Убрзање гравитације: откривање, узроци, формула

15. 3. 2019.

Убрзање слободног пада је једно од многих открића великог Њутна, који не само да је сажео искуство својих претходника, већ је дао и строго математичко објашњење огромне количине чињеница и експерименталних података.

Предуслови за откривање. Галилејски експерименти

Један од многих експеримената Галилеја Галилеја посвећен је проучавању кретања тела у лету. Пре тога, у систему погледа на свет је превладало мишљење да лакша тела падају спорије него тешка. Бацање разних предмета са висине Коси торањ, Галилео је установио да је убрзање слободног пада за тела са различитим масама потпуно исто. гравитационо убрзање Галилео је исправно приписао мале разлике између теорије и експерименталних података утицају отпора ваздуха. Да би доказао своје резоновање, предложио је да се експеримент понови у вакууму, али тада за то није било техничке могућности. Само много година касније, урадио је мисаони експеримент Галилеа Исаац Невтон.

Невтонова теорија

Част открића закон света припада Њутну, али сама идеја је била у ваздуху око 200 година. Главни предуслов за формирање нових принципа небеске механике постао је Кеплеров закон, који је он формулисао на основу вишегодишњег посматрања. Из океана претпоставки и претпоставки, Њутн је извукао претпоставку о сили гравитације Сунца и проширио своју теорију на концепт ширине света. Он је тестирао своју хипотезу о инверзној сразмерности силе на квадрат удаљености, разматрајући орбиту месеца. Накнадни тестови ове идеје извршени су коришћењем проучавања кретања сателита Јупитера. Резултати посматрања показали су да исте силе дјелују између сателита планета и самих планета као у интеракцији Сунца и планета. Невтоново убрзање гравитације

Откриће гравитационе компоненте

Сила гравитације Земље према Сунцу поштовала је формулу:

Убрзање слободног пада.  Формула

Експерименти су показали да фактор 1 / д 2 у овом односу био је прилично примјењив у случају разматрања других планета у Сунчевом систему. Константа Г је коефицијент који је довео вредност пропорције до нумеричке вредности.

Вођен сопственом теоријом, Њутн је мерио однос масе различитих небеских тела, као што је маса Јупитера / Сунчеве масе, Месечева маса / маса Земље, али Њутн није могао дати нумерички одговор на питање колико је тежина Земље, јер је константа Г остала непромењена. непознато.

Магнитуде гравитациона константа откривена је тек пола века након смрти Њутна. Процене ове вредности засноване на хипотезама, сличне Њутновим претпоставкама, показале су да је ова вредност занемарива, и да је скоро немогуће израчунати њену вредност у земаљским условима. Ординари гравитација Изгледа огромно, јер су сви предмети који су нам познати невероватно мали у поређењу са масом света.

Крај 18. века. Г меасуремент

Први покушаји мерења Г догодили су се крајем 18. века. Као вучну силу, користили су огромну планину. Процена убрзања слободног пада извршена је на основу одступања од вертикале тежине клатна, које се налази у непосредној близини планине. Помоћу геолошких података процењена је маса планине и њена просечна удаљеност од клатна. Тако смо добили прву, прилично грубу димензију мистериозне константе.

Димензије Лорда Цавендисха

Лорд Цавендисх је у својој лабораторији вршио мјерења гравитацијског привлачења методом слободног вагања. Убрзање слободног пада.  Цавендисх Екпериенцес За експерименте, коришћена је метална кугла и масиван комад метала. Кавендиш је причврстио мале металне лоптице на танку даску и донио им велике куглице. Као резултат утицаја, даска је искривљена све док ефекат привлачења није надокнадио Хоокеове силе. Експеримент је био тако суптилан да је и најмањи дах вјетра могао поништити резултате истраживања. Да би избегао конвекцију, Кавендиш је ставио сву мерну опрему у велику кутију, затим је ставио у затворену просторију и посматрао експеримент телескопом. гравитациона константа и убрзање слободног пада

Израчунавајући силу увијања конца, Цавендисх је процијенио вриједност Г, која је накнадно тек мало прилагођена због других, точнијих експеримената. У модерном систему јединица:

Г = 6.67384 × 10 -11 м 3 кг -1 с -2 .

Ова вредност је једна од неколико физичких константи. Његова вредност је константна у било којој тачки универзума.

Мерење убрзања Земље

Према Њутновом трећем закону, сила привлачења два тела зависи само од њихове масе и удаљености између њих. Тако, замењујући у десној страни једначине множитељ познат из другог закона Њутна, добијамо:

ма = Г (мМ) / д 2 .

У нашем случају, маса м се може смањити, а величина а је убрзање с којим је тијело м привучено Земљом. Тренутно се убрзање гравитације обично означава словом г. Добијамо:

г = ГМ / д 2 .

У нашем случају, д је полупречник Земље, М је његова маса, а Г је најнеухватљивија константа коју физичари траже годинама. Замењујући познате податке у једначину, добијамо: г = 9.8м / с 2 . Ова вредност је убрзање слободног пада на Земљи. Убрзање слободног пада на Земљи

Г вредности за различите географске ширине

Пошто наша планета нема облик лопте, али је геоид, њен радијус није увек исти. Земља је спљоштена, тако да ће убрзање слободног пада имати различите вредности на екватору и на оба пола. Генерално, разлика у очитањима дужине радијуса је око 43 км. Стога, у физици, за рјешавање проблема узима се убрзање због гравитације, које се мјери на географској ширини од око 45 °. Врло често се за олакшавање израчунавања претпоставља да је 10 м / с 2 .

Вредност Г за месец

Наш сателит поштује исте законе као и остале планете у Сунчевом систему. Строго говорећи, при израчунавању убрзања на површини Мјесеца, треба узети у обзир и привлачност са стране Сунца. Убрзање слободног пада на Месецу Али, као што се може видјети из формуле, са повећањем удаљености вриједност привлачности се нагло смањује. Стога, одбацујући све секундарне силе, користите исту формулу:

Г Л = ГМ / д 2 .

Овде је М маса Месеца, а д је њен пречник. Замењујући познате вредности добијамо вредност Г Л = 1,622 м / с 2 . Ова вредност је убрзање слободног пада на Месецу.

То је тако мала вредност Г Л која је главни разлог за одсуство атмосфере на Месецу. Према неким информацијама, у зору времена, наш сателит је имао атмосферу, али због слабе привлачности, Месец га је брзо изгубио. Све планете са великом масом обично имају своју атмосферу. Убрзање слободног пада је довољно велико да не само да не изгубе сопствену атмосферу, већ и да узму извесну количину молекуларног гаса из свемира.

Да резимирамо неке резултате. Убрзање због гравитације је количина коју свако материјално тијело посједује. Колико год то звучало изненађујуће, све што има масу привлачи околне објекте себи. Само је та атракција толико мала да у свакодневном животу није битна. Ипак, научници су озбиљни чак и код најмањих физичких константи, јер утицај који имају на свет око нас није у потпуности схваћен.