se gjysmë shekulli përpara se Njutoni të propozonte ligjin e tij të gravitetit universal, Johannes Kepler (1571-1630) zbuloi se “lëvizja e ndërlikuar e planetëve të sistemit diellor mund të përshkruhet me tre ligje të thjeshta. Ligjet e Keplerit forcuan besimin në hipotezën e Kopernikut se planetët rrotullohen rreth diellit, a.

Të pohosh në fillim të shekullit të 17-të se planetët ishin rreth Diellit dhe jo rreth Tokës, ishte herezia më e madhe. Giordano Bruno, i cili mbrojti hapur sistemin e Kopernikut, u dënua si heretik nga Inkuizicioni i Shenjtë dhe u dogj në dru. Edhe i madhi Galileo, pavarësisht miqësisë së ngushtë me Papën, u burgos, u dënua nga Inkuizicioni dhe u detyrua të hiqte dorë publikisht nga pikëpamjet e tij.

Në ato ditë, mësimet e Aristotelit dhe Ptolemeut, të cilat thanë se orbitat e planetëve lindin si rezultat i lëvizjeve komplekse përgjatë një sistemi rrathësh, u konsideruan të shenjta dhe të paprekshme. Kështu, për të përshkruar orbitën e Marsit, kërkoheshin rreth një duzinë rrathësh me diametra të ndryshëm. Johannes Kepler u nis për të "provuar" se Marsi dhe Toka duhet të rrotullohen rreth Diellit. Ai u përpoq të gjente një orbitë të formës më të thjeshtë gjeometrike që do të korrespondonte saktësisht me dimensionet e shumta të pozicionit të planetit. Kaluan vite llogaritjesh të lodhshme përpara se Kepleri të ishte në gjendje të formulonte tre ligje të thjeshta që përshkruajnë me saktësi lëvizjen e të gjithë planetëve:

Ligji i parë:Çdo planet lëviz në një elips, në

një nga fokuset e të cilit është

Ligji i dytë: Vektori i rrezes (vija që lidh Diellin

dhe planeti) përshkruan në intervale të barabarta

zona të barabarta me kohë

Ligji i tretë: Sheshet e periudhave planetare

janë proporcionale me kubet e mesatareve të tyre

distancat nga dielli:

R 1 3 / T 1 2 = R 2 3 / T 2 2

Rëndësia e veprave të Keplerit është e madhe. Ai zbuloi ligjet, të cilat Njutoni më pas i lidhi me ligjin e gravitacionit universal.Sigurisht që vetë Kepleri nuk ishte në dijeni se çfarë do të çonin zbulimet e tij. "Ai ishte i angazhuar në sugjerime të lodhshme të rregullave empirike, të cilat Njutoni duhej t'i sillte në një formë racionale në të ardhmen." Kepler nuk mund të shpjegonte se çfarë e shkaktoi ekzistencën e orbitave eliptike, por ai admironte faktin që ato ekzistonin.

Bazuar në ligjin e tretë të Keplerit, Njutoni arriti në përfundimin se forcat tërheqëse duhet të zvogëlohen me rritjen e distancës dhe se tërheqja duhet të ndryshojë si (distanca) -2. Pasi zbuloi ligjin e gravitetit universal, Njutoni transferoi një ide të thjeshtë të lëvizjes së Hënës në të gjithë sistemin planetar. Ai tregoi se tërheqja, sipas ligjeve që nxori, përcakton lëvizjen e planetëve në orbita eliptike dhe Dielli duhet të vendoset në një nga vatrat e elipsës. Ai ishte në gjendje të nxirrte lehtësisht dy ligje të tjera të Keplerit, të cilat gjithashtu rrjedhin nga hipoteza e tij e gravitacionit universal. Këto ligje janë të vlefshme nëse merret parasysh vetëm tërheqja e Diellit. Por është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh efekti i planetëve të tjerë në një planet në lëvizje, megjithëse në sistemin diellor këto tërheqje janë të vogla në krahasim me tërheqjen e Diellit.

Ligji i dytë i Keplerit rrjedh nga varësia arbitrare e forcës së gravitetit nga distanca, nëse kjo forcë vepron në një vijë të drejtë që lidh qendrat e planetit dhe Diellit. Por ligjet e parë dhe të tretë të Keplerit plotësohen vetëm nga ligji i proporcionalitetit të anasjelltë të forcave të tërheqjes me katrorin e distancës.

Për të marrë ligjin e tretë të Keplerit, Njutoni thjesht kombinoi ligjet e lëvizjes me ligjin e gravitetit. Për rastin e orbitave rrethore, mund të arsyetohet si vijon: le të lëvizë një planet masa e të cilit është e barabartë me m me shpejtësi v në një rreth me rreze R rreth Diellit, masa e të cilit është e barabartë me M. Kjo lëvizje mund të ndodhë vetëm nëse mbi planetin vepron një forcë e jashtme F = mv 2 /R, duke krijuar nxitim centripetal v 2 /R. Le të supozojmë se tërheqja midis Diellit dhe planetit krijon forcën e nevojshme. Pastaj:

GMm/r 2 = mv 2 /R

dhe distanca r ndërmjet m dhe M është e barabartë me rrezen orbitale R. Por shpejtësia

ku T është koha gjatë së cilës planeti bën një revolucion. Pastaj

Për të marrë ligjin e tretë të Keplerit, duhet të transferoni të gjitha R dhe T në njërën anë të ekuacionit dhe të gjitha sasitë e tjera në anën tjetër:

R 3 /T 2 = GM/4p 2

Nëse tani lëvizim në një planet tjetër me një rreze orbitale të ndryshme dhe periudhë orbitale, atëherë raporti i ri do të jetë përsëri i barabartë me GM/4p 2; kjo vlerë do të jetë e njëjtë për të gjithë planetët, pasi G është një konstante universale dhe masa M është e njëjtë për të gjithë planetët që rrotullohen rreth Diellit.