Die Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes. Praktische Anwendung des Gravitationsgesetzes Bedeutung der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes

Unterrichtsentwicklung (Unterrichtsnotizen)

B. A. Vorontsov-Velyaminovs UMK-Linie. Astronomie (10-11)

Beachtung! Die Site-Administrationsseite ist nicht für den Inhalt verantwortlich methodische Entwicklungen, sowie für die Einhaltung der Entwicklung des Landesbildungsstandards.

Der Zweck des Unterrichts

Erweitern Sie empirische und theoretische Basis Gesetze Himmelsmechanik, ihre Manifestationen in astronomischen Phänomenen und ihre Anwendung in der Praxis.

Unterrichtsziele

Überprüfen Sie die Gerechtigkeit des Gesetzes Universale Gravitation basierend auf der Analyse der Bewegung des Mondes um die Erde; beweisen, dass aus den Keplerschen Gesetzen folgt, dass die Sonne dem Planeten eine Beschleunigung verleiht, die umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Sonne ist; das Phänomen der empörten Bewegung untersuchen; Wenden Sie das Gesetz der universellen Gravitation an, um die Massen zu bestimmen Himmelskörper; Erklären Sie das Phänomen der Gezeiten als Folge der Manifestation des universellen Gravitationsgesetzes während der Wechselwirkung von Mond und Erde.

Aktivitäten

Erstellen Sie logische mündliche Aussagen; Hypothesen aufstellen; logische Operationen durchführen - Analyse, Synthese, Vergleich, Verallgemeinerung; formulieren Forschungsziele; einen Forschungsplan erstellen; sich in die Arbeit der Gruppe einbringen; Umsetzung und Anpassung des Forschungsplans; präsentieren die Ergebnisse der Gruppenarbeit; Reflexion der kognitiven Aktivität durchzuführen.

Schlüssel Konzepte

Das Gesetz der universellen Gravitation, das Phänomen der Bewegungsstörung, das Phänomen der Gezeiten, Keplers verfeinertes drittes Gesetz.

№	Künstlername	Methodischer Kommentar
1	1. Motivation zur Aktivität	Bei der Diskussion von Fragestellungen werden die inhaltlichen Elemente der Keplerschen Gesetze betont.
2	2. Aktualisieren der Erfahrungen und Vorkenntnisse der Schüler und Beheben von Schwierigkeiten	Der Lehrer organisiert ein Gespräch über den Inhalt und die Grenzen der Anwendbarkeit der Keplerschen Gesetze, dem Gesetz der universellen Gravitation. Die Diskussion basiert auf den Kenntnissen der Studierenden des Physikstudiums über das Gesetz der universellen Gravitation und seine Anwendung auf die Erklärung physikalischer Phänomene.
3	3. Inszenierung Lernaufgabe	Anhand einer Diashow organisiert der Lehrer ein Gespräch über die Notwendigkeit, die Gültigkeit des universellen Gravitationsgesetzes zu beweisen, die gestörte Bewegung von Himmelskörpern zu untersuchen, einen Weg zu finden, die Massen von Himmelskörpern zu bestimmen und das Phänomen der Gezeiten zu untersuchen. Der Lehrer begleitet den Prozess der Einteilung der Schüler in Problemgruppen, die eines der astronomischen Probleme lösen, und initiiert eine Diskussion über die Ziele der Gruppen.
4	4. Einen Plan erstellen, um Schwierigkeiten zu überwinden	Die Schüler formulieren in Gruppen basierend auf dem gesetzten Ziel die Fragen, auf die sie Antworten erhalten möchten, und erstellen einen Plan, um das gesetzte Ziel zu erreichen. Der Lehrer korrigiert zusammen mit der Gruppe jeden der Aktionspläne.
5	5.1 Umsetzung des ausgewählten Aktivitätsplans und Durchführung eigenständiger Arbeit	Das Porträt von I. Newton wird im Rahmen von eigenständigen Gruppenaktivitäten der Studierenden auf dem Bildschirm präsentiert. Die Studierenden setzen den Plan anhand der Inhalte des Lehrbuchs § 14.1 - 14.5 um. Der Lehrer passt und leitet die Arbeit in Gruppen und unterstützt die Aktivitäten jedes Schülers.
6	5.2 Umsetzung des ausgewählten Aktivitätsplans und Umsetzung eigenständiger Arbeit	Der Lehrer organisiert die Präsentation der Arbeitsergebnisse durch die Schüler der Gruppe 1, basierend auf den auf dem Bildschirm präsentierten Aufgaben. Der Rest der Schüler macht sich Notizen über die Hauptgedanken der Gruppenmitglieder. Nach der Präsentation der Daten konzentriert sich der Lehrer auf die Korrektur des Plans, den die Teilnehmer im Rahmen der Umsetzung vorgenommen haben, und fordert die Formulierung der Konzepte auf, die die Schüler im Laufe der Arbeit zuerst kennengelernt haben.
7	5.3 Umsetzung des ausgewählten Aktivitätsplans und Umsetzung eigenständiger Arbeit	Der Lehrer organisiert die Präsentation der Arbeitsergebnisse durch die Schüler der Gruppe 2. Der Rest der Schüler macht sich Notizen über die Hauptgedanken der Gruppenmitglieder. Nach der Präsentation der Daten konzentriert sich der Lehrer auf die Korrektur des Plans, die von den Teilnehmern im Prozess seiner Umsetzung durchgeführt wurde, und bittet darum, die Konzepte zu formulieren, mit denen sich die Schüler im Arbeitsprozess zum ersten Mal begegnet sind.
8	5.4 Umsetzung des ausgewählten Aktivitätsplans und Umsetzung eigenständiger Arbeit	Der Lehrer organisiert die Präsentation der Arbeitsergebnisse durch die Schüler der Gruppe 3. Der Rest der Schüler macht sich Notizen über die Hauptgedanken der Gruppenmitglieder. Nach der Präsentation der Daten konzentriert sich der Lehrer auf die Korrektur des Plans, die von den Teilnehmern im Prozess seiner Umsetzung durchgeführt wurde, und bittet darum, die Konzepte zu formulieren, mit denen sich die Schüler im Arbeitsprozess zum ersten Mal begegnet sind.
9	5.5 Umsetzung des gewählten Aktivitätsplans und Umsetzung eigenständiger Arbeit	Der Lehrer organisiert die Präsentation der Arbeitsergebnisse durch die Schüler der Gruppe 4. Der Rest der Schüler macht sich Notizen über die Hauptgedanken der Gruppenmitglieder. Nach der Präsentation der Daten konzentriert sich der Lehrer auf die Korrektur des Plans, die von den Teilnehmern im Prozess seiner Umsetzung durchgeführt wurde, und bittet darum, die Konzepte zu formulieren, mit denen sich die Schüler im Arbeitsprozess zum ersten Mal begegnet sind.
10	5.6 Umsetzung des ausgewählten Aktivitätsplans und Umsetzung eigenständiger Arbeit	Der Lehrer diskutiert mithilfe von Animationen die Dynamik des Auftretens einer Gezeiten auf einem bestimmten Teil der Erdoberfläche und betont den Einfluss nicht nur des Mondes, sondern auch der Sonne.
11	6. Reflexion der Aktivität	Bei der Diskussion der Antworten auf reflexive Fragen ist es notwendig, sich auf die Methodik der Aufgabenerfüllung durch Gruppen, die Anpassung des Aktivitätsplans im Zuge seiner Umsetzung und die praktische Bedeutung der erzielten Ergebnisse zu konzentrieren.
12	7. Hausaufgaben

ENTDECKUNG UND ANWENDUNG DES GESETZES DER WORLD GRAVITY 10-11 Grad
UMK B.A. Vorontsov-Velyaminov
Rasumov Wiktor Nikolajewitsch,
Lehrer der städtischen Bildungseinrichtung "Bolsheelkhovskaya Secondary School"
Gemeindebezirk Lyambirsky der Republik Mordwinien

Das Gesetz der universellen Gravitation

Das Gesetz der universellen Gravitation
Alle Körper im Universum fühlen sich voneinander angezogen
mit einer Kraft direkt proportional zum Produkt ihrer
Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat
der Abstand zwischen ihnen.
Isaac Newton (1643-1727)
wobei m1 und m2 die Massen der Körper sind;
r der Abstand zwischen den Körpern ist;
G - Gravitationskonstante
Die Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes wurde wesentlich erleichtert durch
die Gesetze der Planetenbewegung, formuliert von Kepler,
und andere Errungenschaften der Astronomie im 17. Jahrhundert.

Die Kenntnis der Entfernung zum Mond ermöglichte es Isaac Newton zu beweisen
die Identität der Kraft, die den Mond hält, während er sich um die Erde bewegt, und
Kraft, die dazu führt, dass Körper auf die Erde fallen.
Da sich die Schwerkraft umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung ändert,
wie aus dem Gesetz der universellen Gravitation folgt, der Mond,
in einem Abstand von etwa 60 ihrer Radien von der Erde entfernt,
sollte 3600 mal weniger beschleunigen,
als die Erdbeschleunigung auf der Erdoberfläche, gleich 9,8 m / s.
Daher sollte die Beschleunigung des Mondes 0,0027 m / s2 betragen.

Gleichzeitig ist der Mond, wie jeder Körper, gleichmäßig
sich im Kreis bewegt, hat eine Beschleunigung
wobei ω seine Winkelgeschwindigkeit ist, r der Radius seiner Bahn.
Isaac Newton (1643-1727)
Wenn wir annehmen, dass der Erdradius 6400 km beträgt,
dann ist der Radius der Mondbahn
r = 60 6 400 000 m = 3,84 10 m.
Die siderische Periode des Mondumlaufs beträgt T = 27,32 Tage,
in Sekunden beträgt 2,36 10 s.
Dann ist die Beschleunigung der Bahnbewegung des Mondes
Die Gleichheit dieser beiden Beschleunigungswerte beweist, dass die Kraft hält
Der Mond im Orbit, es gibt Schwerkraft, um den Faktor 3600 . geschwächt
verglichen mit der Wirkung auf der Erdoberfläche.

Wenn sich die Planeten bewegen, gemäß dem dritten
Keplersches Gesetz, ihre Beschleunigung und Wirkung
ihnen die Zugkraft der Sonne zurück
proportional zum Quadrat der Entfernung, so
folgt aus dem Gesetz der universellen Gravitation.
In der Tat, nach dem dritten Keplerschen Gesetz
das Verhältnis der Würfel der großen Halbachse der Bahnen d und der Quadrate
Umlaufzeiten T ist ein konstanter Wert:
Isaac Newton (1643-1727)
Die Beschleunigung des Planeten ist
Das dritte Keplersche Gesetz impliziert
daher ist die Beschleunigung des Planeten
Die Wechselwirkungskraft der Planeten und der Sonne erfüllt also das Gesetz der universellen Gravitation.

Bewegungsstörungen von Körpern im Sonnensystem

Die Bewegung der Planeten des Sonnensystems folgt nicht genau den Gesetzen
Kepler aufgrund ihrer Wechselwirkung nicht nur mit der Sonne, sondern auch untereinander.
Abweichungen von Körpern von der Bewegung entlang von Ellipsen werden als Störungen bezeichnet.
Die Störungen sind klein, da die Masse der Sonne viel größer ist als die Masse, nicht nur
ein einzelner Planet, aber alle Planeten als Ganzes.
Besonders auffällig sind die Abweichungen von Asteroiden und Kometen während ihrer Passage.
in der Nähe von Jupiter, dessen Masse das 300-fache der Erdmasse beträgt.

Im 19. Jahrhundert. die Berechnung der Störungen ermöglichte die Entdeckung des Planeten Neptun.
William Herschel
John Adams
Urban Le Verrier
1781 entdeckte William Herschel den Planeten Uranus.
Auch unter Berücksichtigung der Empörung aller
bekannte Planeten beobachtete Bewegung
Uranus stimmte dem berechneten nicht zu.
Ausgehend von der Annahme, dass es noch
ein "zauranischer" Planet John Adams in
England und Urbain Le Verrier in Frankreich
unabhängig durchgeführte Berechnungen
seine Umlaufbahn und Position am Himmel.
Basierend auf Berechnungen Le Verrier Deutsch
Astronom Johann Halle 23.09.1846
entdeckte einen Unbekannten im Sternbild Wassermann
früher der Planet - Neptun.
Aufgrund der Empörung von Uranus und Neptun gab es
vorhergesagt und 1930 entdeckt
Zwergplanet Pluto.
Die Entdeckung von Neptun war ein Triumph
heliozentrisches System,
wesentliche Bestätigung der Gerechtigkeit
das Gesetz der universellen Gravitation.
Uranus
Neptun
Pluto
Johann Halle

Dieser Artikel konzentriert sich auf die Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes. Hier lernen wir die biographischen Informationen aus dem Leben des Wissenschaftlers kennen, der dieses physikalische Dogma entdeckt hat, betrachten seine wichtigsten Bestimmungen, den Zusammenhang mit der Quantengravitation, den Entwicklungsverlauf und vieles mehr.

Genius

Sir Isaac Newton ist ein Wissenschaftler aus England. Zu einer Zeit widmete er Wissenschaften wie Physik und Mathematik viel Aufmerksamkeit und Energie und brachte auch viele neue Dinge in die Mechanik und Astronomie. Er gilt zu Recht als einer der ersten Begründer der Physik in ihrem klassischen Modell. Er ist Autor des Grundlagenwerks "Mathematical Principles of Natural Philosophy", in dem er Informationen über die drei Gesetze der Mechanik und das Gesetz der universellen Gravitation präsentierte. Isaac Newton legte mit diesen Werken die Grundlagen der klassischen Mechanik. Er entwickelte auch einen integralen Typ, eine Lichttheorie. Er leistete auch wichtige Beiträge zur physikalischen Optik und entwickelte viele andere Theorien in Physik und Mathematik.

Gesetz

Das Gesetz der universellen Gravitation und die Geschichte seiner Entdeckung gehen auf einen fernen Anfang zurück, seine klassische Form ist das Gesetz, mit dessen Hilfe die Wechselwirkung des Gravitationstyps beschrieben wird, die nicht über den Rahmen der Mechanik hinausgeht.

Sein Wesen war, dass der Indikator der Kraft F des Gravitationsschubs, der zwischen 2 Körpern oder Materiepunkten m1 und m2 entsteht, die durch einen bestimmten Abstand r voneinander getrennt sind, Proportionalität in Bezug auf beide Massenindikatoren beobachtet und umgekehrt proportional zu das Quadrat des Abstands zwischen den Körpern:

F = G, wobei mit G die Schwerkraftkonstante gleich 6,67408 (31) .10 -11 m 3 / kgf 2 bezeichnet wird.

Newtons Gravitation

Bevor wir uns mit der Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes befassen, wollen wir uns mit seinen allgemeinen Eigenschaften näher vertraut machen.

In der von Newton aufgestellten Theorie sollten alle Körper mit großer Masse ein spezielles Feld um sich herum erzeugen, das andere Objekte anzieht. Es heißt Gravitationsfeld und hat Potenzial.

Ein Körper mit Kugelsymmetrie bildet außerhalb seiner selbst ein Feld, ähnlich dem, das ein materieller Punkt gleicher Masse im Zentrum des Körpers erzeugt.

Die Richtung der Flugbahn eines solchen Punktes im Gravitationsfeld, der von einem Körper mit viel größerer Masse erzeugt wird, gehorcht den Objekten des Universums, wie zum Beispiel einem Planeten oder einem Kometen, gehorcht ihm auch und bewegt sich entlang einer Ellipse oder Hyperbel. Die Berücksichtigung der Verzerrung durch andere massive Körper wird unter Verwendung der Bestimmungen der Störungstheorie berücksichtigt.

Analysegenauigkeit

Nachdem Newton das Gesetz der universellen Gravitation entdeckt hatte, musste es viele Male getestet und bewiesen werden. Dazu wurden eine Reihe von Berechnungen und Beobachtungen angestellt. Die experimentelle Form der Schätzung, die mit ihren Bestimmungen einverstanden ist und von der Genauigkeit ihres Indikators ausgeht, dient als eindeutige Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Messungen der Quadrupolwechselwirkungen eines sich drehenden Körpers, dessen Antennen aber stationär bleiben, zeigen uns, dass der Aufbau von δ in mehreren Metern Entfernung vom Potential r - (1 + δ) abhängt und sich im Grenzbereich befindet ( 2.1 ± 6.2) .10 -3. Eine Reihe weiterer praktischer Bestätigungen ermöglichte es, dieses Gesetz ohne Änderungen zu erlassen und in einer einzigen Form anzunehmen. 2007 wurde dieses Dogma in einem Abstand von weniger als einem Zentimeter (55 μm – 9,59 mm) erneut überprüft. Unter Berücksichtigung der experimentellen Fehler untersuchten die Wissenschaftler die Reichweite der Entfernung und fanden keine offensichtlichen Abweichungen in diesem Gesetz.

Auch die Beobachtung der Mondbahn in Bezug auf die Erde bestätigte seine Gültigkeit.

Euklidischer Raum

Newtons klassische Gravitationstheorie ist mit dem euklidischen Raum verbunden. Die tatsächliche Gleichheit mit hinreichend hoher Genauigkeit (10 -9) der Exponenten des Entfernungsmaßes im Nenner der oben betrachteten Gleichheit zeigt uns die euklidische Basis des Raumes der Newtonschen Mechanik mit einer dreidimensionalen physikalischen Form. An einem solchen Punkt der Materie hat die Fläche einer Kugeloberfläche eine genaue Proportionalität in Bezug auf die Größe des Quadrats ihres Radius.

Historische Daten

Erwägen Zusammenfassung Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes.

Ideen wurden auch von anderen Wissenschaftlern vorgebracht, die vor Newton lebten. Reflexionen darüber wurden von Epikur, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens und anderen besucht. Kepler vertrat die Annahme, dass die Gravitationskraft ein umgekehrtes Verhältnis zur Entfernung vom Sonnenstern hat und sich nur in den Ekliptikebenen ausbreitet; nach Descartes war es eine Folge der Aktivität von Wirbeln in der Dicke des Äthers. Es gab eine Reihe von Vermutungen, die die richtigen Vermutungen zur Entfernungsabhängigkeit widerspiegelten.

Ein Brief von Newton an Halley enthielt die Information, dass die Vorgänger von Sir Isaac selbst Hooke, Ren und Buyo Ismael waren. Vor ihm ist es jedoch niemandem gelungen, mit Hilfe von mathematische Methoden, um das Gesetz der Gravitation und der Planetenbewegung zu verbinden.

Die Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes ist eng mit dem Werk "Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie" (1687) verbunden. In dieser Arbeit konnte Newton das zu betrachtende Gesetz dank des zu diesem Zeitpunkt bereits bekannten empirischen Gesetzes von Kepler ableiten. Das zeigt er uns:

die Bewegungsform jedes sichtbaren Planeten weist auf das Vorhandensein einer zentralen Kraft hin;
die Schwerkraft des zentralen Typs bildet elliptische oder hyperbolische Bahnen.

Über Newtons Theorie

Inspektion kurze Geschichte Die Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes kann uns auch auf eine Reihe von Unterschieden hinweisen, die es von früheren Hypothesen unterscheiden. Newton war nicht nur an der Veröffentlichung der vorgeschlagenen Formel für das betrachtete Phänomen beteiligt, sondern schlug auch ein Modell mathematischen Typs in integraler Form vor:

Bestimmung über das Gesetz der Schwerkraft;
verkehrsrechtliche Verordnung;
Systematik der Methoden der mathematischen Forschung.

Dieser Dreiklang könnte selbst die komplexesten Bewegungen von Himmelsobjekten genau untersuchen und damit die Grundlage für die Himmelsmechanik schaffen. Bis zum Beginn von Einsteins Tätigkeit erforderte dieses Modell keine grundlegenden Korrekturen. Lediglich der mathematische Apparat musste deutlich verbessert werden.

Diskussionsgegenstand

Das entdeckte und bewährte Recht wurde im Laufe des 18. Jahrhunderts zu einem bekannten Gegenstand aktiver Kontroversen und gewissenhafter Kontrollen. Das Jahrhundert endete jedoch mit einer allgemeinen Zustimmung zu seinen Postulaten und Aussagen. Mit den Berechnungen des Gesetzes war es möglich, die Bewegungsbahnen von Körpern im Himmel genau zu bestimmen. Eine direkte Kontrolle erfolgte 1798. Er tat dies mit einer Torsionswaage mit großer Sensibilität. In der Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes ist es notwendig, für die von Poisson eingeführten Interpretationen einen besonderen Platz hervorzuheben. Er entwickelte das Konzept des Gravitationspotentials und die Poisson-Gleichung, mit der dieses Potential berechnet werden konnte. Diese Art von Modell ermöglichte es, das Gravitationsfeld in Gegenwart einer willkürlichen Materieverteilung zu untersuchen.

Es gab viele Schwierigkeiten in Newtons Theorie. Der Hauptgrund könnte die Unerklärlichkeit von Fernwirkungen sein. Es war unmöglich, die Frage, wie die Anziehungskräfte mit unendlicher Geschwindigkeit durch den Vakuumraum geschickt werden, genau zu beantworten.

"Evolution" des Gesetzes

In den nächsten zweihundert Jahren und noch mehr haben viele Physiker versucht, verschiedene Wege zur Verbesserung der Newtonschen Theorie vorzuschlagen. Diese Bemühungen endeten 1915 mit einem Triumph, nämlich der Schaffung der Allgemeinen Relativitätstheorie, die von Einstein geschaffen wurde. Er konnte alle Schwierigkeiten überwinden. Gemäß dem Korrespondenzprinzip erwies sich Newtons Theorie als eine Annäherung an den Beginn der Arbeiten an der Theorie in mehr Gesamtansicht die unter bestimmten Voraussetzungen angewendet werden können:

Das Potenzial gravitativer Natur kann in den untersuchten Systemen nicht zu groß sein. Das Sonnensystem ist ein Beispiel für die Einhaltung aller Regeln für die Bewegung der Himmelskörper. Das relativistische Phänomen findet sich in einer merklichen Manifestation der Perihelverschiebung wieder.
Der Indikator der Bewegungsgeschwindigkeit in dieser Gruppe von Systemen ist im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit unbedeutend.

Der Beweis dafür, dass in einem schwachen stationären Gravitationsfeld die Berechnungen der Allgemeinen Relativitätstheorie die Form der Newtonschen haben, ist das Vorhandensein eines skalaren Gravitationspotentials in einem stationären Feld mit schwach ausgeprägter Kraftcharakteristik, das die Bedingungen des Poisson Gleichung.

Quantenskala

In der Geschichte jedoch auch nicht wissenschaftliche Entdeckung das Gesetz der universellen Gravitation, noch die Allgemeine Relativitätstheorie konnten nicht als endgültige Gravitationstheorie dienen, da beide die Prozesse vom Gravitationstyp auf der Skala von Quanten nicht ausreichend beschreiben. Der Versuch, eine Quantengravitationstheorie zu erstellen, ist eine der wichtigsten Aufgaben der modernen Physik.

Aus Sicht der Quantengravitation entsteht die Wechselwirkung zwischen Objekten durch den Austausch virtueller Gravitonen. Nach dem Unsicherheitsprinzip ist das Energiepotential virtueller Gravitonen umgekehrt proportional zu dem Zeitintervall, in dem es existierte, von dem Punkt der Strahlung durch ein Objekt bis zu dem Moment, in dem es von einem anderen Punkt absorbiert wurde.

Vor diesem Hintergrund zeigt sich, dass die Wechselwirkung von Körpern auf kleinem Entfernungsmaßstab einen Austausch virtueller Gravitonen mit sich bringt. Dank dieser Überlegungen ist es möglich, eine Aussage über das Newtonsche Potentialgesetz und seine Abhängigkeit nach dem inversen Exponenten der Proportionalität zum Abstand zu schließen. Die Existenz einer Analogie zwischen den Gesetzen von Coulomb und Newton wird dadurch erklärt, dass das Gewicht der Gravitonen gleich Null ist. Das Gewicht der Photonen ist von gleicher Bedeutung.

Täuschung

V Lehrplan Die Antwort auf die Frage aus der Geschichte, wie Newton das Gesetz der universellen Gravitation entdeckte, ist die Geschichte eines fallenden Apfels. Nach dieser Legende fiel es dem Wissenschaftler auf den Kopf. Dies ist jedoch ein weit verbreiteter Irrglaube, und in Wirklichkeit könnte alles ohne einen solchen Fall einer möglichen Kopfverletzung auskommen. Newton selbst hat diesen Mythos manchmal bestätigt, aber in Wirklichkeit war das Gesetz keine spontane Entdeckung und kam nicht in einem Moment einer Einsicht. Wie oben geschrieben, wurde es lange entwickelt und erstmals in den 1687 veröffentlichten Werken zu den "Mathematischen Prinzipien" vorgestellt.

Die Bewegung von Planeten, zum Beispiel des Mondes um die Erde oder der Erde um die Sonne, ist also derselbe Fall, aber nur ein unendlich langer Fall (zumindest, wenn wir den Energieübergang in "nicht- mechanische" Formen).

Die Vermutung über die Einheit der Gründe für die Bewegung der Planeten und den Fall irdischer Körper wurde von Wissenschaftlern lange vor Newton geäußert. Offenbar war der erste, der diese Idee klar zum Ausdruck brachte, der griechische Philosoph Anaxagoras, ein gebürtiger Kleinasiatischer, der vor fast zweitausend Jahren in Athen lebte. Er sagte, dass der Mond, wenn er sich nicht bewegt, auf die Erde fallen würde.

Die brillante Vermutung von Anaxagoras hatte jedoch offensichtlich keinen praktischen Einfluss auf die Entwicklung der Wissenschaft. Sie war dazu bestimmt, von ihren Zeitgenossen missverstanden und von ihren Nachkommen vergessen zu werden. Antike und mittelalterliche Denker, deren Aufmerksamkeit durch die Bewegung der Planeten auf sich gezogen wurde, waren weit von der richtigen (und häufiger von irgendeiner) Interpretation der Gründe für diese Bewegung entfernt. Schließlich glaubte sogar der große Kepler, der mit gigantischer Arbeit die exakten mathematischen Gesetze der Planetenbewegung formulieren konnte, die Ursache für diese Bewegung sei die Rotation der Sonne.

Nach Keplers Ideen zieht die sich drehende Sonne mit konstanten Rucken die Planeten in Rotation. Es blieb zwar unklar, warum sich die Umlaufzeit der Planeten um die Sonne von der Umlaufzeit der Sonne um die eigene Achse unterscheidet. Kepler schrieb dazu: „Wenn die Planeten keinen natürlichen Widerstand hätten, wäre es unmöglich, die Gründe anzugeben, warum sie nicht genau der Rotation der Sonne folgen sollten. Aber obwohl sich in Wirklichkeit alle Planeten in die gleiche Richtung wie die Rotation der Sonne bewegen, ist ihre Bewegungsgeschwindigkeit nicht gleich. Tatsache ist, dass sie in bestimmten Proportionen die Trägheit ihrer eigenen Masse mit der Geschwindigkeit ihrer Bewegung vermischen."

Kepler konnte nicht verstehen, dass die Übereinstimmung der Bewegungsrichtungen der Planeten um die Sonne mit der Drehrichtung der Sonne um ihre Achse nicht mit den Bewegungsgesetzen der Planeten, sondern mit dem Ursprung unseres Sonnensystems zusammenhängt. Ein künstlicher Planet kann sowohl in Richtung der Sonnenrotation als auch gegen diese Rotation gestartet werden.

Robert Hooke war der Entdeckung des Gesetzes der Anziehung von Körpern viel näher als Kepler. Hier sind seine ursprünglichen Worte aus einem 1674 veröffentlichten Werk mit dem Titel "An Attempt to Study the Motion of the Earth": "Ich werde eine Theorie entwickeln, die in jeder Hinsicht mit den allgemein anerkannten Regeln der Mechanik übereinstimmt. Diese Theorie basiert auf drei Annahmen: Erstens, dass alle Himmelskörper ausnahmslos einen auf ihren Schwerpunkt gerichteten Schwerpunkt haben, wodurch sie nicht nur ihre eigenen Teile, sondern auch alle Himmelskörper in ihrem Wirkungsbereich anziehen. Nach der zweiten Annahme bewegen sich alle sich geradlinig und gleichförmig bewegenden Körper in einer geraden Linie, bis sie durch eine gewisse Kraft abgelenkt werden und beginnen, Bahnen in einem Kreis, einer Ellipse oder einer anderen weniger einfachen Kurve zu beschreiben. Nach der dritten Annahme wirken die Anziehungskräfte umso mehr, je näher die Körper, auf die sie wirken, bei ihnen sind. Was die verschiedenen Grade der Anziehung sind, konnte ich noch nicht durch Erfahrung feststellen. Aber wenn man diese Idee weiter entwickelt, werden Astronomen das Gesetz bestimmen können, nach dem sich alle Himmelskörper bewegen."

Wahrlich, man kann nur verwundern, dass Hooke selbst die Entwicklung dieser Ideen nicht aufnehmen wollte und sich auf andere Arbeiten bezog. Aber es tauchte ein Wissenschaftler auf, dem auf diesem Gebiet ein Durchbruch gelang.

Die Geschichte von Newtons Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes ist bekannt. Zum ersten Mal kam sogar bei Newton der Student die Idee auf, dass die Natur der Kräfte, die einen Stein fallen lassen und die Bewegung von Himmelskörpern bestimmen, gleich ist, dass die ersten Berechnungen keine korrekten Ergebnisse lieferten, da die verfügbaren Daten Damals über die Entfernung von der Erde zum Mond waren ungenau, dass 16 Jahre später neue, korrigierte Informationen über diese Entfernung auftauchten. Um die Bewegungsgesetze der Planeten zu erklären, wandte Newton die von ihm geschaffenen Gesetze der Dynamik und das von ihm aufgestellte Gesetz der universellen Gravitation an.

Er nannte das Galileische Trägheitsprinzip als den ersten Hauptsatz der Dynamik und fügte es in das System der Grundgesetze-Postulate seiner Theorie ein.

Gleichzeitig musste Newton den Fehler von Galileo beseitigen, der glaubte, dass eine gleichmäßige Bewegung entlang eines Kreises eine Bewegung durch Trägheit ist. Newton wies darauf hin (und dies ist der zweite Hauptsatz der Dynamik), dass die einzige Möglichkeit, die Bewegung eines Körpers - den Wert oder die Richtung der Geschwindigkeit - zu ändern, darin besteht, mit einer gewissen Kraft darauf einzuwirken. In diesem Fall ist die Beschleunigung, mit der sich der Körper unter Krafteinwirkung bewegt, umgekehrt proportional zur Masse des Körpers.

Nach Newtons drittem Dynamikgesetz ist "Aktion immer eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion".

Konsequent nach den Prinzipien - den Gesetzen der Dynamik - berechnete er zunächst die Zentripetalbeschleunigung des Mondes auf seiner Umlaufbahn um die Erde und konnte dann zeigen, dass das Verhältnis dieser Beschleunigung zur Beschleunigung freier Fall Körper an der Erdoberfläche ist gleich dem Verhältnis der Quadrate der Radien der Erde und der Mondbahn. Daraus schloss Newton, dass die Natur der Schwerkraft und der Kraft, die den Mond in der Umlaufbahn hält, gleich ist. Mit anderen Worten, nach seinen Schlussfolgerungen ziehen sich Erde und Mond mit einer Kraft an, die umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihren Mittelpunkten Fg ≈ 1 ∕ r2 ist.

Newton konnte zeigen, dass die einzige Erklärung für die Unabhängigkeit der Schwerebeschleunigung von Körpern von ihrer Masse die Proportionalität der Schwerkraft zur Masse ist.

Zusammenfassend schrieb Newton: „Es besteht kein Zweifel, dass die Natur der Gravitation auf anderen Planeten die gleiche ist wie auf der Erde. Stellen wir uns in der Tat vor, dass Erdkörper auf die Umlaufbahn des Mondes gehoben werden und zusammen mit dem Mond, ebenfalls bewegungslos, auf die Erde fallen. Aufgrund des bereits Bewiesenen (also Galileis Experimente) besteht kein Zweifel, dass sie gleichzeitig den gleichen Raum wie der Mond passieren werden, denn ihre Massen beziehen sich auf die Masse des Mondes in gleicher Weise wie ihre Gewicht zu seinem Gewicht “. So entdeckte und formulierte Newton das Gesetz der universellen Gravitation, das zu Recht Eigentum der Wissenschaft ist.

2. Eigenschaften von Gravitationskräften.

Eine der bemerkenswertesten Eigenschaften der universellen Gravitationskräfte oder, wie sie oft genannt werden, Gravitationskräfte, spiegelt sich bereits in dem von Newton gegebenen Namen wider: universell. Diese Kräfte sind sozusagen "die universellsten" unter allen Naturkräften. Alles, was Masse hat – und Masse ist jeder Form und jeder Art von Materie inhärent – muss Gravitationseinflüsse erfahren. Auch Licht ist keine Ausnahme. Wenn wir Gravitationskräfte mit Hilfe von Fäden visualisieren, die sich von einem Körper zum anderen erstrecken, dann müssten die unzähligen solcher Fäden überall den Raum durchdringen. Gleichzeitig ist es erwähnenswert, dass es unmöglich ist, einen solchen Faden zu brechen, sich von Gravitationskräften zu blockieren. Es gibt keine Barrieren für die universelle Gravitation, ihr Wirkungsbereich ist nicht begrenzt (r = ∞). Gravitationskräfte sind Fernkräfte. Dies ist der "offizielle Name" dieser Kräfte in der Physik. Aufgrund der Fernwirkung bindet die Schwerkraft alle Körper des Universums.

Die relative Langsamkeit der Abnahme der Kräfte mit der Entfernung bei jedem Schritt manifestiert sich in unseren irdischen Bedingungen: Schließlich ändern nicht alle Körper ihr Gewicht, indem sie von einer Höhe auf eine andere übertragen werden (oder genauer gesagt, ändern, aber äußerst unbedeutend), gerade weil mit relativ geringer Abstandsänderung - in dieser Fall vom Mittelpunkt der Erde - Gravitationskräfte ändern sich praktisch nicht.

Aus diesem Grund wurde übrigens das Gesetz der Entfernungsmessung von Gravitationskräften „am Himmel“ entdeckt. Alle notwendigen Daten stammen aus der Astronomie. Allerdings sollte man nicht denken, dass die Abnahme der Schwerkraft mit der Höhe unter irdischen Bedingungen nicht zu erkennen ist. So wird beispielsweise eine Pendeluhr mit einer Schwingungsdauer von einer Sekunde einem Tag um fast drei Sekunden hinterherhinken, wenn sie aus dem Untergeschoss in das Obergeschoss der Moskauer Universität (200 Meter) gehoben wird - und dies nur aufgrund einer Abnahme der Schwere.

Die Höhen, in denen sich künstliche Satelliten bewegen, sind bereits mit dem Erdradius vergleichbar, so dass zur Berechnung ihrer Flugbahn die Berücksichtigung der Schwerkraftänderung mit der Entfernung zwingend erforderlich ist.

Gravitationskräfte haben noch eine weitere sehr interessante und außergewöhnliche Eigenschaft, die jetzt diskutiert wird.

Viele Jahrhunderte lang akzeptierte die mittelalterliche Wissenschaft als unerschütterliches Dogma die Behauptung von Aristoteles, dass der Körper umso schneller fällt, je größer sein Gewicht ist. Auch die Alltagserfahrung bestätigt dies: Schließlich fällt bekanntlich eine Feder langsamer als ein Stein. Doch wie Galileo erstmals zeigen konnte, geht es hier darum, dass der Luftwiderstand, wenn er ins Spiel kommt, das Bild radikal verzerrt, das wäre, wenn nur die Erdanziehung auf alle Körper einwirken würde. Es gibt ein in seiner Anschaulichkeit bemerkenswertes Experiment mit der sogenannten Newton-Röhre, das es ermöglicht, die Rolle des Luftwiderstands sehr einfach zu beurteilen. Hier Kurzbeschreibung diese Erfahrung. Stellen Sie sich ein gewöhnliches Glasrohr vor (damit Sie sehen können, was im Inneren vor sich geht), in das verschiedene Gegenstände gelegt werden: Pellets, Korkstücke, Federn oder Flusen usw. , dahinter sind Korkstücke und schließlich der Flaum wird glatt untergehen. Aber versuchen wir, den Fall derselben Objekte zu verfolgen, wenn Luft aus dem Rohr gepumpt wird. Der Flaum, der seine frühere Trägheit verloren hat, rauscht und hält mit dem Pellet und dem Kork Schritt. Dies bedeutet, dass seine Bewegung durch den Luftwiderstand verzögert wurde, was sich weniger auf die Bewegung des Stopfens und noch weniger auf die Bewegung des Pellets auswirkte. Wenn also der Luftwiderstand nicht wäre, würden alle Körper genau gleich fallen und mit derselben Geschwindigkeit beschleunigen, wenn nur die Kräfte der universellen Schwerkraft auf die Körper wirken würden - in einem besonderen Fall die Erdanziehungskraft.

Aber "unter dem Mond gibt es nichts Neues." Vor zweitausend Jahren schrieb Lucretius Carus in seinem berühmten Gedicht Über die Natur der Dinge:

alles, was in die seltene Luft fällt,

Sollte entsprechend dem Eigengewicht schneller fallen

Nur weil Wasser oder Luft eine subtile Essenz ist

Nicht in der Lage, die gleichen Hindernisse zu setzen,

Aber es ist denen unterlegen, die ein größeres Gewicht haben.

Im Gegenteil, es ist nirgendwo zu etwas fähig.

Die Sache ist, die Leere zurückzuhalten und als eine Art Unterstützung zu erscheinen,

Aufgrund seiner Natur, ständig allem nachzugeben.

Daher muss alles, was ohne Hindernisse durch die Leere fegt,

Haben die gleiche Geschwindigkeit, trotz des Gewichtsunterschieds.

Natürlich waren diese wunderbaren Worte eine wunderbare Vermutung. Es bedurfte vieler Experimente, um aus dieser Vermutung ein verlässliches Gesetz zu machen, aus den berühmten Experimenten von Galileo, der den Fall vom berühmten schiefen Schiefen Turm von Pisa mit Kugeln gleicher Größe, aber aus verschiedenen Materialien (Marmor, Holz) untersuchte , Blei usw.) und beendet die komplexesten modernen Messungen der Wirkung der Schwerkraft auf Licht. Und all diese Vielfalt experimenteller Daten bestärkt uns beharrlich in der Überzeugung, dass die Gravitationskräfte allen Körpern die gleiche Beschleunigung verleihen; insbesondere ist die durch die Schwerkraft verursachte Schwerkraftbeschleunigung für alle Körper gleich und hängt nicht von der Zusammensetzung, Struktur oder Masse der Körper selbst ab.

Dieses scheinbar einfache Gesetz drückt das vielleicht bemerkenswerteste Merkmal der Gravitationskräfte aus. Es gibt buchstäblich keine anderen Kräfte, die alle Körper gleich beschleunigen, unabhängig von ihrer Masse.

Diese Eigenschaft der universellen Gravitationskräfte lässt sich also in einer kurzen Aussage zusammenfassen: Die Gravitationskraft ist proportional zur Masse der Körper. Wir betonen, dass wir hier über die Masse sprechen, die in Newtons Gesetzen als Maß für die Trägheit fungiert. Es wird sogar als träge Masse bezeichnet.

Die vier Worte "Gravitationskraft ist proportional zur Masse" haben eine überraschend tiefe Bedeutung. Körper groß und klein, heiß und kalt, verschiedenster Art chemische Zusammensetzung, jeder Struktur - sie alle erfahren die gleiche Gravitationswechselwirkung, wenn ihre Massen gleich sind.

Oder ist dieses Gesetz vielleicht ganz einfach? Immerhin hielt es Galilei zum Beispiel für fast selbstverständlich. Hier ist seine Argumentation. Lassen Sie zwei Körper mit unterschiedlichem Gewicht fallen. Nach Aristoteles sollte ein schwerer Körper auch in der Leere schneller fallen. Jetzt verbinden wir die Körper. Dann sollen die Körper einerseits schneller fallen, da das Gesamtgewicht zugenommen hat. Aber andererseits sollte das Hinzufügen eines langsamer fallenden Teils zu einem schweren Körper diesen Körper verlangsamen. Es gibt einen Widerspruch, der nur beseitigt werden kann, wenn wir annehmen, dass alle Körper unter dem Einfluss nur einer Schwerkraft mit der gleichen Beschleunigung fallen. Als ob alles stimmig wäre! Denken wir jedoch noch einmal über die obige Argumentation nach. Es basiert auf der weit verbreiteten Methode des Beweisens "durch Widerspruch": unter der Annahme, dass ein schwererer Körper schneller fällt als ein leichter, sind wir zu einem Widerspruch gekommen. Und von Anfang an ging man davon aus, dass die Erdbeschleunigung durch das Gewicht und nur durch das Gewicht bestimmt wird. (Streng genommen nicht Gewicht, sondern Masse.)

Dies ist jedoch im Voraus (d. h. vor dem Experiment) überhaupt nicht offensichtlich. Was wäre, wenn diese Beschleunigung durch das Volumen der Körper bestimmt würde? Oder Temperatur? Stellen wir uns vor, dass es eine Gravitationsladung gibt, die der elektrischen analog ist und wie diese letzte nicht direkt mit der Masse verbunden ist. Der Vergleich mit der elektrischen Ladung ist sehr hilfreich. Hier sind zwei Staubkörnchen zwischen den geladenen Kondensatorplatten. Seien diese Staubkörner gleich geladen und die Massen sind 1 zu 2. Dann sollten sich die Beschleunigungen um den Faktor zwei unterscheiden: Die durch die Ladungen bestimmten Kräfte sind gleich, und bei gleichen Kräften wird ein Körper mit der doppelten Masse beschleunigt um die Hälfte. Wenn wir die Staubteilchen kombinieren, dann hat die Beschleunigung offensichtlich einen neuen Zwischenwert. Kein spekulativer Ansatz ohne experimentelle Forschung elektrische Kräfte können hier nichts geben. Das Bild wäre genau das gleiche, wenn die Gravitationsladung nicht mit der Masse verbunden wäre. Und die Frage, ob ein solcher Zusammenhang besteht, kann nur die Erfahrung beantworten. Und jetzt ist uns klar, dass es die Experimente waren, die für alle Körper die gleiche Gravitationsbeschleunigung bewiesen, die im Wesentlichen zeigten, dass die Gravitationsladung (gravitative oder schwere Masse) gleich der trägen Masse ist.

Erfahrung und nur Erfahrung können sowohl als Grundlage für physikalische Gesetze dienen als auch als Kriterium für ihre Gültigkeit. Erinnern wir uns zumindest an die rekordverdächtigen Genauigkeitsexperimente, die unter der Leitung von VB Braginsky an der Moskauer Staatlichen Universität durchgeführt wurden. Diese Versuche, bei denen eine Genauigkeit in der Größenordnung von 10-12 erreicht wurde, bestätigten erneut die Gleichheit der schweren und trägen Masse.

Auf Erfahrung, auf einem breiten Test der Natur - von der bescheidenen Skala eines kleinen Labors eines Wissenschaftlers bis zu einer grandiosen kosmischen Skala - basiert das Gesetz der universellen Gravitation, das (wenn Sie alles oben zusammenfassen) lautet:

Die gegenseitige Anziehungskraft zweier Körper, deren Abmessungen viel kleiner sind als der Abstand zwischen ihnen, ist proportional zum Produkt der Massen dieser Körper und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen diesen Körpern.

Der Proportionalitätskoeffizient wird als Gravitationskonstante bezeichnet. Wenn Sie die Länge in Metern, die Zeit in Sekunden und die Masse in Kilogramm messen, beträgt die Gravitationskonstante 6,673 * 10-11 und ihre Dimension beträgt m3 / kg * s2 oder N * m2 / kg2.

G = 6,673 * 10-11 N * m2 / kg2

3. Gravitationswellen.

Im Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation wird nichts über den Zeitpunkt der Übertragung der Gravitationswechselwirkung gesagt. Es wird implizit davon ausgegangen, dass es sofort ausgeführt wird, egal wie groß die Abstände zwischen den interagierenden Körpern sind. Diese Sichtweise ist allgemein typisch für Befürworter von Distanzhandeln. Aus Einsteins "spezieller Relativitätstheorie" folgt jedoch, dass die Schwerkraft mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Lichtsignal von einem Körper zum anderen übertragen wird. Bewegt sich ein Körper von seinem Platz, dann ändert sich die von ihm verursachte Krümmung von Raum und Zeit nicht sofort. Dies wirkt sich zunächst in unmittelbarer Nähe des Körpers aus, dann erfasst die Veränderung immer weiter entfernte Regionen und schließlich stellt sich im gesamten Raum eine neue Krümmungsverteilung ein, die der veränderten Position des Körpers entspricht .

Und hier kommen wir zu dem Problem, das die meisten Streitigkeiten und Meinungsverschiedenheiten verursacht hat und weiterhin verursacht - das Problem der Gravitationsstrahlung.

Kann Schwerkraft existieren, wenn es keine Masse gibt, die sie erzeugt? Nach dem Newtonschen Gesetz definitiv nicht. Es macht keinen Sinn, dort eine solche Frage zu stellen. Nachdem wir uns jedoch darauf geeinigt haben, dass Gravitationssignale übertragen werden, zwar mit sehr hoher, aber immer noch nicht unendlicher Geschwindigkeit, ändert sich alles radikal. Stellen Sie sich tatsächlich vor, dass die Gravitationsmasse, zum Beispiel eine Kugel, zunächst ruht. Alle Körper um den Ball herum werden von den üblichen Newtonschen Kräften beeinflusst. Und jetzt werden wir den Ball mit großer Geschwindigkeit von seinem ursprünglichen Platz entfernen. Im ersten Moment werden die umliegenden Körper es nicht spüren. Schließlich ändern sich die Gravitationskräfte nicht sofort. Es braucht Zeit, bis sich Veränderungen der Raumkrümmung in alle Richtungen ausbreiten. Dies bedeutet, dass die umgebenden Körper für einige Zeit die vorherige Wirkung des Balls erfahren, wenn der Ball selbst nicht mehr da ist (zumindest an der gleichen Stelle).

Es stellt sich heraus, dass die Raumkrümmungen eine gewisse Eigenständigkeit erlangen, dass es möglich ist, den Körper aus dem Raumbereich herauszuziehen, in dem er Krümmungen verursacht hat, und so dass diese Krümmungen selbst, zumindest in großen Abständen, bestehen bleiben und werden entwickeln sich nach ihren inneren Gesetzen. Hier ist Schwerkraft ohne gravitierende Masse! Sie können weiter gehen. Bringt man die Kugel zum Schwingen, dann wird, wie sich aus Einsteins Theorie herausstellt, dem Newtonschen Bild der Gravitation eine Art Welligkeit überlagert - Gravitationswellen. Um sich diese Wellen besser vorstellen zu können, müssen Sie ein Modell verwenden - Gummifolie. Wenn Sie nicht nur mit dem Finger auf diese Folie drücken, sondern gleichzeitig Schwingungsbewegungen damit machen, werden diese Schwingungen entlang der gespannten Folie in alle Richtungen übertragen. Dies ist das Analogon der Gravitationswellen. Je weiter von der Quelle entfernt, desto schwächer sind diese Wellen.

Irgendwann hören wir auf, auf den Film zu drücken. Die Wellen werden nicht verschwinden. Sie existieren auch unabhängig voneinander, streuen immer weiter entlang des Films und verursachen auf ihrem Weg die Krümmung der Geometrie.

Genauso können Krümmungswellen des Raumes - Gravitationswellen - unabhängig existieren. Viele Forscher ziehen diese Schlussfolgerung aus Einsteins Theorie.

Natürlich sind all diese Effekte sehr schwach. So ist beispielsweise die Energie, die bei der Verbrennung eines Streichholzes freigesetzt wird, um ein Vielfaches größer als die Energie der Gravitationswellen, die unser gesamtes Sonnensystem gleichzeitig aussendet. Aber hier ist nicht die quantitative, sondern die prinzipielle Seite der Sache wichtig.

Befürworter von Gravitationswellen – und sie scheinen jetzt in der Mehrheit zu sein – sagen ein weiteres überraschendes Phänomen voraus; die Umwandlung der Schwerkraft in Teilchen wie Elektronen und Positronen (sie müssen paarweise erzeugt werden), Protonen, Antitronen usw. (Ivanenko, Wheeler usw.).

Es sollte ungefähr so aussehen. Eine Gravitationswelle hat einen bestimmten Raumbereich erreicht. In einem bestimmten Moment nimmt diese Gravitation schlagartig, schlagartig ab und gleichzeitig erscheint beispielsweise ein Elektron-Positron-Paar. Gleiches kann als abrupte Abnahme der Raumkrümmung bei gleichzeitiger Paarbildung beschrieben werden.

Es gibt viele Versuche, dies in die quantenmechanische Sprache zu übersetzen. Dabei werden Teilchen - Gravitonen in Betracht gezogen, die mit dem Nichtquantenbild der Gravitationswelle verglichen werden. In der physikalischen Literatur ist der Begriff "Transmutation von Gravitonen in andere Teilchen" im Umlauf, und diese Transmutationen - gegenseitige Transformationen - sind zwischen Gravitonen und im Prinzip allen anderen Teilchen möglich. Schließlich gibt es keine Partikel, die der Schwerkraft unempfindlich sind.

Seien solche Transformationen unwahrscheinlich, d. h. sie treten äußerst selten auf, - in kosmische skalen sie können sich als prinzipiell erweisen.

4. Krümmung der Raumzeit durch die Schwerkraft,

"Eddingtons Gleichnis".

Das Gleichnis des englischen Physikers Eddington aus dem Buch "Space, Time and Gravity" (Nacherzählung):

„Im Ozean, der nur zwei Dimensionen hat, lebte einst eine Art Plattfisch. Es wurde beobachtet, dass die Fische im Allgemeinen in geraden Linien schwammen, bis sie auf offensichtliche Hindernisse auf ihrem Weg stießen. Dieses Verhalten schien ganz natürlich. Aber es gab einen mysteriösen Bereich im Ozean; wenn Fische hineinfielen, schienen sie verzaubert; einige schwammen durch dieses Gebiet, änderten aber ihre Bewegungsrichtung, andere kreisten endlos in diesem Gebiet. Ein Fisch (fast Descartes) schlug die Theorie der Wirbel vor; Sie sagte, dass es in dieser Gegend Whirlpools gibt, die alles, was in sie fällt, zum Wirbeln bringen. Im Laufe der Zeit wurde eine viel verfeinerte Theorie vorgeschlagen (Theorie von Newton); Es hieß, dass alle Fische von einem sehr großen Fisch angezogen würden - dem mitten in der Region schlummernden Mondfisch - und dies erklärte die Abweichung ihrer Wege. Zuerst schien diese Theorie vielleicht ein wenig seltsam; aber es wurde mit überraschender Genauigkeit in einer Vielzahl von Beobachtungen bestätigt. Alle Fische haben diese attraktive Eigenschaft, proportional zu ihrer Größe; das Gesetz der Anziehung (ein Analogon zum Gesetz der universellen Gravitation) war extrem einfach, aber trotzdem erklärte er alle Bewegungen mit einer solchen Genauigkeit, die noch nie zuvor erreicht worden war wissenschaftliche Forschung... Gewiß, einige Fische erklärten grummelnd, sie verstünden nicht, wie eine solche Aktion aus der Ferne möglich sei; aber alle waren sich einig, dass diese Aktion durch den Ozean verbreitet wurde und dass es leichter zu verstehen wäre, wenn die Natur des Wassers besser verstanden würde. Daher begann fast jeder Fisch, der die Anziehung erklären wollte, damit, dass er einen Mechanismus annahm, durch den er sich im Wasser ausbreitet.

Aber es gab einen Fisch, der die Dinge anders sah. Sie machte darauf aufmerksam, dass sich große und kleine Fische immer auf denselben Wegen bewegen, obwohl es scheinen mag, dass es viel Kraft erfordert, einen großen Fisch aus seiner Bahn zu lenken. (Der Sonnenfisch verlieh allen Körpern die gleichen Beschleunigungen.) Deshalb begann sie, anstelle von Kräften, die Bewegungsbahnen der Fische im Detail zu studieren und kam so zu einer erstaunlichen Lösung des Problems. Es gab einen erhöhten Platz auf der Welt, wo die Sonnenfische lagen. Fische konnten dies nicht direkt bemerken, weil sie zweidimensional waren; aber wenn der Fisch in seiner Bewegung auf den Abhang dieser Erhebung fiel, dann drehte er sich, obwohl er in einer geraden Linie zu schwimmen versuchte, unwillkürlich ein wenig zur Seite. Dies war das Geheimnis der mysteriösen Anziehung oder Krümmung von Wegen, die in dem mysteriösen Gebiet stattfanden. "

Dieses Gleichnis zeigt, wie die Krümmung der Welt, in der wir leben, die Illusion der Anziehungskraft erwecken kann, und wir sehen, dass eine der Anziehung ähnliche Wirkung das einzige ist, in dem sich eine solche Krümmung manifestieren kann.

Dies lässt sich in Kürze wie folgt formulieren. Da die Schwerkraft die Bahnen aller Körper auf die gleiche Weise biegt, können wir uns die Schwerkraft als eine Krümmung der Raumzeit vorstellen.

5. Schwerkraft auf der Erde.

Denkt man darüber nach, welche Rolle die Schwerkraft im Leben unseres Planeten spielt, dann öffnen sich ganze Ozeane. Und nicht nur Ozeane der Phänomene, sondern auch Ozeane im wahrsten Sinne des Wortes. Ozeane aus Wasser. Luft Ozean. Ohne Schwerkraft würden sie nicht existieren.

Eine Welle im Meer, die Bewegung jedes Wassertropfens in den Flüssen, die dieses Meer speisen, alle Strömungen, alle Winde, Wolken, das gesamte Klima des Planeten werden durch das Spiel zweier Hauptfaktoren bestimmt: Sonnenaktivität und Schwerkraft.

Die Schwerkraft hält nicht nur Menschen, Tiere, Wasser und Luft auf der Erde, sondern komprimiert sie auch. Diese Kompression an der Erdoberfläche ist nicht so groß, aber ihre Rolle ist wichtig.

Das Schiff segelt auf dem Meer. Jeder weiß, was ihn am Ertrinken hindert. Dies ist die berühmte Auftriebskraft von Archimedes. Aber es erscheint nur, weil Wasser durch die Schwerkraft mit einer Kraft komprimiert wird, die mit der Tiefe zunimmt. Innerhalb Raumschiff im Flug gibt es keine Auftriebskraft, ebenso wie kein Gewicht. Der Globus selbst wird durch die Gravitationskräfte auf kolossale Drücke zusammengedrückt. Im Erdmittelpunkt scheint der Druck über 3 Millionen Atmosphären zu betragen.

Unter dem Einfluss von Langzeitdruckkräften unter diesen Bedingungen verhalten sich alle Stoffe, die wir als fest bezeichnen, wie Var oder Pech. Schwere Materialien sinken zu Boden (wenn man den Mittelpunkt der Erde so nennen kann) und die Lunge schwimmt nach oben. Dieser Prozess wird seit Milliarden von Jahren gemolken. Es ist noch nicht zu Ende, wie aus Schmidts Theorie hervorgeht, und jetzt. Die Konzentration schwerer Elemente im Bereich des Erdmittelpunkts nimmt langsam zu.

Nun, wie manifestiert sich die Anziehungskraft der Sonne und des nächstgelegenen Himmelskörpers des Mondes auf der Erde? Nur Bewohner der Meeresküsten können diese Attraktion ohne spezielle Geräte beobachten.

Die Sonne wirkt auf alles auf und in der Erde fast gleich. Die Kraft, mit der die Sonne einen Menschen am Mittag anzieht, wenn er der Sonne am nächsten ist, ist fast die gleiche Kraft, die um Mitternacht auf ihn einwirkt. Immerhin ist die Entfernung von der Erde zur Sonne zehntausendmal größer als der Erddurchmesser, und eine Vergrößerung der Entfernung um ein Zehntausendstel, wenn sich die Erde um eine halbe Umdrehung um ihre Achse dreht, ändert praktisch nichts an der Kraft von Schwere. Daher verleiht die Sonne allen Teilen fast die gleiche Beschleunigung der Globus und alle Körper auf seiner Oberfläche. Fast, aber immer noch nicht ganz dasselbe. Dieser Unterschied verursacht die Ebbe und Flut des Ozeans.

Im Bereich der Sonne zugewandt die Erdoberfläche die Anziehungskraft ist etwas größer, als es für die Bewegung dieses Abschnitts auf einer elliptischen Bahn erforderlich ist, und auf der gegenüberliegenden Seite der Erde ist sie etwas geringer. Dadurch wölbt sich nach den Gesetzen der Newtonschen Mechanik das Wasser im Ozean leicht in Richtung der Sonne aus und tritt auf der gegenüberliegenden Seite von der Erdoberfläche zurück. Es gibt, wie sie sagen, Gezeitenkräfte, die den Globus dehnen und der Oberfläche der Ozeane grob gesagt die Form eines Ellipsoids geben.

Je kleiner der Abstand zwischen den wechselwirkenden Körpern ist, desto größer sind die Gezeitenkräfte. Deshalb hat der Mond einen größeren Einfluss auf die Form der Weltmeere als die Sonne. Genauer gesagt wird die Gezeitenwirkung durch das Verhältnis der Körpermasse zum Kubikmeter ihrer Entfernung von der Erde bestimmt; dieses Verhältnis für den Mond ist etwa doppelt so hoch wie für die Sonne.

Wenn es keinen Zusammenhalt zwischen Teilen der Erde gäbe, würden die Gezeitenkräfte sie auseinanderreißen.

Vielleicht geschah dies mit einem der Monde des Saturn, als er diesem großen Planeten nahe kam. Dieser Trümmerring, der Saturn zu einem so bemerkenswerten Planeten macht, könnte der Trümmer des Mondes sein.

Die Oberfläche der Weltmeere ist also wie ein Ellipsoid, dessen Hauptachse auf den Mond gerichtet ist. Die Erde dreht sich um ihre Achse. Daher bewegt sich eine Flutwelle über die Meeresoberfläche in Richtung der Erdrotation. Wenn es sich dem Ufer nähert, beginnt die Flut. An manchen Stellen steigt der Wasserstand auf 18 Meter. Dann geht die Flutwelle und die Ebbe beginnt. Der Wasserstand im Ozean schwankt im Durchschnitt mit einer Periode von 12 Stunden. 25min. (ein halber Mondtag).

Dieses einfache Bild wird durch die gleichzeitige Gezeitenwirkung der Sonne, die Wasserreibung, den kontinentalen Widerstand, die Komplexität der Konfiguration der ozeanischen Küsten und des Meeresbodens stark verzerrt Küstenzonen und einige andere besondere Effekte.

Wichtig ist, dass die Flutwelle die Erdrotation verlangsamt.

Es stimmt, der Effekt ist sehr gering. 100 Jahre lang erhöht sich der Tag um eine Tausendstelsekunde. Aber die seit Milliarden von Jahren wirkenden Bremskräfte werden dazu führen, dass die Erde die ganze Zeit von einer Seite zum Mond gedreht wird und der Tag der Erde dem Mondmonat entspricht. Dies ist dem Mond bereits passiert. Der Mond ist so stark gehemmt, dass er die ganze Zeit mit einer Seite der Erde zugewandt ist. Um auf die andere Seite des Mondes zu "blicken", musste ein Raumschiff um ihn herumgeschickt werden.

Die vorgestellten Materialien können bei der Durchführung einer Lektion, Konferenz oder eines Workshops zur Lösung von Problemen zum Thema "Das Gesetz der universellen Gravitation" verwendet werden.

ZWECK DER LEKTION: die universelle Natur des Gesetzes der universellen Gravitation zu zeigen.

UNTERRICHTSZIELE:

das Gesetz der universellen Gravitation und die Grenzen seiner Anwendung studieren;
Betrachten Sie die Geschichte der Entdeckung des Gesetzes;
Zeigen Sie die Ursache-Wirkungs-Beziehungen der Keplerschen Gesetze und des Gesetzes der universellen Gravitation;
zeigen praktische Bedeutung Gesetz;
das untersuchte Thema zu festigen und gleichzeitig qualitative und rechnerische Probleme zu lösen.

AUSRÜSTUNG: Projektionstechnik, Fernseher, Videorekorder, Videofilme „Über die universelle Gravitation“, „Über die Macht, die die Welten regiert“.

Beginnen wir die Lektion mit der Wiederholung der Grundkonzepte des Mechanikkurses.

Welcher Teilbereich der Physik heißt Mechanik?

Was nennen wir Kinematik? (Ein Abschnitt der Mechanik, der die geometrischen Eigenschaften der Bewegung beschreibt, ohne die Massen von Körpern und wirkenden Kräften zu berücksichtigen.) Welche Bewegungsarten kennen Sie?

Welche Frage löst die Dynamik? Warum, aus welchem Grund, bewegen sich die Körper auf die eine oder andere Weise? Warum tritt Beschleunigung auf?

Nennen Sie die grundlegenden physikalischen Größen der Kinematik? (Bewegung, Geschwindigkeit, Beschleunigung.)

Nennen Sie die wichtigsten physikalischen Größen der Dynamik? (Masse, Stärke.)

Was ist Körpermasse? (Eine physikalische Größe, die die Eigenschaften von Körpern quantitativ charakterisiert, nimmt während der Wechselwirkung unterschiedliche Geschwindigkeiten an, dh charakterisiert die trägen Eigenschaften eines Körpers.)

Welche physikalische Größe nennt man Kraft? (Macht - physikalische Größe, die die äußere Wirkung auf den Körper quantitativ charakterisiert, wodurch er eine Beschleunigung erhält.)

Wann bewegt sich der Körper gleichmäßig und geradlinig?

In welchem Fall bewegt sich der Körper mit Beschleunigung?

Formulieren Sie Newtons III. Gesetz - das Gesetz der Wechselwirkung. (Körper wirken mit gleich großen und entgegengesetzten Kräften aufeinander ein.)

Wir haben die grundlegenden Konzepte und Grundgesetze der Mechanik besprochen, die uns helfen werden, das Thema der Lektion zu erkunden.

(Fragen und eine Zeichnung befinden sich auf der Tafel oder auf dem Bildschirm.)

Heute müssen wir die Fragen beantworten:

Warum wird der Fall von Körpern auf der Erde beobachtet?
Warum bewegen sich Planeten um die Sonne?
Warum bewegt sich der Mond um die Erde?
Wie kann man die Existenz von Ebbe und Flut von Meeren und Ozeanen auf der Erde erklären?

Nach Newtons II. Gesetz bewegt sich ein Körper nur unter Krafteinwirkung mit Beschleunigung. Kraft und Beschleunigung sind in die gleiche Richtung gerichtet.

EINE ERFAHRUNG... Heben Sie den Ball auf eine Höhe und lassen Sie ihn los. Der Körper fällt nach unten. Wir wissen, dass er von der Erde angezogen wird, dh der Ball wird von der Schwerkraft beeinflusst.

Ist es nur die Erde, die auf alle Körper mit einer Kraft namens Schwerkraft einwirken kann?

Isaac Newton

1667 schlug der englische Physiker Isaac Newton vor, dass im Allgemeinen zwischen allen Körpern Kräfte der gegenseitigen Anziehung wirken.

Sie werden heute als Gravitationskräfte oder Gravitationskräfte bezeichnet.

So: zwischen Körper und Erde, zwischen Planeten und Sonne, zwischen Mond und Erde Gesetz Gravitationskräfte im Gesetz zusammengefasst.

THEMA. DAS GESETZ DER WORLD GRAVITY.

Während des Unterrichts werden wir Kenntnisse der Geschichte der Physik, Astronomie, Mathematik, der Gesetze der Philosophie und Informationen aus der populärwissenschaftlichen Literatur verwenden.

Machen wir uns mit der Geschichte der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation vertraut. Mehrere Studierende werden kurze Präsentationen halten.

Botschaft 1. Glaubt man der Legende, dann ist an der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes der Apfel „schuld“, dessen Fall vom Baum von Newton beobachtet wurde. Es gibt Hinweise von einem Zeitgenossen seines Biographen Newton in dieser Hinsicht:

„Nach dem Mittagessen… gingen wir in den Garten und tranken Tee im Schatten mehrerer Apfelbäume. Sir Isaac sagte mir, dass dies genau die Umgebung war, in der er sich befand, als ihm zum ersten Mal der Gedanke an die Gravitation in den Sinn kam. Es wurde durch einen fallenden Apfel verursacht. Warum fällt ein Apfel immer senkrecht, fragte er sich. Es muss eine Anziehungskraft der Materie geben, die im Zentrum der Erde konzentriert ist, proportional zu ihrer Menge. Daher zieht der Apfel die Erde genauso an wie die Erde einen Apfel anzieht. Daher muss es eine Kraft geben, die der sogenannten Schwerkraft ähnelt und sich über das gesamte Universum erstreckt."

Diese Gedanken beschäftigten Newton bereits 1665-1666, als er sich als angehender Wissenschaftler in seinem Landhaus aufhielt, wo er im Zusammenhang mit der Pestepidemie, die die großen Städte Englands erfasste, Cambridge verließ.

Diese große Entdeckung wurde 20 Jahre später (1687) veröffentlicht. Nicht alles stimmte mit Newton mit seinen Vermutungen und Berechnungen überein, und da er ein Mann von höchster Genauigkeit sich selbst gegenüber war, konnte er keine Ergebnisse veröffentlichen, die nicht abgeschlossen waren. (Biographie von I. Newton.) (Anhang Nr. 1)

Danke für die Nachricht. Wir können den Gedankengang Newtons nicht im Detail verfolgen, aber dennoch versuchen wir, sie in allgemeiner Form wiederzugeben.

TEXT AN BORD ODER BILDSCHIRM. Newton verwendete in seiner Arbeit die wissenschaftliche Methode:

aus Praxisdaten,
indem man sie mathematisch verarbeitet,
zum allgemeinen Gesetz, und daraus
zu den Konsequenzen, die in der Praxis noch einmal verifiziert werden.

Welche Art von Praxisdaten waren Isaac Newton bekannt, die 1667 in der Wissenschaft entdeckt wurden?

Botschaft 2. Vor Tausenden von Jahren wurde bemerkt, dass man anhand der Lage von Himmelskörpern Flussüberschwemmungen vorhersagen und damit Ernten, Kalender erstellen kann. Finde bei den Sternen den richtigen Weg für Seeschiffe. Die Menschen haben gelernt, den Zeitpunkt von Sonnen- und Mondfinsternissen zu berechnen.

Damit war die Wissenschaft der Astronomie geboren. Sein Name leitet sich von zwei griechischen Wörtern ab: "Astronom", was Stern bedeutet, und "nomos", was auf Russisch Gesetz bedeutet. Das heißt, die Wissenschaft der stellaren Gesetze.

Es wurden verschiedene Annahmen gemacht, um die Bewegung der Planeten zu erklären. Der berühmte griechische Astronom Ptolemäus im 2. Jahrhundert v. Chr. glaubte, dass das Zentrum des Universums die Erde ist, um die sich Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter und Saturn drehen.

Die Entwicklung des Handels zwischen West und Ost im 15. Jahrhundert stellte erhöhte Anforderungen an die Navigation, gab den Anstoß zur weiteren Erforschung der Bewegung von Himmelskörpern, der Astronomie.

1515 widerlegte der große polnische Wissenschaftler Nicolaus Copernicus (1473-1543), ein sehr tapferer Mann, die Lehre von der Unbeweglichkeit der Erde. Nach den Lehren des Kopernikus steht die Sonne im Mittelpunkt der Welt. Fünf zu dieser Zeit bekannte Planeten und die Erde, die auch ein Planet ist und sich von anderen Planeten nicht unterscheidet, kreisen um die Sonne. Kopernikus argumentierte, dass die Rotation der Erde um die Sonne in einem Jahr und die Rotation der Erde um ihre Achse in einem Tag stattfindet.

Die Ideen von Nicolaus Copernicus wurden von dem italienischen Denker Giordano Bruno, dem großen Wissenschaftler Galileo Galilei, dem dänischen Astronomen Tycho Brahe, dem deutschen Astronomen Johannes Kepler weiterentwickelt. Die ersten Vermutungen wurden geäußert, dass nicht nur die Erde Körper anzieht, sondern auch die Sonne Planeten anzieht.

Die ersten quantitativen Gesetze, die der Idee der universellen Gravitation den Weg ebneten, waren die Gesetze von Johannes Kepler. Was sagen Keplers Schlussfolgerungen?

Mitteilung 3. Johannes Kepler, ein herausragender deutscher Wissenschaftler, einer der Schöpfer der Himmelsmechanik, verallgemeinerte 25 Jahre lang unter den Bedingungen größter Not und Widrigkeiten die Daten astronomischer Beobachtungen der Planetenbewegung. Er erhielt drei Gesetze darüber, wie sich die Planeten bewegen.

Nach dem ersten Keplerschen Gesetz bewegen sich Planeten entlang geschlossener Kurven, die Ellipsen genannt werden, in denen einer der Brennpunkte die Sonne ist. (Ein Muster des Materialdesigns für die Projektion auf die Leinwand ist im Anhang dargestellt.) (Anhang Nr. 2)

Die Planeten bewegen sich mit wechselnder Geschwindigkeit.

Die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten um die Sonne werden als Würfel ihrer großen Halbachsen bezeichnet.

Diese Gesetze sind das Ergebnis einer mathematischen Verallgemeinerung astronomischer Beobachtungen. Aber es war völlig unverständlich, warum sich die Planeten so „smart“ bewegten. Keplers Gesetze mussten erklärt, dh von einem anderen, allgemeineren Gesetz abgeleitet werden.

Newton hat dieses schwierige Problem gelöst. Er bewies, dass, wenn sich die Planeten nach den Keplerschen Gesetzen um die Sonne bewegen, die Gravitationskraft aus Richtung der Sonne auf sie einwirken muss.

Die Schwerkraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen dem Planeten und der Sonne.

Danke fürs Sprechen. Newton bewies, dass es eine Anziehung zwischen den Planeten und der Sonne gibt. Die Schwerkraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den Körpern.

Aber es stellt sich sofort die Frage: Gilt dieses Gesetz nur für die Gravitation der Planeten und der Sonne, oder gehorcht ihm die Anziehungskraft der Körper auf die Erde?

Botschaft 4. Der Mond bewegt sich ungefähr um die Erde Kreisbahn... Dies bedeutet, dass eine Kraft von der Seite der Erde auf den Mond einwirkt, die dem Mond eine Zentripetalbeschleunigung verleiht.

Die Zentripetalbeschleunigung des Mondes, während er sich um die Erde bewegt, kann mit der Formel berechnet werden: wobei v die Geschwindigkeit des Mondes auf seiner Umlaufbahn ist, R der Radius der Umlaufbahn. Die Rechnung ergibt ein= 0,0027 m / s 2.

Diese Beschleunigung wird durch die Wechselwirkungskraft zwischen Erde und Mond verursacht. Was ist diese Macht? Newton kam zu dem Schluss, dass diese Kraft dem gleichen Gesetz gehorcht wie die Anziehungskraft von Planeten auf die Sonne.

Die Beschleunigung fallender Körper auf der Erde beträgt g = 9,81 m / s 2. Beschleunigung, wenn sich der Mond um die Erde bewegt ein= 0,0027 m / s 2.

Newton wusste, dass die Entfernung vom Erdmittelpunkt bis zur Umlaufbahn des Mondes etwa das 60-fache des Erdradius beträgt. Auf dieser Grundlage entschied Newton, dass das Verhältnis der Beschleunigungen und damit der entsprechenden Kräfte gleich ist:, wobei r der Radius der Erde ist.

Daraus folgt, dass die Kraft, die auf den Mond einwirkt, dieselbe ist, die wir Schwerkraft nennen.

Diese Kraft nimmt umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands vom Erdmittelpunkt ab, dh r ist der Abstand vom Erdmittelpunkt.

Danke für die Nachricht. Newtons nächster Schritt ist noch grandioser. Newton kommt zu dem Schluss, dass nicht nur Körper von der Erde, Planeten von der Sonne angezogen werden, sondern alle Körper in der Natur mit Kräften, die dem Gesetz des umgekehrten Quadrats gehorchen, voneinander angezogen werden, dh die Gravitation ist ein universelles, universelles Phänomen.

Gravitationskräfte sind fundamentale Kräfte.

Denken Sie nur: universelle Gravitation. Weltweit!

Was für ein herrliches Wort! Alle, alle Körper im Universum sind durch irgendeine Art von Fäden verbunden. Wo ist das alles durchdringende, nicht kennt Grenzen Wirkung von Körpern aufeinander? Wie spüren sich Körper in gigantischen Abständen durch die Leere?

Hängt die universelle Gravitationskraft nur vom Abstand zwischen den Körpern ab?

Die Gravitationskraft gehorcht wie jede andere Kraft dem Newton-II-Gesetz. F = ma.

Galileo fand heraus, dass die Schwerkraft F heavy = mg... Die Schwerkraft ist proportional zur Masse des Körpers, auf den sie einwirkt.

Aber die Schwerkraft ist ein Sonderfall der Schwerkraft. Daher können wir annehmen, dass die Schwerkraft proportional zur Masse des Körpers ist, auf den sie einwirkt.

Es gebe zwei sich anziehende Kugeln der Massen m 1 und m 2. Auf den ersten von der Seite des zweiten wirkt die Schwerkraft. Aber auch auf dem zweiten von der Seite des ersten.

Nach Newtons III. Gesetz

Wenn die Masse des ersten Körpers erhöht wird, nimmt auch die auf ihn einwirkende Kraft zu.

So. Die Schwerkraft ist proportional zu den Massen der wechselwirkenden Körper.

In seiner endgültigen Form wurde das Gesetz der universellen Gravitation 1687 von Newton in seinem Werk „Mathematical Principles of Natural Philosophy“ formuliert: „ Alle Körper werden mit einer Kraft, die direkt proportional zu den Massenprodukten und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist, zueinander angezogen. Die Kraft wird entlang der Verbindungslinie gerichtet materielle Punkte.

G - Konstante der universellen Gravitation, Gravitationskonstante.

Warum fällt der Ball auf den Tisch (der Ball interagiert mit der Erde) und die beiden auf dem Tisch liegenden Bälle ziehen sich nicht merklich an?

Lassen Sie uns die Bedeutung und die Maßeinheiten der Gravitationskonstante herausfinden.

Die Gravitationskonstante ist numerisch gleich der Kraft, mit der zwei Körper mit einer Masse von jeweils 1 kg, die sich in einem Abstand von 1 m voneinander befinden, angezogen werden. Der Betrag dieser Kraft beträgt 6,67 · 10 –11 N.

; ;

1798 wurde der Zahlenwert der Gravitationskonstante erstmals von dem englischen Wissenschaftler Henry Cavendish mit einer Torsionswaage bestimmt.

G ist sehr klein, daher werden zwei Körper auf der Erde mit sehr geringer Kraft voneinander angezogen. Sie ist für das sichtbare Auge nicht wahrnehmbar.

Fragment des Films "Über die universelle Gravitation". (Über die Cavendish-Erfahrung.)

Geltungsbereich des Gesetzes:

für materielle Punkte (Körper, deren Abmessungen im Vergleich zum Abstand, in dem die Körper interagieren, vernachlässigt werden können);
für kugelförmige Körper.

Wenn die Körper keine materiellen Punkte sind, dann sind die Gesetze erfüllt, aber die Berechnungen werden komplizierter.

Aus dem Gesetz der universellen Gravitation folgt, dass alle Körper die Eigenschaft haben, sich gegenseitig anzuziehen - die Eigenschaft der Schwerkraft (Schwerkraft).

Aus Newtons II. Gesetz wissen wir, dass die Masse ein Maß für die Trägheit von Körpern ist. Nun können wir sagen, dass die Masse ein Maß für zwei universelle Eigenschaften von Körpern ist - Trägheit und Gravitation (Schwerkraft).

Kommen wir zurück zum Konzept wissenschaftliche Methode: Newton verallgemeinerte die Daten der Praxis durch mathematische Verarbeitung (die vor ihm in der Wissenschaft bekannt war), leitete das Gesetz der universellen Gravitation ab und zog daraus Konsequenzen.

Die Schwerkraft ist universell:

Auf der Grundlage von Newtons Gravitationstheorie war es möglich, die Bewegung natürlicher und künstlicher Körper im Sonnensystem zu beschreiben, die Umlaufbahnen von Planeten und Kometen zu berechnen.
Basierend auf dieser Theorie wurde die Existenz der Planeten vorhergesagt: Uranus, Neptun, Pluto und der Satellit von Sirius. (Anhang Nr. 3.)
In der Astronomie ist das Gesetz der universellen Gravitation grundlegend, auf dessen Grundlage die Bewegungsparameter von Weltraumobjekten berechnet und ihre Massen bestimmt werden.
Die Ebbe und Flut der Meere und Ozeane wird vorhergesagt.
Die Flugrouten von Granaten und Raketen werden bestimmt und schwere Erzvorkommen erkundet.

Newtons Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes ist ein Beispiel für die Lösung des Hauptproblems der Mechanik (die Position eines Körpers jederzeit zu bestimmen).

Fragment des Videos "Über die Macht, die die Welten regiert."

Sie werden sehen, wie das Gesetz der universellen Gravitation in der Praxis verwendet wird, um die Naturphänomene zu erklären.

DAS GESETZ DER WELTSCHWERPUNKT

1. Vier Kugeln haben die gleichen Massen, aber unterschiedliche Größen. Welches Kugelpaar zieht mehr Kraft an?

2. Was zieht sich stärker an: die Erde – der Mond oder der Mond – die Erde?

3. Wie verändert sich die Wechselwirkungskraft zwischen Körpern mit zunehmendem Abstand zwischen ihnen?

4. Wo wird der Körper mit größerer Kraft von der Erde angezogen: an seiner Oberfläche oder am Boden des Brunnens?

5. Wie ändert sich die Wechselwirkungskraft zweier Körper mit den Massen m und m, wenn die Masse des einen um das Doppelte und die Masse des anderen um das Doppelte verringert wird, ohne dass sich der Abstand zwischen ihnen ändert?

6. Was passiert mit der gravitativen Wechselwirkung zweier Körper, wenn der Abstand zwischen ihnen um das Dreifache vergrößert wird?

7. Was passiert mit der Wechselwirkungskraft zweier Körper, wenn die Masse eines von ihnen und der Abstand zwischen ihnen verdoppelt werden?

8. Warum bemerken wir die Anziehung der umgebenden Körper zueinander nicht, obwohl die Anziehung dieser Körper zur Erde leicht zu beobachten ist?

9. Warum fällt der Knopf, der sich vom Mantel reißt, zu Boden, weil er der Person viel näher ist und von ihr angezogen wird?

10. Die Planeten bewegen sich auf ihren Bahnen um die Sonne. Wo wirkt die Gravitationskraft von der Sonne auf die Planeten? Wohin richtet sich die Beschleunigung des Planeten an irgendeinem Punkt der Umlaufbahn? Wie wird Geschwindigkeit gesteuert?

11. Was erklärt das Vorhandensein und die Häufigkeit von Meeresgezeiten auf der Erde?

PRAXIS ZUR LÖSUNG VON PROBLEMEN

Berechnen Sie die Anziehungskraft des Mondes auf die Erde. Die Masse des Mondes beträgt ungefähr 7 · 10 22 kg, die Masse der Erde beträgt 6 · 10 24 kg. Die Entfernung zwischen Mond und Erde wird mit 384.000 km angenommen.
Die Erde umkreist die Sonne auf einer kreisförmigen Umlaufbahn mit einem Radius von 150 Millionen km. Bestimmen Sie die Geschwindigkeit der Erde auf ihrer Umlaufbahn, wenn die Masse der Sonne 2 · 10 30 kg beträgt.
Auf der Reede liegen zwei Schiffe mit einem Gewicht von je 50.000 Tonnen im Abstand von 1 km voneinander. Welche Anziehungskraft besteht zwischen ihnen?

LÖSE DICH SELBST

Mit welcher Kraft werden zwei 20 Tonnen schwere Körper angezogen, wenn der Abstand ihrer Massenschwerpunkte 10 m beträgt?
Mit welcher Kraft wird vom Mond ein Gewicht von 1 kg angezogen, das sich auf der Mondoberfläche befindet. Die Masse des Mondes beträgt 7,31022 kg und sein Radius beträgt 1,7108 cm?
In welcher Entfernung beträgt die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mit einer Masse von jeweils 1 Tonne 6,67 · 10 -9 N.
Zwei identische Kugeln sind 0,1 m voneinander entfernt und werden mit einer Kraft von 6,67 · 10 -15 N angezogen. Welche Masse hat jede Kugel?
Die Massen der Erde und des Planeten Pluto sind fast gleich und ihre Entfernungen zur Sonne betragen ungefähr 1: 40. Bestimmen Sie das Verhältnis ihrer Gravitationskräfte zur Sonne.

LITERATURLISTE:

Worontsov-Velyaminov B.A. Astronomie. - M.: Bildung, 1994.
T. I. Gontaruk Ich lerne die Welt kennen. Platz. - M.: AST, 1995.
Gromov S. V. Physik - 9.M.: Bildung, 2002.
Gromov S. V. Physik - 9. Mechanik. M.: Bildung, 1997.
Kirin L.A., Dick Yu.I. Physik - 10.Aufgabensammlung und unabhängige Arbeit... M.: ILEKSA, 2005.
Klimishin I.A. Elementare Astronomie. - M.: Nauka, 1991.
Kochnew S.A. 300 Fragen und Antworten über die Erde und das Universum. - Jaroslawl: "Entwicklungsakademie", 1997.
EP Levitan Astronomie. - M.: Bildung, 1999.
Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Sotskiy N.N. Physik - 10.M.: Bildung, 2003.
G. P. Subbotin Sammlung von Problemen in der Astronomie. - M.: "Aquarium", 1997.
Enzyklopädie für Kinder. Band 8. Astronomie. - M.: "Avanta+", 1997.
Enzyklopädie für Kinder. Ergänzungsband. Kosmonautik. - M.: "Avanta+", 2004.
Yurkina G.A. (Compiler). Von der Schule ins Universum. M.: "Junge Garde", 1976.